Замена слабых грунтов в естественных основаниях. Устройства и расчеты песчаных и гравелистых подушек.

Если в основании фундамента залегают слабые грунты (илы, текучие пылевато-глинистые грунты, торфы, заторфованные, малоуплотненные насыпные или пучинистые 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 малосжимаемым грунтом, причем расстояние от подошвы фундамента до кровли прочного грунта z 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.

Рис-12.1. Устройство песчаных подушек при малой (а) и большой (б) толще слабых грунтов: 1 — фундамент; 2 — слабый грунт; 3 — песчаная подушка; 4 — плотный подстилающий грунт

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

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

γ_II и z — соответственно удельный вес и толщина грунтовой подушки; ρ₀—дополнительное давление под подошвой фундамента; R_z — расчетное сопротивление грунта, слагающего слабый подстилающий слой.

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

Ширина подушки понизу b_z зависит от угла β, часто называемого углом распределения напряжений. Для песка обычно принимают β=30...35°, для гравия β=40...45°. Таким образом,

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. Подуш­ки 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.