79. Конструктивные методы улучшения работы грунтов в основаниях сооружений:грунтовые подушки, шпунтовые ограждения, создание боковых пригрузов, армирование грунтов.

Устройство грунтовых подушек. Если в основании фундамента залегают слабые грунты (илы, текучие пылевато-глинистые грунты, торфы, заторфованные, малоуплотненные насыпные или пучинис- тые грунты), обладающие низкой несущей способностью и повы­шенной сжимаемостью, то их использование в качестве естествен­ных оснований чаще всего оказывается невозможным или нецелесо­образным. В этом случае экономичной может оказаться замена слабого грунта другим, обладающим достаточно высоким сопроти­влением сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который образует так называемую грунтовую подушку.

В качестве материала грунтовых подушек обычно используют крупнообломочные грунты (гравий, щебень), крупные и среднезер­нистые пески, шлак и т. д.

При устройстве грунтовых подушек в лёссовых основаниях при­меняют перемятые местные грунты. Наиболее часто грунтовые подушки имеют толщину в пределах 1...3 м.

При решении вопроса о назначении толщины грунтовых поду­шек могут быть два случая. Возможен вариант (рис. 12.1, а), когда слой слабого грунта подстилается более прочным и малосжима- емым грунтом, причем расстояние от подошвы фундамента до кровли прочного грунта г не превышает 1...3 м. Тогда целесообразно пол­ностью удалить слабый грунт в пределах этой глу­бины и заменить его, на­пример, песком, создав песчаную подушку. Когда пласт слабого гру­нта имеет большую тол­щину (рис. 12.1, б), то пол­ная замена слабого грунта оказывается неэкономичной и прибегают к устройству грунтовых подушек «висячего» типа, подстилаемых слабым грунтом. Если в первом случае выбор толщины грунтовой подушки однозначен, то во втором случае ее толщина должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечивалась надежность решения в соответствии с принципами проектирования оснований по предельным состо­яниям.

Порядок проектирования грунтовых подушек сводится к следу­ющему. Задавшись расчетными значениями физико-механических характеристик материала подушки, определяют ориентировочные размеры фундамента в плане. Далее, варьируя толщину подушки и, если необходимо, размеры фундамента, устанавливают такую тол­щину подушки, чтобы выполнялось условие

(12-1)

где р₂ — сумма давлений, передаваемых на подстилающий слой слабого грунта от фундамента и веса грунтовой подушки:

р_г = у_и2 + <хр₀, О²'²)

у_п и 2 — соответственно удельный вес и толщина грунтовой подуш­ки; р₀ — дополнительное давление под подошвой фундамента; К₂ — расчетное сопротивление грунта, слагающего слабый подсти­лающий слой.

Далее производится расчет деформаций основания. Если со­вместная деформация грунтовой подушки и подстилающего грунта 5 окажется больше предельно допустимой величины х_и для данного сооружения, то толщина подушки должна быть увеличена до раз­мера, при котором будет выполнено условие 5<л_и.

Ширина подушки понизу Ь₂ зависит от угла /? (рис. 12.1, б), часто называемого углом распределения напряжений. Для песка обычно принимают 0=30...35°, для гравия 0 = 40...45°. Таким образом,

Ь₂=Ь + 2гЛ%(1. (12.3)

При применении грунтовых подушек уменьшаются осадки фун­даментов, так как модуль деформации грунтов в теле подушек, как

правило, больше 15...20 МПа, что в несколько раз превышает модуль деформации слабых грунтов. Грунтовые подушки могут устраиваться под отдельные фундаменты (ленточные и реже сто­лбчатые), под группу фундаментов или под все сооружение. При устройстве грунтовых подушек за счет снижения общих осадок фундаментов уменьшается также неравномерность осадок. Подущ. ки из несвязных материалов одновременно выполняют роль дрени­рующего слоя при фильтрации поровой воды из нижележащих водонасыщенных грунтов в процессе их уплотнения. Применение грунтовых подушек из песчаных и крупнообломочных грунтов по­зволяет также уменьшить глубину заложения фундаментов из усло­вия промерзания оснований, так как пучинистые пылевато-глини­стые грунты заменяются непучинистыми.

При устройстве грунтовых подушек в толще слабых водонасы­щенных пылевато-глинистых грунтов для обеспечения устойчивости откосов строительного котлована можно использовать распорные крепления или шпунтовые ограждения. Целесообразно в этих случа­ях применять также строительное водопонижение.

Грунтовые подушки необходимо возводить таким образом, что­бы добиться максимальной плотности укладки грунта. При боль­ших размерах в плане подушки отсыпаются послойно при толщине слоя 15...20 см. Каждый слой грунта уплотняется катками. При устройстве подушек под отдельно стоящие фундаменты материал подушек уплотняется при помощи виброплит, вибротрамбовок, пневмотрамбовок. Уплотнение производят до получения заданной плотности скелета грунта, равной 1,65... 1,75 г/см³.

Шпунтовые конструкции как ограждающие элементы могут быть использованы для улучшения условий работы грунтов в основаниях сооружений.

Шпунт погружают через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт (рис. 12.2). Фунда­ментная конструкция устраивается на песчаной подготовке и сопряга­ется со шпунтовым ограждением.

Такое техническое решение исклю­чает возможность выпирания грун­та в сторону из-под фундамента, т. е. увеличивает его несущую спо­собность, и ограничивает боковое расширение грунта при деформаци­ях основания, что приводит к уменьшению осадок.

Армирование грунта заключается во введении в грунт специаль­ных армирующих элементов.

Эти элементы выполняются в виде лент или сплошных матов, изготовленных из геотекстиля. Реже используется металлическая арматура. Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью и обеспечивать необходимое зацепление с грунтом, для чего их поверхность делается шероховатой. На рис. 12.3, а приведе­на схема армирования искусственного основания фундамента. За счет восприятия армирующими элементами касательных и горизон­тальных напряжений увеличивается несущая способность основания и снижаются осадки фундаментов. Эффективно армирование грунта в теле искусственных насыпей (рис. 12.3, б), что повышает устой­чивость их откосов. При возведении подпорных стенок армирова­ние грунта обратной засыпки (рис. 12.3, в) существенно снижает активное давление грунта на стенку, вследствие чего уменьшаются усилия в конструкции стенки и увеличивается ее устойчивость. Арматура здесь играет роль анкерующих элементов и должна заво­диться за пределы призмы обрушения.

Боковые пригрузки. При возведении ограждающих дамб и дру­гих земляных сооружений на слабых грунтах устойчивость откосов сооружений и их оснований может быть повышена устройством пригрузок основания и низовой части откосов, выполняемых, как правило, из крупнообломочных или песчаных грунтов (рис. 12.4).