Характеристики просадочных свойств.

К числу основных характеристик относится относительная просадочность , начальное просадочное давление , начальная просадочная влажность .

Относительная просадочность определяется по результатам испытаний грунтов в компрессионных приборах с замачиванием образцов.

Она представляет собой относительное сжатие грунта при заданых давлениях и степени повышения влажности и определяется по формуле:

– применяется при природном W, после замачивания

- примняется после замачивания

- применяется при природном W,после обжатия

Грунт считается просадочным при условии 0.01

Относительная просадочность зависит от давления, степени плотности грунта природной влажности и его состава, степени повышения влажности.

Начальное просадочное давление - это давление, при котором относительная просадочность , т.е. при котором грунт считается просадочным.

легко устанавливается из графика зависимости от давления Р (рис.15.9. б), который в свою очередь строится при испытаниях образцов лессового грунта в компрессионных испытаниях с замачиванием при различных нагрузках. Эта характеристика является очень важной при расчете просадок.

За начальную просадочную влажность по аналогии принимается влажность, при которой в условиях заданных давлений относительная просадочность равна 0.01.

При расчете оснований и фундаментов на просадочных грунтах по II предельному состоянию требуется выполнение условия: , при этом давление зависимости от предпологаемого состояния грунтов по влажности, т.к. замачивание приводит к значительному снижению прочностных характеристик, а следовательно, существенному уменьшению их расчетного сопротивления и несущей способности.

Так например, за счет разрушения структурных связей особенно резко (в 6…10 раз) снижается сцепление при относительно небольшом (в 1,05…1,2 раза) уменьшении угла внутреннего трения.

6.2.а. Принципы строительства на просадочных грунтах

В первую очередь при проектировании оснований и фундаментов зданий на просадочных грунтах учитывают возможность их умачивания и возникновения просадочных деформаций.

Надежность и нормальная эксплуотация зданий достигается применением одного из следующих принципов:

Осуществление комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, (в водозащитные и конструктивные мероприятия входят: компановка генплана; планировка застраиваемых территорий; устройство под зданиями маловодопроницаемых экранов; качественная засыпка водонепроницаемых котлованов и траншей; устройство вокруг зданий водонепроницаемых отмосток; отвод аварийных вод за прделы зданий и в ливнесточную сеть.)

Конструктивные мероприятия объединяют в группы по составу и способам осуществления традиционных, для строительства, в особых грунтовых условиях.

Для жестких зданий:

эта разрезка зданий осадочными швами на отсеки

устройство железо – бетонных поясов и армированных швов

усиление фундаментно – подвальной части путем применения монолитных или сборно – монолитных фундаментов

Для податливых и гибких зданий:

мероприятия по дополнительному увеличению потдатливости (введение гибких связей;повышение площади операния)

место, обеспечивающие нормальную эксплуотацию зданий при возможных, часто неравномерных просадок. Для этого применяют конструктивные решения, позволяющие в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуотаию кранов, лифтов, оборудования, путем рихтовки подкрановых путей и направляющих лифтов, поднятия опор домкратом.

6.2.б. Улучшение строительных свойств просадочных грунтов

достигается их уплотнением или закреплением, устройством грунтовых подушек.

Эффективным способом является уплотнение тяжелыми трамбовками. Но следует помнить, что удары тяжелых трамбовок создают колебания в грунтовом массиве и учитывать при уплотнении грунта внутри существующих зданий.

Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание в основании фундаментов слоя непросадочного грунта.

Двухслойное уплотнение путем сочетания поверхностного уплотнения тяжелой трамбовкой и устройства по верху уплотненного слоя грунта грунтовой подушки

Могут устраиваться и фундаменты в вытрамбованных котлованах, фундаментов в виде пирамидальных свай и забивных блоков.

Применяются поверхностное уплотнение подводными взрывами.

Уплотнение предварительным замачиванием (на больших территориях вновь застраиваемых площадках)

Широко используют уплотнение оснований пробивкой скважин (грунтовые сваи) и глубинными взрывами

Для закрепления просадочных грунтов применяют матоды однорастворной силикатизации или термообжига.

Прорезка просадочных грунтов обычно осуществляется с помощью свайных фундаментов.

Целесообразно применение забивных и, особенно, конических и пирамидальных свай, а также набивных свай в пробитых или полученных путем уплотнения грунтов взрывами зарядов в скважинах.

Сваи должны полностью прорезать просадочную толщу и опираться на подстилающие грунты повышенной сложности и НС (плотные глинистые грунты, гравий, плотные пески).

Неполная прорезка просадочных грунтов сваями допускается лишь в тех случаях, если расчетные деформации не превышают допустимых величин.

НС свай в просадочных грунтах определяют, как правило, путем статических испытаний, возможно воспользоваться также и данными статического зондирования. В обоих случаях перед началом испытаний грунт замачивают до полного водонасыщения.

Определение типа грунтовых условий по просадочности:

Одним из наиболее важных вопросов инженерно-геологических изысканий на площадках, сложенных просадочными грунтами, является правильное установление типа грунтовых условий по просадочности, который может быть определен:
а) на основе анализа общего инженерно-геологического строения рассматриваемого участка и местного опыта строительства;
б) по данным лабораторных испытаний грунтов на просадочность;
в) замачиванием опытных котлованов.
При определении типа грунтовых условий по просадочности по пункту а) одновременно анализируют:
географическое расположение и климатические условия исследуемой площадки;
форму рельефа, наличие суффозионно-просадочных явлений и просадочных блюдец, которые обычно свидетельствуют о происшедших просадках грунтов от собственного веса и возможности II типа грунтовых условий на соседних участках;
генезис и литологическое строение исследуемой толщи грунтов с учетом того, что для II типа грунтовых условий наиболее характерно залегание супесей и суглинков с числом пластичности до 0,12—0,14 и в меньшей степени — глин и песков;
состав, степень плотности, влажность грунтов и изменение их по глубине, имея при этом в виду, что повышенное содержание быстрорастворимых солей, низкая влажность и степень плотности свидетельствуют о более высокой просадочности и возможности II типа грунтовых условий по просадочности;
наличие давнего или современного орошения, при котором полностью завершаются просадки грунтов от собственного веса;
результаты исследований просадочных свойств грунтов, опытного и производственного замачивания их на соседних площадках с подобными грунтовыми условиями;
данные по условиям эксплуатации, характеру деформаций существующих зданий и сооружений, просадок грунтов от собственного веса, источника замачивания и т. п.
На основе совместного анализа перечисленных выше материалов выявляется возможность проявления просадки грунтов от собственного веса, предполагаемый тип грунтовых условий по просадочности, объем необходимых лабораторных исследований по уточнению типа грунтовых условий и необходимость проведения замачивания опытных котлованов.
При расчетных просадках грунтов от их собственного веса от 5 до 20—25 см фактические просадки в натуре, особенно при просадочных толщах более 15—20 м, часто отсутствуют или не превышают 5 см. В то же время нередки случаи, когда при этом диапазоне изменения расчетных просадок фактические их величины превышают 5 см, что свидетельствует о наличии II типа грунтовых условий по просадочности.

6.1. Просадочные грунты

6.1.2. При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, следует учитывать возможность повышения их влажности за счет:

а) замачивания грунтов - сверху из внешних источников и (или) снизу при подъеме уровня подземных вод;

б) накопления влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.

6.1.3. Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью e_{s l} и начальным просадочным давлением p_sl. Нормативные значения e _sl и p_sl вычисляют как средние значения результатов их определений, а расчетные значения допускается принимать равными нормативным ( g _g = 1).

6.1.4. При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, должны учитываться:

а) просадки от внешней нагрузки s_sl,p, происходящие в пределах верхней зоны просадки h_sl,p, измеряемой от подошвы фундамента до глубины, где суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению или сумма указанных напряжений минимальна (см. 6.1.15);

б) просадки от собственного веса грунта s_sl,g, происходящие в нижней зоне просадки h_sl,g, начиная с глубины, где суммарные вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давление p_sl или сумма вертикальных напряжений от собственного веса грунта и внешней нагрузки минимальна, и до нижней границы просадочной толщи;

в) неравномерность просадки грунтов D s_sl;

г) горизонтальные перемещения основания u_sl в пределах криволинейной части просадочной воронки при просадке грунтов от собственного веса;

д) потеря устойчивости откосов и склонов;

е) дополнительные нагрузки вследствие образования в грунтовой толще водных куполов;

ж) дополнительные осадки подстилающего просадочную толщу грунтов, происходящие за счет изменения напряженного состояния грунтового массива (см. 6.1.7).

Примечание - Просадку грунтов учитывают при относительной просадочности e_sl ³ 0,01.

6.1.5. При определении просадок грунтов и их неравномерности следует учитывать:

характер планировки территории (наличие выемок и срезки или насыпей и подсыпок, которые оказывают влияние на напряженное состояние грунтов основания, а также на вид и размер просадок);

возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов; конструктивные особенности сооружения, в частности наличие тоннелей, подвалов под частью сооружения и т.п.;

дополнительные нагрузки на глубокие фундаменты, уплотненные и закрепленные массивы от сил негативного трения, возникающих при просадках грунтов от собственного веса.

Кроме того, необходимо учитывать, что при замачивании сверху больших площадей (ширина замачиваемой площади B_w равна или превышает толщину слоя просадочного грунта - просадочную толщу H_sl) и замачивании снизу за счет подъема уровня подземных вод полностью проявляется просадка от собственного веса s_sl,g а при замачивании сверху малых площадей (B_w < H_sl) проявляется только ее часть s'_sl,_g (см. 6.1.18).

Примечание - При определении неравномерности просадок грунтов следует учитывать возможные наиболее неблагоприятные виды и места расположения источников замачивания по отношению к рассчитываемому фундаменту или сооружению в целом.

6.1.6. Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса подразделяют на два типа:

I тип - грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственного веса отсутствует или не превышает 5 см;

II тип - грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственного веса и ее величина превышает 5 см.

6.1.11. Просадку грунтов основания s_sl, см, при увеличении их влажности вследствие замачивания сверху больших площадей (см. 6.1.5), а также замачивания снизу при подъеме уровня подземных вод определяют по формуле

(6.1)

где e _sl,i - относительная просадочность i -го слоя грунта, определяемая в соответствии с 6.1.12;

h_i - толщина i -го слоя, см;

k_sl,i - коэффициент, определяемый в соответствии с 6.1.13;

n - число слоев, на которое разбита зона просадки h_sl, принимаемое в соответствии с 6.1.17.

6.1.12. Относительную просадочность грунта e _sl определяют на основе испытаний грунта в лабораторных условиях (ГОСТ 23161) по формуле

(6.2)

где h_n,p и h_sat,p - высота образца, см, соответственно природной влажности и после его полного водонасыщения (w = w_sat) при давлении p, кПа, равном вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунта p = s _zp + s _zg при определении просадки грунта в верхней зоне просадки; при определении просадки грунта в нижней зоне просадки также учитывают дополнительную нагрузку от сил негативного трения;

h_n,g - высота, см, того же образца природной влажности при р = s _zg.

Значение e _sl может быть определено также в полевых условиях по испытаниям грунта штампом с замачиванием (ГОСТ 20276).

6.1.13. Коэффициент k_{s, i}, входящий в формулу (6.1), при b ³ 1,2 м принимают равным единице для всех слоев грунта в пределах зоны просадки; при b £ 3 м вычисляют по формуле

k_sl,i = 0,5 + 1,5(p - p_sl,i)/ p ₀, (6.3)

где p - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

p_sl,i - начальное просадочное давление грунта i -го слоя, кПа, определяемое в соответствии с 6.1.14;

p ₀- давление, равное 100 кПа.

При 3 м < b < 12 м k_sl,i определяют интерполяцией.

При определении просадки грунта от собственного веса следует принимать k_sl = 1 при H_sl £ 15 м и k_sl = 1,25 при H_sl ³ 20 м, при промежуточных значениях H_sl коэффициент k_sl определяют интерполяцией.

6.1.14. За начальное просадочное давление p_sl принимают давление, соответствующее:

при лабораторных испытаниях грунтов в компрессионном приборе (ГОСТ 23161) - давлению, при котором относительная просадочность e _sl равна 0,01;

при полевых испытаниях штампами предварительно замоченных грунтов (ГОСТ 20276)- давлению, равному пределу пропорциональности на графике «нагрузка - осадка»;

при замачивании грунтов в опытных котлованах - вертикальному напряжению от собственного веса грунта на глубине, начиная с которой происходит просадка грунта от собственного веса.

6.1.15. Толщину зоны просадки грунта h_sl принимают равной (см. рисунок 6.1):

толщине верхней зоны просадочной толщи h_sl,p при определении просадки грунта от внешней нагрузки s_sl,р (см. 6.1.4), при этом нижняя граница указанной зоны соответствует глубине, где s _z = s _zp + s _zg = p_sl (см. рисунок 6.1 а, б), или глубине, где значение s _z минимально, если s _z,min > p_sl (см. рисунок 6.1, в);

толщине нижней зоны просадочной толщи h_sl,g при определении просадки грунта от собственного веса s_sl,g (см. 6.1.4, 6.1.5), т.е. начиная с глубины z_g, где s _z = p_sl, или значение s _z минимально, если s _z,min > p_sl, и до нижней границы просадочной толщи.

6.1.16. При отсутствии опытных определений начального просадочного давления суммирование по формуле (6.1) производят до глубины, на которой относительная просадочность e _sl от давления p_i равна 0,01.

6.1.17. Для расчета просадки грунта от нагрузки фундамента просадочную толщу разбивают на отдельные слои h_i в соответствии с литологическим разрезом и горизонтами определения e _sl,i. При этом толщина слоев должна быть не более 2 м, а изменение суммарного напряжения в пределах каждого слоя не должно превышать 200 кПа.

При расчете просадок по формуле (6.1) учитывают только слои грунта, относительная просадочность которых при фактическом напряжении e _sl ³ 0,01. Слои, в которых e _sl < 0,01, исключают из рассмотрения. Указанные требования относятся и к расчету максимальной просадки грунта от собственного веса по формуле (6.1).

а - просадка от собственного веса s_sl,g отсутствует (не превышает 5 см), возможна только просадка от внешней нагрузки s_sl,p в верхней зоне просадки h_sl,p (I тип грунтовых условий); б, в, г - возможна просадка от собственного веса s_sl,g в нижней зоне просадки h_sl,g начиная с глубины z_g (II тип грунтовых условий); б - верхняя и нижняя зоны просадки не сливаются, имеется нейтральная зона h_n; в - верхняя и нижняя зоны просадки сливаются; г - просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 - вертикальные напряжения от собственного веса грунта s _zg; 2 - суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта s _z = s_zp + s_zg; 3 - изменение с глубиной начального просадочного давления p_sl; H_sl -толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща); d - глубина заложения фундамента

Рисунок 6.1 - Схемы к расчету просадок основания фундаментов

6.1.20. Расчет просадки в грунтовых условиях I типа не производят, если в пределах всей просадочной толщи сумма вертикальных напряжений от внешней нагрузки и от собственного веса грунта не превышает начальное просадочное давление p_sl.

6.1.21. При возможности замачивания грунтов основания (см. 6.1.2) следует предусматривать:

а) устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи (см. 6.1.22);

б) прорезку просадочной толщи фундаментами, в том числе свайными и массивами из закрепленного грунта (см. 6.1.23);

в) комплекс мероприятий, включающий частичное устранение просадочных свойств грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия, указанные в разделе 5.9.

В грунтовых условиях II типа наряду с устранением просадочных свойств грунтов или прорезкой просадочной толщи фундаментами глубокого заложения должны предусматриваться водозащитные мероприятия, а также соответствующая компоновка генплана.

Выбор мероприятий должен производиться с учетом типа грунтовых условий, вида возможного замачивания, расчетной просадки, взаимосвязи проектируемых сооружений с сооружениями окружающей застройки в соответствии с требованиями 4.2.

6.1.22. Устранение просадочных свойств грунтов достигается:

а) в пределах верхней зоны просадки или ее части - уплотнением тяжелыми трамбовками, устройством грунтовых подушек, вытрамбовыванием котлованов, в том числе с устройством уширения из жесткого материала (бетона, щебня, песчано-гравийной смеси), химическим или термическим закреплением;

б) в пределах всей просадочной толщи - глубинным уплотнением грунтовыми сваями, предварительным замачиванием грунтов основания, в том числе с глубинными взрывами, химическим или термическим закреплением.

6.1.23. При проектировании заглубленных фундаментов следует учитывать:

в грунтовых условиях I типа - сопротивление грунта по боковой поверхности фундаментов;

в грунтовых условиях II типа - негативное трение грунта по боковой поверхности фундаментов, возникающее при просадке грунтов от собственного веса.