3.3. Фундаменты мелкого заложения на искусственном основании.

При строительстве на сильно сжимаемых и мало прочных грунтах могут оказаться экономически выгодными методы искусственного улучшения основания, при которых применяются фундаменты мелкого заложения. В курсовом проекте рекомендуется разрабатывать, главным образом, методы уплотнения и замены слабых грунтов. Различают поверхностное и глубинное уплотнение грунтов. Расчет и проектирование уплотнения основания производится в соответствии с требованиями "Руководства по проектированию оснований зданий и сооружений".

3.3.1. Поверхностное уплотнение

Поверхностное уплотнение осуществляет либо путем свободного сбрасывания на уплотняемую поверхность грунта трамбовки весом до 7 Кн диаметром до 1,8м с высоты 4-8 м либо путем послойной укатки при устройстве грунтовых подушек, устраиваемых взамен удаляемого грунта в пределах части или весей деформируемой зоны основания. Наибольший эффект уплотнения достигается при оптимальной влажности грунтов W₀.

Уплотнение тяжелыми трамбовками производится для просадочных, а также для других недоуплотненных (с высокой пористостью) грунтов природного сложения, степень влажности которых менее 0,7. Диаметр рабочей поверхности трамбовки d должен быть таким, чтобы удельное статическое давление на грунт было бы не менее 20 кН/м² , Возможная глубина уплотнения h_у зависит от природной пористости и влажности грунтов и принимается равной 1,5 d для глин, 1,8 d для суглинков и 2 d для супесей и песков. Грунт считается уплотненным при значении объемного веса скелета , не менее 16 Кн/м³ на нижней границе уплотненной зоны

Поверхностное уплотнение тяжёлыми трамбовками производится до отказа, величина которого принимается равной 1-2 см для глинистых грунтов и 0,5 -I см для песчаных. Для уплотнения до отказа в зависимости от начального значения обычно требуется 6-10 ударов трамбовки по одному следу.

Величина понижения трамбуемой поверхности Δh и, следовательно, величина недобора грунта при отрывке котлована определяется по формуле:

где - среднее значение объемного веса скелета грунта в пределах h_y до и после уплотнения, тс/м³; значение принимается не менее 16,5-17 кН/м³.

Уплотнение целесообразно, если величина Δh превышает 7-8 см. площадь уплотняемого основания должна иметь размеры, превышающие размеры подошвы запроектированного фундамента в каждом направлении не менее, чем на 0,5 м. При влажности уплотняемого грунта меньше оптимальной

целесообразно его доувлажнение, которое производится за сутки до начала трамбования расчетным количеством воды.

Расчет осадки фундамента на уплотненном тяжелыми трамбовками грунте производится как для двухслойного основания, состоящего из уплотненного грунта и залегающего ниже неуплотненного грунта природного сложения. Модуль деформации для уплотненных грунтов принимается не менее 20,0-25,0 МПа для суглинков и глин и 15,0-20,0 МПа для супесей и песков (первая цифра соответствует степени влажности S_r>0,85), для подстилающих грунтов природного сложения - на нижней границе h_y.

Для устройства грунтовых подушек при замене слабых (сильносжимаемых) водонасыщенных или неравномерно сжимаемых грунтов следует использовать уплотненные средние, крупные или гравелистые пески (в отдельных случаях гравия, щебень); при замене слоя просадочных грунтов – местный уплотненный глинистый грунт. Применение грунтовых подушек позволяет уменьшить общую величину осадки (или просадки) основания и ее неравномерность за счет повышения несущей способности уплотненного грунта в верхней наиболее напряженной зоне основания.

1 – подушка;

2 - обратная засыпка;

3 - слабый грунт;

4 – подстилающий плотный грунт;

- угол устойчивого откоса в слабом грунте.

Рис.3.12. Схема вариантов устройства песчаной (гравийной) подушки при полной замене слабого грунта.

а) со шпунтовым ограничением котлована;

б) с незакреплённым откосом.

Если толщина слабого (сильносжимаемого) грунта под подошвой фундамента не превышает 2 м, то целесообразно произвести полную замену его песчаной (гравийной) подушкой. В этом случае размеры подушки понизу b_n и l_n будут определяться толщиной заменяемого слабого грунта h_n и величиной угла (рис.3.12), который может ориентировочно принимается равным 35 и 40° для песков средних и крупных - 40 и 45 ° для гравелистых песков и крупнообломочных грунтов (гравийных, щебенистых).

При значительной толщине слабого слоя (до 5 – бм) высота песчаной подушки находится путем подбора, исходя из условия обеспечения прочности подстилающего слабого слоя (рис. 3,13) на глубине z=h_n,

то есть P_oz+P_bz R_z, (3.66)

где P_oz – дополнительное давление на глубине z от фундамента здания или сооружения, определяемое по формуле (3.54);

P_bz - давление от собственного веса грунта, равное (h+z) ;

P_z - расчетное давление на кровлю слабого грунта на глубине z.

Рис.3.13. Схема для определения толщины песчаной подушки, определяемой из условия обеспечения прочности подстилающего слабого слоя.

Расчетное давление R_z вычисляется для условного фундамента шириной b_n ,которая равна

b_n= ² – a (3.67)

В формуле (3.67) обозначено

F_n= ; a= (3.68)

Где P - расчетная нагрузка (равнодействующая всех вертикальных нагрузок), передаваемая на основание проектируемым фундаментом;

l и b - соответственно длина и ширина b_n проектируемого фундамента.

Величина R_n определяется по формуле

R_z=γ_c1γ_c2/ k[M_γk_zb_сл+M_q(h+h_n )γ_cл +M_cC_11сл] (3.69)

Где γ_c1, γ_c2, k - значения, принятые в формуле (3.11);

M_γ, M_q, M_c - безразмерные коэффициенты, определяемые по табл.3,2 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения слабого грунта ;

- расчетное значение объемного веса слабого грунта, залегающего ниже подоивы условного фундамента ( на глубине z );

h+h_n - глубина заложения условного фундамента;

- среднее расчетное значение объемного веса грунта, залегающего выше отметки подошвы условного фундамента и равное (см.рис.3.13)

= ; (3.70)

C_||сл - расчетное значение удельного сцепления слабого грунта, за-легающего непосредственно под подошвой условного фундамента.

При расчете оптимальной высоты подушки, ее значения рекомендуется приниматъ в интервале (0,3 - 0,5 ) b.

По найденному значений h_n устанавливают размеры подушки, как и в предыдущем случае

для h_n 2 м по углам и _ует (см. рис. 3.12).

где b и l - соответственно ширина и длина фундамента или сооружения, см ;

k_n - коэффициент, учитывающий характер распределения горизонтальных деформаций в основании фундаментов при просадке грунта и принимаемый равным при Р =15-20 МПа; k_n =0,3; P =25-30 МПа , k_n=0,35; P=35-40МПа, k_n=0,4.

Минимальная ширина грунтовой подушки поверху должна быть не менее чем на 0,6 м больше ширины фундамента, а понизу не менее чем на 0,4 м. Уплотнение грунта в подушке осуществляет послойной укаткой или тяжелыми трамбовками до заданной плотности.