Анализ инженерно-геологических условий грунтовой толщи основания (оценка категории сложности геологической среды)

Д ля анализа пространственной изменчивости свойств грунтов используют расчетные и вспомогательные показатели.

Коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения и показатель текучести являются классификационными характеристиками состояния грунтов.

Предварительную оценку общей сжимаемости основания в пределах площади здания можно привести в результате анализа и сопоставления модулей деформации или коэффициента относительной сжимаемости слоев по глубине и простиранию основания.

Указанная оценка должна производиться применительно к рельефу, проектируемому зданию с учетом процесса осадки во времени, зависимости ее от размеров и формы подошвы, типа фундамента, давления, условий загружения и др. Следует учитывать, что характеристики сжимаемости определяются на полностью уплотненных грунтах и не позволяют оценить затухание осадки во времени. Например, если под одной частью здания залегает песок, а под другой — глинистый грунт (морена) и их модули деформации примерно равны, такое основание нельзя считать равномерно сжимаемым. Осадка песков закончится на 80—90% во время строительства, а глинистых грунтов может продолжаться и после сдачи здания в эксплуатацию десятки и даже сотни лет и в результате разность осадок во времени может оказаться недопустимой. Следует иметь в виду, что чем больше сжимаемость грунтов, тем больше их абсолютные и, как правило, неравномерные осадки.

Степень изменчивости сжимаемости грунтов основания в пределах контура сооружения можно оценить по приведенным средним значениям модулей деформации, которые вычисляют в различных сечениях площадки.

Чем меньше разница в значениях в отдельных слоях, тем однороднее по сжимаемости основание и меньше. Такая оценка достаточно объективна, но не позволяет прогнозировать процесс сжимаемости грунтов во времени. В зависимости от геоморфологических, геологических и гидрогеологических факторов грунтовые напластования для целей фундаментостроения по инженерно-геологическим условиям разделяют на три категории сложности.

К атегория сложности инженерно-геологическим условиям включает факторы: геоморфологические, геологические, геотехнические, гидрогеологические, природные, техногенные процессы, специфические и структурно-неустойчивые грунты.

I— простая категория: строительная площадка располагается в пределах одного геоморфологического элемента; поверхность участка горизонтальная, не расчлененная; грунтовые пласты залегают горизонтально или слабо наклонно, толщина их выдержана по простиранию; подземные воды отсутствуют или имеется выдержанный горизонт с однородным химическим составом.

II— средняя категория сложности включает несколько геоморфологических элементов одного генезиса; поверхность наклонная, слабо расчлененная; основанием являются не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно или с выклиниванием, мощность слоев изменяется по простиранию закономерно; подземные воды имеют два или более выдержанных горизонтов с неоднородным химическим составом или обладающих напором..

III — сложная категория (наивысшая): грунт площадки характеризуется несколькими геоморфологическими элементами разного генезиса, поверхность сильно расчлененная; в пределах сжимаемой толщи располагаются свыше четырех различных по литологии слоев, мощность которых резко меняется по простиранию, возможно линзовидное залегание слоев; горизонты подземных вод не выдержаны по простиранию и мощности, имеют неоднородный химический состав, местами возможно сложное чередование водоносных и водоупорных пород, напоры подземных вод изменяются по простиранию. Кроме того, к сложной категории относят также площадки со структурно неустойчивыми грунтами.

В условиях Северо-Запада, и особенно Карелии, многие строительные площадки относятся к сложной и особо сложной категории. Оценку неоднородности напластований действующие нормативные документы рекомендуют производить по показателю изменчивости сжимаемости основания. Для оценки грунтов основания здания наиболее важными являются свойство устойчивости структуры и показатели.

По сжимаемости грунты делятся на следующие группы:

• практически несжимаемые (скала, крупнообломочные грунты, кембрийские глины, плотные песчаные и супесчаные морены (Е>50 МПа);

• слабосжимаемые (Е=20...50 МПа);

• среднесжимаемые (Е=20...5,0 МПа);

• сильносжимаемые (Е<5,0 МПа) (слабые — неуплотненные водонасыщенные глинистые грунты, иольдиевые глины, илы, торфы и др.).

Обычно используемые при расчете осадок значения модуля деформации грунтов оснований, как правило, занижены, особенно для сооружений с большой площадью фундаментов. Кажется, что фактические осадки всегда будут меньше расчетных.

По данным Госэкспертизы России, причина возврата 60% технической документации (проектов) на доработку заключается в некачественных инженерно-геологических изысканиях и проектировании оснований и фундаментов.

Вторая группа — ошибки проектирования. Хотя они и имеют место, проектировщики всегда стремятся создать инженерный запас, поэтому ошибки проектирования чаще всего нивелируются.

Третья группа — недоучет внешних техногенных воздействий на основания, приводящих к ухудшению их свойств в процессе инженерной подготовки площадок, ведения работ нулевого цикла, эксплуатации сооружений, хозяйственного освоения территории.

Учет изменения (прогнозирования) деформационных характеристик грантов в процессе строительства, эксплуатации сооружений и освоения территории.

Планировочные работы на площадке, являющиеся частью инженерной подготовки, часто ведут к изменению условий поверхностного стока, застаиванию поверхностных вод из отвалов грунта, разуплотнению нижележащих грунтов при срезке верхних отложений, дополнительной пригрузке грунтов при отсыпке, намыве на них других грунтов. Замена торфов и слабых глинистых отложений крупнообломочными, песками или иными подобными грунтами ведет к образованию нового водоносного горизонта (обводнению).

К основным техногенным причинам ухудшения свойств грунтов при отрывке котлованов и возведении сооружений относятся: разуплотнение, замачивание поверхностными и подземными водами, промораживание — оттаивание, разжижение грунтов при выходе (прорыве) напорных вод в котлован, разжижение рыхлых песков при вскрытии напорного горизонта, суффозионный вынос частиц в неоднородных песчаных грунтах при водоотливе, динамическое воздействие строительных машин и механизмов, статическая нагрузка от веса строящихся сооружений и т. д.

Во время эксплуатации сооружений и при освоении прилегающей территории, меняются геологические условия, на грунты оснований воздействуют: замачивание при подтоплении территорий, локальные утечки воды, кислых и щелочных растворов, динамические нагрузки от различных механизмов, вибрация от транспорта, дополнительные нагрузки от строящихся вблизи сооружений и веса насыпаемых или намываемых грунтов при поднятии прилегающей территории, суффозионные явления в связи с водоотливом из траншей и котлованов на соседних участках, интенсивный забор воды, освоение подземного пространства, подрезка и пригрузка склонов и т. д.

Среди ряда специалистов бытует мнение о том, что деформации сооружения происходят, как правило, после его возведения, и если деформации не возникли, то, значит, сооружению ничто не угрожает. На самом деле возникновение деформаций (отказов), связанных с техногенным воздействием на геологическую среду, не имеет никаких ограничений во времени. Деформации могут возникнуть в любой период жизни сооружения, в том числе и по прошествии многих десятков лет. Вместе с тем появление деформаций сооружений вследствие техногенных воздействий подчиняется определенным законам, обусловливающим наиболее вероятное время их возникновения. Так, по данным Э. И. Мулюкова, средний период появления отказов оснований из-за недостатков изысканий составляет 12,2 года, из-за ошибок при проектировании — 15,2 года, из-за низкого качества работ при устройстве оснований и фундаментов — 8,6 года, по причинам отрицательного воздействия на грунты основания эксплуатируемого здания — 22,5 года, в связи с изменением инженерно-геологических условий территории — 20,7 года.

Изложенное выше необходимо учитывать при назначении расчетных характеристик грунта основания.