Особенности проектирования и строительства (Фундаменты на насыпных грунтах)

Особенности проектирования и строительства (Фундаменты на насыпных грунтах)

Фундаменты на насыпных грунтах могут стать серьезным препятствием для продуктивности и успешности проекта.

По своей структуре данные грунты однородны и подразделяются на:

· планомерно возведенные насыпи — (обратные засыпки) и подсыпки (подушки), характеризующиеся практически однородным составом, сложением и равномерной сжимаемостью;

· отвалы грунтов и отходов производства имеющие практически однородный состав и сложение, но неравномерную плотность и сжимаемость;

· свалки грунтов, отходов производств и бытовых отходов, характеризующиеся неоднородным составом и сложением, неравномерной плотностью и сжимаемостью, а также содержанием органических включений.

В строительных проектах оснований фундаменты на насыпных грунтах обязательно указываются по видам в зависимости от:

· однородности состава и сложения,

· способа укладки,

· вида исходного материала, составляющего основную часть насыпи,

· степени уплотнения их от собственного веса (слежавшиеся, в случае, когда процесс уплотнения от собственного веса закончился или неслежавшиеся, если процесс уплотнения от собственного веса продолжается).

Фундаменты на насыпных грунтах возводятся с учетом однородности состава и сложения, вида исходного материала, степени самоуплотнения от собственного веса и подразделяются на отдельные группы и виды:

· грунты с нарушенной естественной структурой;

· отвалы отходов различных производств;

· свалки всевозможных материалов, напластования которых образовались в результате засыпки оврагов, котлованов, карьеров, местных понижений при планировке территорий грунтами, полученными при разработке котлованов, траншей, планировке территорий срезкой, вскрышных работах при открытой разработке полезных ископаемых, а также отходами различных производств.

Для проектирования оснований зданий и сооружений используются фундаменты на насыпных грунтах, но только после проведенных инженерных изысканий, результаты которых согласуются с номенклатурой из нормативных документов.

В большинстве случаев фундаменты на насыпных грунтах потребуют использования большого количества технических средств — автомобильным или железнодорожным транспортом, скреперами, бульдозерами осуществляются отсыпка, отвалы, срезка растительного заторфованного слоя, рытье котлованов, уборка мусора, отходов органического происхождения с одновременным их уплотнением различными механизмами.

Следовательно, в денежном выражении фундаменты на насыпных грунтах оцениваются в соответствии с заранее разработанным проектом и планированием предстоящих работ.

Устройство фундаментов на насыпных грунтах:

1. Прописывают в проекте тип насыпного грунта (песок, гравий, суглинок и т.д.). Выполнять отсыпку из глины не желательно, т.к. она способна к набуханию.

2. Насыпные грунты необходимо послойно уплотнить до коэффициента 0,95.

3. Назначают расчетное сопротивление грунта Ro по табл.

4. Определяют требуемый габарит фундамента.

5. В зависимости от Ro задаются модулем деформации Е и выполняют проверку на осадки.

6. До начала строительства необходимо подтвердить несущую способность насыпных грунтов статическими нагрузками в полевых условиях в соответствии с ГОСТ 20276-2012.

7. В полевых условиях определяются модуль деформации Е, а также f (угол внутреннего трения) и C (сцепление грунта), по которым вычисляется расчетное сопротивление грунта Ro. Полученные характеристики насыпного грунта должны быть не менее принятых в проекте.

Суффозионные осадки

К засоленным относят дисперсные грунты пустынных и полупустынных, реже степных районов с повышенным содержанием водорастворимых минеральных солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов и др.).

Основная специфическая особенность засоленных грунтов – развитие в них суффозионной осадки, которая возникает в результате выщелачивания из них солей при длительной фильтрации воды.

Следствием суффозионной осадки являются большие и неравномерные деформации грунтовых оснований различных зданий и сооружений. За счет выщелачивания и растворения солей значительно повышаются агрессивность подземных вод к бетону и коррозионная активность грунтов к подземным металлическим конструкциям.

Засоление грунтов может иметь первичный морской характер, т.е. грунты отлагались в засоленных морских бассейнах и содержат соли этих бассейнов; и вторичный – засоление происходит в результате вертикальной миграции солей из близко залегающих подземных вод повышенной солености.

Строительство на засоленных грунтах без учета их специфических особенностей приводит к развитию неравномерной суффозионной осадки и коррозии строительных конструкций.

Для предотвращения или устранения возможных деформаций при строительстве на засоленных грунтах различных объектов применяют следующие мероприятия:

- прекращение или замедление движения фильтрационного потока (глинистые, битумные, цементные водонепроницаемые завесы);

- прорезку толщи засоленных грунтов свайными или иными глубокими фундаментами;

- частичную или полную срезку засоленных грунтов и устройство подушек из песка и суглинка;

- предпостроечное рассоление и последующее уплотнение грунтового основания;

- химическое закрепление (особенно для загипсованных песков и супесей).

Особое внимание при строительстве на засоленных грунтах следует уделять антикоррозионным мероприятиям для защиты подземных строительных конструкций.

Суффозионная осадка основания, сложенного засоленными грунтами, определяется по формуле:

где e_sf,i - относительное суффозионное сжатие грунта i-го слоя при давлении р, равном суммарному вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки s_zp и собственного веса грунта s_zg ;

h_i - толщина i-го слоя засоленного грунта;

n - число слоев, на которое разбита зона суффозионной осадки засоленных грунтов.

Относительное суффозионное сжатие e_sf определяется:

а) при полевых испытаниях статической нагрузкой с длительным замачиванием по формуле

где s_sf,p - суффозионная осадка штампа при давлении;

p= s_zp + s_zg ;

d_p - зона суффозионной осадки основания под штампом

р- начальное давление суффозионного сжатия;

б) при компрессионно-фильтрационных испытаниях по формуле

где h_sat,p - высота образца после замачивания (полного водонасыщения) при давлении p= s_zp + s_zg;

h_sf,p - высота того же образца грунта после длительной фильтрации воды и выщелачивания солей при давлении p.

h_ng - высота того же образца природной влажности при давлении p_i = у_zg.

198) Специальные характеристики (относительное суффозионное сжатие, начальное давление суффозионного сжатия) и методы их определения.

Деформационные свойства засоленных грунтов характеризуют такие показатели, как:

• относительное суффозионное сжатие е_sf;

• начальное давление суффозионного сжатия p, МПа.

Относительное суффозионное сжатие e_sf определяется:

а) при полевых испытаниях статической нагрузкой с длительным замачиванием по формуле

p = s_zp + s_zg ;

s_sf,p - суффозионная осадка штампа при давлении;

d_p - зона суффозионной осадки основания под штампом

р- начальное давление суффозионного сжатия;

б) при компрессионно-фильтрационных испытаниях по формуле

где h_sat,p - высота образца после замачивания (полного водонасыщения) при давлении p= s_zp + s_zg;

h_sf,p - высота того же образца грунта после длительной фильтрации воды и выщелачивания солей при давлении p.

h_ng - высота того же образца природной влажности при давлении p_i = у_zg.

Величина относительной суффозионной осадки составляет δc>0,01.

h_i - толщина i-го слоя засоленного грунта

Если основание сложено однородным грунтом, то начальное содержание гипса принимают постоянным в пределах выщелачиваемой зоны d0(z) = const, а вся зона разбивается на слои по 0,5 м.

После разбивки основания на слои следует последовательно в каждом слое, начиная с верхнего, определить количество оставшегося в твердой фазе гипса в расчетный момент времени. При этом слой, в котором содержание гипса будет равно начальному, является нижней границей выщелачиваемой зоны H_l . Для нижележащих слоев расчет растворения гипса производить не следует.

Если на расчетный момент времени H_l £ Н_c, расчет суффозионной осадки следует производить только в пределах выщелачиваемой зоны H_l. При H_l > Н_с расчет осадки необходимо выполнять в пределах сжимаемой толщи Н_с. Глубину Н_с принимают за границу сжимаемой толщи.

Противокарстовая защита

Противокарстовые мероприятия следует предусматривать при проектировании зданий и сооружений на территориях, в геологическом строении которых присутствуют растворимые горные породы (известняки, доломиты, мел, обломочные грунты с карбонатным цементом, гипсы, ангидриты, каменная соль) и имеются карстовые проявления на поверхности (воронки, котловины, карстово-эрозионные овраги и др.) и (или) в глубине грунтового массива (разуплотнения грунтов, полости, пещеры и др.).

Для инженерной защиты зданий и сооружений от карста применяют следующие мероприятия или их сочетания:

Ø планировочные;

В состав планировочных мероприятий входят:

· специальная компоновка функциональных зон, трассировка магистральных улиц и сетей при разработке планировочной структуры с максимально возможным обходом карстоопасных участков и размещением на них зеленых насаждений;

· разработка инженерной защиты территорий от техногенного влияния строительства на развитие карста;

Ø водозащитные и противофильтрационные;

К водозащитным мероприятиям относятся:

· тщательная вертикальная планировка земной поверхности и устройство надежной дождевой канализации с отводом вод за пределы застраиваемых участков;

· мероприятия по борьбе с утечками промышленных и хозяйственно-бытовых вод, в особенности агрессивных;

· недопущение скопления поверхностных вод в котлованах и на площадках в период строительства, строгий контроль за качеством работ по гидроизоляции, укладке водонесущих коммуникаций и продуктопроводов, засыпке пазух котлованов.

Следует ограничивать распространение влияния водохранилищ, подземных водозаборов и других водопонизительных и подпорных гидротехнических сооружений и установок на застроенные и застраиваемые территории.

Ø геотехнические (укрепление оснований);

Из геотехнических противокарстовых мероприятий особого внимания требуют следующие:

· заполнение (тампонаж) опасных карстовых полостей;

· закрепление сильнотрещиноватых зон в карстующихся породах;

· закрепление локальных зон разрыхления в покровной толще;

· тампонаж промежуточных полостей в покровной толще.

Ø конструктивные (отдельно или в комплексе с геотехническими);

В состав конструктивных мероприятий могут входить: специальные конструктивные решения фундаментов (на естественном основании и свайных).

Ø технологические;

Технологические противокарстовые мероприятия включают: повышение надежности технологического оборудования и коммуникаций, их дублирование, контроль за давлением в коммуникациях и утечками из них, обеспечение возможности своевременного отключения аварийных участков и т.д.

Ø эксплуатационные (мониторинг состояния грунтов, деформаций зданий и сооружений).

В состав эксплуатационных противокарстовых мероприятий входят:

· постоянный геодезический контроль за оседанием земной поверхности и деформациями зданий и сооружений;

· наблюдения за проявлениями карста, состоянием грунтов, уровнем и химическим составом подземных вод;

· периодическое строительное обследование состояния зданий, сооружений и их конструктивных элементов.

Противокарстовые мероприятия должны:

· предотвращать активизацию, а при необходимости и снижать активность карстовых и карстово-суффозионных процессов;

· исключать или уменьшать в необходимой степени карстовые и карстово-суффозионные деформации грунтовых толщ;

· предотвращать повышенную фильтрацию и прорывы воды из карстовых полостей в подземные помещения и горные выработки;

· обеспечивать возможность нормальной эксплуатации территорий, зданий, сооружений, подземных помещений и горных выработок при допущенных карстовых проявлениях.

Противокарстовые мероприятия следует выбирать в зависимости от характера выявленных и прогнозируемых карстовых проявлений, вида карстующихся пород, условий их залегания и требований, определяемых особенностями проектируемой защиты и защищаемых территорий и сооружений.