Набухающие грунты

6.2.1 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом способности таких грунтов при повышении влажности увеличиваться в объеме - набухать. При последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс - усадка.

Необходимо учитывать, что способностью набухать при увеличении влажности обладают некоторые виды шлаков (например, шлаки электроплавильных производств), а также обычные глинистые грунты (не набухающие при увеличении влажности), если они замачиваются химическими отходами производств (например, растворами серной кислоты).

Возможность набухания шлаков при их увлажнении и глинистых грунтов при замачивании химическими отходами производств устанавливают опытным путем в лабораторных или полевых условиях.

6.2.2 Набухающие грунты характеризуются относительным набуханием при заданном давлении e_sw, давлением набухания p_sw, влажностью набухания w_sw, и относительной усадкой при высыхании e_sh.

Указанные характеристики определяют в соответствии с 6.2.7, 6.2.10 и 6.2.16.

6.2.3 При проектировании оснований, сложенных набухающими грунтами, следует учитывать возможность:

набухания грунтов за счет подъема уровня подземных вод или инфильтрации - увлажнения грунтов производственными или поверхностными водами;

набухания грунтов за счет накопления влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории (экранирование поверхности);

набухания и усадки грунта в верхней части зоны аэрации - за счет изменения водно-теплового режима (сезонных климатических факторов);

усадки за счет высыхания от воздействия тепловых источников.

Примечание - При проектировании заглубленных мастей сооружений необходимо учитывать горизонтальное давление, возникающее при набухании и усадке грунтов.

6.2.4 Горизонтальное давление p_h, кПа, определяют по формуле

p_h = g_ck_swp_max,h, (6.5)

где g_c - коэффициент условий работы, равный 0,85;

k_sw - коэффициент, зависящий от интенсивности набухания и принимаемый по таблице 6.1;

p_max,h - максимальное горизонтальное давление, определяемое в лабораторных условиях, кПа.

Таблица 6.1

6.2.5 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчитываться в соответствии с требованиями раздела 5.

Деформации основания в результате набухания или усадки грунта должны определяться путем суммирования деформаций отдельных слоев основания согласно 6.2.9, 6.2.15.

При определении деформаций основания осадка его от внешней нагрузки и возможная осадка от уменьшения влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта определяют в предположении, что осадки основания от внешней нагрузки стабилизировались.

Предельные значения деформаций основания фундаментов, вызываемых набуханием (усадкой) грунтов, допускается принимать в соответствии с указаниями приложения Д с учетом требований 5.6.50.

6.2.6 При расчете оснований из набухающих грунтов должны применяться характеристики грунтов при их природной плотности и влажности. При расчете оснований из набухающих грунтов после их предварительного замачивания используют характеристики грунта в замоченном состоянии.

Расчетное сопротивление грунтов оснований, сложенных набухающими грунтами, вычисляют по формуле (5.7). При этом рекомендуется учитывать допустимость его повышения согласно указаниям 5.6.24, что будет способствовать уменьшению подъема фундамента при набухании грунта.

6.2.7 Относительное набухание e_sw, давление набухания p_sw и относительную усадку e_sh определяют по результатам лабораторных испытаний (ГОСТ 24143) с учетом указанных в 6.2.3 причин набухания или усадки. Эти характеристики могут быть получены также по данным полевых испытаний грунтов штампом.

6.2.8 Нормативные значения характеристик e_sw и e_sh набухающих грунтов вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522). Расчетные значения этих характеристик допускается принимать равными нормативным (g_g = 1).

6.2.9 Подъем основания при набухании грунта h_sw, см, определяют по формуле

(6.6)

где e_sw,i - относительное набухание грунта i-го слоя, определяемое в соответствии с 6.2.10;

h_i - толщина i-го слоя грунта, см;

k_sw.i - коэффициент, определяемый в соответствии с 6.2.12;

п - число слоев, на которое разбита зона набухания грунта.

6.2.10 Относительное набухание грунта при инфильтрации влаги определяют по формуле

e_sw = (h_sat – h_n)/h_n, (6.7)

где h_n - высота образца, см, природной влажности и плотности, обжатого без возможности бокового расширения давлением р, равным суммарному вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине (значение определяют в соответствии с 6.2.13);

h_sat - высота того же образца, см, после замачивания до полного водонасыщения и обжатого в тех же условиях.

По результатам испытаний образцов грунта при различном давлении строят зависимости e_sw = f(p) и w_sw = f(p) и определяют давление набухания p_sw, соответствующее e_sw = 0.

При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима относительное набухание e_sw определяют по формуле

e_sw = k(w_eq – w₀)/(1 + е₀), (6.8)

где k - коэффициент, определяемый опытным путем (при отсутствии опытных данных принимают равным 2);

w_eq - конечная (установившаяся) влажность грунта, доли единицы, определяемая по 6.2.11;

w₀ и е₀ - соответственно начальные значения влажности и коэффициента пористости грунта, доли единицы.

6.2.11 Значение w_eq i-го слоя при экранировании поверхности определяют по экспериментальной зависимости влажности набухания от нагрузки w_sw = f(p) при давлении p_i, кПа, вычисляемом по формуле

p_i = g_w(z – z_i + 2s_tot,i/g_i), (6.9)

где g_w - удельный вес воды, кН/м³;

z - расстояние от экранируемой поверхности до уровня подземных вод;

z_i - глубина залегания рассматриваемого слоя, м;

s_tot,i - суммарное напряжение в рассматриваемом i-м слое, кПа;

g_i - удельный вес грунта i-го слоя, кН/м³.

Значение (w_eq - w₀) в формуле (6.8) при изменении водно-теплового режима определяют как разность между наибольшим (в период максимального увлажнения) и наименьшим (в период максимального подсыхания) значениями влажности грунта. Коэффициент пористости в этом случае принимают для влажности грунта, отвечающей периоду максимального подсыхания. Профиль влажности массива для случая максимального увлажнения и подсыхания определяют экспериментальным путем в полевых условиях.

6.2.12 Коэффициент k_sw, входящий в формулу (6.6), в зависимости от суммарного вертикального напряжения s_z,tot на рассматриваемой глубине принимают равным 0,8 при s_z,tot = 50 кПа и k_sw = 0,6 при s_z,tot = 300 кПа, а при промежуточных значениях определяют интерполяцией.

6.2.13 Суммарное вертикальное напряжение s_z,tot, кПа, на глубине z от подошвы фундамента (см. рисунок 6.2) определяют по формуле

s_z,tot = s_zp + s_zg + s_z,ad, (6.10)

где s_zp, s_zg - вертикальные напряжения соответственно от нагрузки фундамента и от собственного веса грунта, кПа;

s_z,ad - дополнительное вертикальное давление, кПа, вызванное влиянием веса неувлажненной части массива грунта за пределами площади замачивания, определяемое по формуле

s_z,ad = k_gg(d + z), (6.11)

здесь k_g - коэффициент, принимаемый по таблице 6.2.

g - удельный вес грунта, кН/м³;

(d + z) - см. рисунок 6.2.

6.2.14. Нижнюю границу зоны набухания H_sw, см (см. рисунок 6.2):

а) при инфильтрации влаги принимают на глубине, где суммарное вертикальное напряжение s_z,tot, (см. 6.2.13) равно давлению набухания р_sw;

б) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима определяют опытным путем (при отсутствии опытных данных принимают равной 5 м).

При наличии подземных вод нижнюю границу зоны набухания принимают на 3 м выше начального уровня подземных вод, но не ниже установленного в позиции а.

Рисунок 6.2 - Схема к расчету подъема основания при набухании грунта

Таблица 6.2

6.2.15 Осадку основания в результате высыхания набухшего грунта s_sh, см, определяют по формуле

(6.12)

где e_sh,i - относительная линейная усадка грунта i-го слоя, определяемая в соответствии с 6.2.16;

h_i - толщина i-го слоя грунта, см;

k_sh - коэффициент, принимаемый равным 1,3;

п - число слоев, на которое разбита зона усадки грунта, принимаемая в соответствии с 6.2.17.

Допускается принимать e_sh,i, определяемую без нагрузки, при этом k_sh = 1,2.

6.2.16 Относительную линейную усадку грунта при его высыхании e_sh, определяют по формуле

e_sh = (h_n - h_d)/h_n, (6.13)

где h_n - высота образца грунта, см, после его максимального набухания при обжатии его суммарным вертикальным напряжением без возможности бокового расширения;

h_d - высота образца, см, в тех же условиях после уменьшения влажности в результате высыхания.

6.2.17 Нижнюю границу зоны усадки H_sh определяют экспериментальным путем, а при отсутствии опытных данных принимают равной 5 м.

При высыхании грунта в результате теплового воздействия технологических установок нижнюю границу зоны усадки H_sh определяют опытным путем или соответствующим расчетом.

6.2.18 При расчетных деформациях основания, сложенного набухающими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с подразделом 5.9:

водозащитные мероприятия;

предварительное замачивание основания в пределах всей или части толщи набухающих грунтов;

применение компенсирующих песчаных подушек;

полная или частичная замена слоя набухающего грунта ненабухающим;

полная или частичная прорезка фундаментами слоя набухающего грунта.

6.2.19 Глубину предварительного замачивания, толщину частично заменяемого слоя набухающего грунта или частичной его прорезки назначают в зависимости от требуемого снижения деформаций от набухания.

6.2.20 При возведении фундаментов на предварительно замоченном основании из набухающих грунтов следует предусматривать устройство подушек из песка, щебня или гравия либо упрочнение верхнего слоя грунта связующими материалами.

6.2.21 Компенсирующие песчаные подушки устраивают на кровле или в пределах слоя набухающих грунтов при давлении, передаваемом на основание, не менее 0,1 МПа.

Для устройства подушек применяют пески любой крупности, за исключением пылеватых, уплотняемые до плотности в сухом состоянии не менее 1,6 т/м³.

Компенсирующие песчаные подушки устраивают только под ленточные фундаменты, когда их ширина не превышает 1,2 м. Размеры подушки назначают по таблице 6.3.

Таблица 6.3

6.2.22 Уменьшение подъема фундамента на естественном основании из набухающих грунтов может обеспечиваться путем анкеровки фундамента с помощью свай, частично или полностью прорезающих набухающий слой. При этом нагрузка, передаваемая сооружением, воспринимается совместно фундаментом и сваями, а предельные деформации (осадки, подъемы) этой конструкции не должны превышать предельных значений.

6.2.23 К числу конструктивных мероприятий относят увеличение жесткости и прочности сооружения путем разбивки его на отдельные отсеки осадочными швами. Отсек должен иметь правильную геометрическую форму в плане и одинаковую высоту. Увеличение жесткости и прочности достигается также введением железобетонных непрерывных поясов толщиной не менее 15 см, устраиваемых по высоте в нескольких уровнях. Пояса следует армировать каркасами, располагаемыми на уровне перекрытий или верха проема и полностью перекрывающими наружные стены. Пояса предусматривают при частичной прорезке набухающих грунтов; частичной замене набухающего грунта ненабухающим; устройстве компенсирующих подушек; предварительном замачивании набухающих грунтов.

6.2.24 Замену набухающего грунта производят местным ненабухающим грунтом, уплотняемым до заданной плотности. Проектирование оснований сооружений в этом случае должно выполняться как на обычных ненабухающих грунтах.

6.2.25 Допускается использовать набухающие грунты для обратной засыпки пазух и траншей при условии, что горизонтальное давление, вызванное их увлажнением, окажется допустимым для данного сооружения, а возможный подъем грунта засыпки не приведет к ухудшению условий эксплуатации. Уплотнение грунтов производят в соответствии с требованиями, принятыми для устройства грунтовых подушек и обратных засыпок из обычных грунтов.