Просадочные грунты

6.1.1 Основания, сложенные просадочными грунтами, должны проектироваться с учетом их особенности, заключающейся в том, что при повышении влажности выше определенного уровня происходит потеря прочности грунта и они дают дополнительные деформации - просадки - от внешней нагрузки и (или) собственного веса грунта.

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_sl и начальным просадочным давлением p_sl. Указанные характеристики определяют в соответствии с 6.1.12, 6.1.14.

Нормативные значения e_sl и p_sl вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522), 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 Ds_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 В_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.

6.1.7 Расчет оснований, сложенных просадочными грунтами, производят в соответствии с требованиями раздела 5.

При этом деформации основания определяют суммированием осадок и просадок. Осадки основания определяют без учета просадочных свойств грунтов исходя из деформационных характеристик грунтов при установившейся влажности, а просадки - в соответствии с требованиями 6.1.2-6.1.5.

Установившееся значение влажности принимают равным природной влажности w, если w ³ w_p, и влажности на границе раскатывания w_p, если w < w_p.

Примечание - Следует также учитывать дополнительные осадки подстилающих просадочную толщу грунтов, которые могут быть вызваны изменением напряженного состояния грунтового массива из-за нагрузок: от зданий и сооружений, грунтовых подушек, подсыпок при выполнении вертикальной планировки, а также от веса воды при водонасыщении просадочной толщи и т.п.

6.1.8 Расчетное сопротивление грунта основания R при возможном замачивании просадочных грунтов (см. 6.1.2, а) принимают равным:

а) начальному просадочному давлению p_sl при устранении возможности просадки грунтов от внешней нагрузки путем снижения давления по подошве фундамента;

б) значению, вычисленному по формуле (5.7) с использованием расчетных значений прочностных характеристик (j_II и с_II) в водонасыщенном состоянии.

При невозможности замачивания просадочных грунтов расчетное сопротивление грунта основания R определяют по формуле (5.7) с использованием прочностных характеристик этих грунтов при установившейся влажности (см. 6.1.7).

При определении расчетного сопротивления грунта основания при возможности его замачивания до полного водонасыщения коэффициенты условий работы g_с1 и g_с2 принимают по таблице 5.4 как для глинистых грунтов с показателем текучести I_L > 0,5, а при невозможности замачивания - с показателем текучести I_L £ 0,5.

6.1.9 Предварительные размеры фундаментов сооружений I и II уровней ответственности, возводимых на просадочных грунтах, назначают исходя из расчетных сопротивлений основания R₀, принимаемых по таблице В.4 приложения В.

Указанными значениями R₀ допускается пользоваться также для назначения окончательных размеров фундаментов сооружений III уровня ответственности, в которых отсутствует мокрый процесс.

6.1.10 При устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или закреплением для сооружений I и II уровней ответственности необходимо обеспечить, чтобы полное давление на кровлю подстилающего неуплотненного или незакрепленного слоя не превышало начальное просадочное давление p_sl.

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;

п - 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 р = 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_sl,i, входящий в формулу (6.1), при b ³ 12 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)/p₀, (6.3)

где р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

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

p₀ - 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,p (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 о_; 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).

6.1.18 Возможную просадку грунта от собственного веса s'_sl,g, см, при замачивании сверху малых площадей (ширина замачиваемой площади В_w меньше размера просадочной толщи H_sl) определяют по формуле

(6.4)

где s_sl,g - максимальное значение просадки грунта от собственного веса, см, определяемое в соответствии с 6.1.11.

6.1.19 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, в случае их возможного замачивания (см. 6.1.2, а) должны предусматриваться мероприятия, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований и (или) уменьшающие их влияние на эксплуатационную надежность сооружений в соответствии с 6.1.21, 6.1.22.

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_п; в - верхняя и нижняя зоны просадки сливаются; г - просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 - вертикальные напряжения от собственного веса грунта s_zg: 2 - сумммарные 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

В случае невозможности замачивания основания в течение всего срока эксплуатации сооружения (с учетом его возможной реконструкции) просадочные свойства грунтов допускается не учитывать, однако в расчетах должны использоваться физико-механические характеристики грунтов, соответствующие установившейся влажности (см. 6.1.7).

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.