Грунты учебник

8.10. Электрохимическое закрепление грунтов

Метод применяется для водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов, иловатых илов с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут (рис. 67).

Рис. 67. Схема электрохимического закрепления грунтов

1 – металлические стержни 25 – 30 мм (анод); 2 – перфорированные трубы (катод); 3 – слой закреплённого грунта.

Технология закрепления грунтов заключается в следующем. В грунт погружается ряд металлических стержней диаметром 25 – 36 мм (1), параллельно которому на расстоянии 0,6 – 1,5 м ряд металлических перфорированных труб (2). Согласно схемам производится подключение к электросети. Стержни – аноды, трубы – катоды.

При этом отмечается два явления:

1.Электроосмос – движение воды от анода к катоду с последующим откачиванием её насосами;

2.Электрофорес – движение минеральных частиц от катода к аноду. Под действием электрического тока происходит образование новых минералов в уплотнённом массиве грунта. Прочность закреплённого

грунта достигает 700 кПа.

Примечание. При электрохимическом закреплении напряжение электрического тока составляет 80 – 100 В, сила тока 5 – 7 А/м2, расход электроэнергии от 60 до 100 кВт ч на 1 м3 закрепляемого грунта.

80

9. ФУНДАМЕНТЫ НА ЛЕССОВИДНЫХ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

9.1. Основные положения

Лессовые грунты занимают более 40% европейской части РФ. Они представляют из себя пылевидную породу четвертичного возраста, мучнистые на ощупь, желтовато-палевого цвета с ярко выраженными макропорами, сцементированы слоями карбонатов. Они обладают высокой

резкое снижение несущей способности при замачивании; деформации при этом носят провальный характер и называются просадками. В отдельных случаях просадки достигают до 15 – 100 см.

Просадкой называется вертикальная деформация грунта от действия внешней нагрузки (веса строительных конструкций) и веса вышележащих слоёв грунта при замачивании, с полным нарушением конструкции.

По условиям залегания просадочные грунты делятся на два типа:

−К I типу грунтовых условий по просадочности относится толща грунтов, которая от собственного веса при замачивании даёт деформацию до 0,5 см;

−Ко II типу грунтовых условий по просадочности относится толща грунтов, которая от собственного веса при замачивании даёт деформацию > 0,5 см.

9.2.Характеристики просадочных свойств

Кчислу основных характеристик относятся: относительная просадочность εsl, начальное просадочное давление Рsl.

Относительная просадочность εsl определяется по результатам компрессионных испытаний образцов грунта ненарушенной структуры

где en.p, hn.p – коэффициент пористости и высота образца грунта природной влажности обжатых давлением σzр + σzg;

esat, hsat – коэффициент пористости и высота образца замоченного грунта обжатых давлением σzр + σzg;

en.g, hn.g – коэффициент пористости и высота образца грунта природной влажности обжатых давлением σzg.

При этом если εsl ≥ 0,01, то грунт просадочный; если εsl ≤ 0,01, то грунт непросадочный.

81

Рис. 68. График испытаний просадочных грунтов в компрессионном приборе

а – по двум кривым, б – по одной кривой

Начальное просадочное давление Рsl – это минимальное давление, при котором относительная просадочность εsl = 0,01 (рис. 69).

Рис. 69. График зависимости εsl=f(P) при определении начального просадочного давления Рsl

9.3. Расчёт просадочных деформаций

− при b ≥ 12 м, ksl = 1;

82

Кконструктивным мероприятиям относятся:

−повышение пространственной жёсткости здания и сооружений обеспечивается разрезкой зданий осадочными швами;

−устройство поэтажных монолитных железобетонных поясов и армированных швов;

−применение монтажных и сборно-монолитных фундаментов;

−применение фундаментов в виде сплошных монолитных плит.

Кмероприятиям по ликвидации просадочных свойств грунтов относятся:

−уплотнение грунтов тяжёлыми трамбовками;

−устройство грунтовых подушек;

−устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах;

−уплотнение грунта предварительным закачиванием;

−закрепление просадочной толщи однорастворной силикатизацией и с помощью термообжига.

Прорезка просадочных грунтов осуществляется с помощью свайных фундаментов.

Обычно для этих целей применяются:

−забивные сваи (конические и пирамидальные);

−набивные и буронабивные сваи, а при необходимости – набивные сваи с уширением.

10.ФУНДАМЕНТЫ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ

10.1.Основные положения и классификация насыпных грунтов

Насыпные грунты образуются в результате деятельности человека и по своему составу, сложению и физико-механическим свойствам резко отличаются от естественных отложений.

Толщи насыпных грунтов обычно неоднообразны по составу и обладают неоднородной сжимаемостью и, как правило, невыдержаны по толщине и простиранию.

По условиям образования, однородности состава и сложения насыпные грунты подразделяются на три группы:

−планомерно-возведённые насыпи: обычно устраиваются из однородных природных грунтов и отходов промышленных производств для планировки территорий, устройства оснований под фундаменты, обратных засыпок котлованов. К ним также относятся дамбы, плотины, насыпи железных и автомобильных дорог, намывные территории и т. д. Такие грунты обычно возводятся по

84

специальному проекту и имеют однородный состав, высокую прочность, практически равномерную сжимаемость;

−отвалы грунтов и отходов промышленных производств

устраиваются в виде отсыпки отдельных видов грунтов при вскрытии строительных котлованов, планировании территорий, подземной проходке или отсыпке отходов промышленных производств: шлаков, золы, формовочной земли и т. п. Уплотнение таких грунтов не производится, поэтому плотность и сжимаемость насыпей может изменяться по глубине и простиранию;

−свалки являются результатом произвольного сбрасывания различных грунтов, отходов производств, бытовых отходов. Для свалок характерно высокое содержание органических веществ (30% и более). Состав, сложение и сжимаемость таких грунтов может резко

изменяться даже на незначительных расстояниях.

Характерной особенностью насыпных грунтов является их способность самоуплотняться во времени.

Таблица 10

Ориентировочные периоды времени, необходимые для самоуплотнения насыпных грунтов

Полная и достоверная оценка физико-механических характеристик насыпных грунтов может быть получена только на основе детальных инженерно-геологических исследований.

85

10.2. Расчёт оснований, сложенных насыпными грунтами

Основания из насыпных грунтов рассчитываются по двум предельным состояниям. Для обеспечения устойчивости основания должно выполняется условие:

где F – расчётная нагрузка на основание;

Ffn – дополнительная нагрузка (при расчёте свай в неслёживаюшихся грунтах) вследствие нависания оседающего грунта от собственного веса;

γс – коэффициент условий работы, принимаемый равным γс = 0,9 для слежавшихся насыпных грунтов, γс = 0,8 для неслёживашихся;

Fu – сила предельного сопротивления основания или несущая способность сваи;

γu – коэффициент надёжности, равный для фундаментов мелкого заложения – 1,2; для свайных – 1,4.

При расчёте по второй группе предельных состояний осадка фундамента

определится по формуле:

•© = S + •© + •©4 + •©W + •©Z,

где S – расчётная осадка, определяемая методом послойного суммирования;

Sf1 и Sf2 – осадка основания при самоуплотнении насыпных грунтов и от подъёма (снижения) уровня подземных вод;

Sf3 – осадка при разложении органических веществ;

Sf4 – осадка за счёт уплотнения подстилающих грунтов от веса насыпи.

Осадки Sf1 и Sf2 определяются по формуле:

S© , S©4 = γ · γ 4 · β · σT ,© · lŠ,

где γc1 и γc2 – коэффициенты уплотняемости насыпного грунта, определяемые по таблице; β = 0,8 – безмерный коэффициент;

σzg,f – среднее вертикальное напряжение в насыпном грунте от собственного веса;

h – толщина залегающего ниже подошвы фундамента слоя насыпного грунта;

Е – среднее значение модуля деформаций насыпного грунта.

Осадку Sf3 при содержании органических включений Jom = 0,03 – 0,1

рассчитывают по формуле:

f©W = η · k< · JaB · γ( · σT ,© · kl ,

где η = 0,75 – коэффициент, учитывающий условия залегания органических веществ;

86

k0 – коэффициент, учитывающий возможность разложения органических веществ, принимаемый равным:

−для водонасыщенных насыпных грунтов – 0,2;

−для всех остальных – 0,5.

При расчёте осадки Sf4 необходимо к значениям σzр ниже уровня подстилающих грунтов добавить напряжения от веса вышележащих насыпных грунтов.

Примечание. Осадку Sf4 допускается не учитывать, если давность отсыпки насыпей песчаными и маловлажными глинистыми грунтами более 2-х лет, если влажными и водонасыщенными глинистыми грунтами – 5 лет.

10.3. Основные принципы строительства на насыпных грунтах

На насыпных грунтах применяют следующие виды строительства:

1.Использование насыпных грунтов в качестве оснований возможно для слежавшихся грунтов, уложенных в виде планомерно возводимых насыпей при достаточном их уплотнении, а также в тех случаях, когда насыпные грунты представлены крупным песком, гравием или гранулированными стойкими шлаками.

2.Устройство искусственных оснований связано с применением мероприятий, улучшающих строительные свойства грунтов. При этом применяются мероприятия:

−уплотнение грунтов тяжёлыми трамбовками;

−поверхностное уплотнение вибрационными машинами и катками;

−глубинное уплотнение песчаными и грунтовыми сваями;

−гравийные и песчаные подушки.

3.Прорезка насыпных грунтов фундаментами глубокого заложения.

В качестве фундаментов глубокого заложения применяются забивные или буронабивные сваи с полной прорезкой насыпной толщи и заглублении их острия в нижерасположенные прочные грунты.

4.Конструктивные мероприятия:

−разрезка зданий деформационно-осадочными швами;

−устройство железобетонных поясов и армированных швов;

−применение монолитных и сборно-монолитных фундаментов.

Примечание. Проектирование и строительство фундаментов зданий и сооружений на намывных грунтах Нижегородской области необходимо выполнять в соответствии с положениями и требованиями ТСН 50 – 303 – 96 НН «Основания и фундаменты зданий и сооружений на намывных грунтах Нижегородской области».

87

11. ФУНДАМЕНТЫ В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОМЁРЗЛЫХ ГРУНТОВ

11.1. Основные положения

Значительная территория РФ сложена вечномёрзлыми грунтами. Толща вечномёрзлых грунтов достигает сотни метров. Характерной особенностью этих грунтов является высокая прочность и низкая сжимаемость под нагрузкой в мёрзлом состоянии. При оттаивании прочность мёрзлых грунтов резко снижается, увеличивается их сжимаемость под нагрузкой, проявляются просадочные деформации.

Вечномёрзлыми называются грунты, которые в мёрзлом состоянии находятся в течение длительного времени (обычно столетия и даже сотни тысяч лет).

На кровле вечномёрзлого грунта замечают слой ежегодно промерзающий в осеннее-зимний период и оттаивающий в весенне-летний.

Этот слой называется деятельным слоем вечной мерзлоты.

При проектировании и строительстве зданий и сооружений на вечномёрзлых грунтах необходимо учитывать и прогнозировать процессы, происходящие в деятельном слое грунта, недоучёт которых может привести к аварии.

Кпроцессам, происходящим в деятельном слое грунта, относятся:

−значительные колебания температуры;

−морозное пучение грунтов;

−миграция влаги к фронту промерзания;

−образование грунтовых наледей;

−сползание грунта по склонам (солифлюкация);

−поверхностные оползни.

11.2. Основные принципы использования вечномёрзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений

В соответствии со СНиП установлены два основных принципа строительства на вечномёрзлых грунтах:

Принцип I – вечномёрзлые грунты основания в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений используются в мёрзлом состоянии.

Принцип II – в качестве оснований зданий и сооружений используются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие в период эксплуатации.

Принцип I применяется в тех случаях, когда расчётные деформации основания при оттаивании превышают предельно допустимые и не применимые конструктивные мероприятия по улучшению их строительных свойств (рис. 71).

88

Для сохранения вечномёрзлого состояния грунтов основания используются следующие методы:

−возведение зданий на подсыпках (рис. 71а). Подсыпки применяются при вертикальной планировке территории или устраиваются под отдельными зданиями и сооружениями. Материалы подсыпок: пески средней крупности и крупные, крупноблочные грунты и шлаки;

−теплоизоляция применяется при устройстве фундаментов на естественном вечномёрзлом основании (рис. 71б);

−устройство вентилируемых подполий (рис. 71в) является основанием

инаиболее часто применяемым методом при строительстве жилых, общественных и промышленных зданий;

−расположение на I этаже зданий и сооружений неотапливаемых помещений (рис. 71г);

−устройство вентиляционных каналов (рис. 71д) применяется главным образом для тепловыделяющих зданий и сооружений значительных размеров в плане. Каналы прокладываются в пределах насыпного слоя

ивыводятся наружу в подполье или вблизи стен здания. В местах выделения большого количества тепла в результате технологических процессов применяется искусственное охлаждение грунтов с помощью саморегулирующих колонок или специальных холодильных установок;

−применение свайных фундаментов (рис. 71е) или фундаментов глубокого заложения, погруженных в вечномёрзлый грунт, ниже

глубины возможного оттаивания его под зданием.

Примечание. Все выше перечисленные мероприятия могут выполняться как отдельно каждое, так и в комплексе с другими.

Принцип II рекомендуется применять при неглубоком залегании скальных грунтов, а также при других типах грунтов, которые в пределах расчётной глубины оттаивания малосжимаемы (плотные крупнообломочные грунты и пески, пылевато-глинистые грунты твёрдой и полутвёрдой консистенции).

При использовании принципа II существуют два основных подхода:

−предпостроечное оттаивание применяется при возведении зданий и сооружений на крупнообломочных грунтах. В пылевато-глинистых грунтах принцип II эффективен в тех случаях, когда они переслаиваются хорошо фильтрующими песчаными или крупнообломочными прослойками, которые способствуют быстрому удалению воды при таянии льда. Для оттаивания применяют паровые иглы, электроподогрев и др.;

−оттаивание грунтов в эксплуатационный период. При оттаивании грунтов основания в эксплуатационный период всегда необходимо

89