Засоленные грунты

6.3.1 Основания, сложенные засоленными грунтами, должны проектироваться с учетом их особенностей, обусловливающих:

образование при длительной фильтрации воды и выщелачивании солей суффозионной осадки s_sf;

изменение в процессе выщелачивания солей физико-механических свойств грунта, сопровождающееся, как правило, снижением его прочностных характеристик;

повышенную агрессивность подземных вод к материалам подземных конструкций за счет растворения солей, содержащихся в грунте.

Следует также иметь в виду, что в засоленных грунтах при их замачивании могут проявляться просадка или набухание.

Примечание - Отнесение грунтов к засоленным и их подразделение в зависимости от суммарного содержания легко- и среднерастворимых солей по степени засоленности следует производить по ГОСТ 25100.

6.3.2 Засоленные грунты характеризуют относительным суффозионным сжатием e_sf и начальным давлением суффозионного сжатия p_sf.

Значения e_sf и p_sf определяют, как правило, лабораторными методами (компрессионно-фильтрационные испытания), а для детального изучения отдельных участков строительной площадки - полевыми испытаниями статической нагрузкой с длительным замачиванием основания. При наличии результатов полевых испытаний и опыта строительства в аналогичных инженерно-геологических условиях указанные характеристики допускается определять только лабораторными методами.

Значения e_sf и p_sf определяют в соответствии с 6.3.14.

6.3.3 Для предварительных расчетов суффозионной осадки основания сооружений I и II уровней ответственности и для окончательных расчетов сооружений III уровня ответственности допускается определять значение относительного суффозионного сжатия e_sf глинистых загипсованных грунтов по формуле (6.14), если они представлены:

суглинками с w = 0,02-0,04; I_L = 0,08-0,12; r_d = 1,2-1,6 г/см³; е = 0,75-1,1;

супесями с w = 0,01-0,03; I_L = 0,03-0,07; r_d = 1,4-1,45 г/см³; е = 0,9-1,0.

e_sf = k₁d₀r_dbⁿ/r_g, (6.14)

где k₁ - коэффициент, зависящий от вида грунта, содержания гипса и давления и принимаемый по таблице 6.4;

d₀ - начальное содержание гипса в грунте, доли единицы;

r_d - начальная плотность сухого грунта, г/см³;

r_g - плотность частиц гипса, г/см³;

b - степень выщелачивания, доли единицы;

п - коэффициент, принимаемый для суглинков равным 1, для супесей - 1/3.

Таблица 6.4

6.3.4 Нормативные значения характеристик засоленных грунтов e_sf и p_sf вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522). Расчетные значения допускается принимать равными нормативным (g_g = 1).

6.3.5 Расчет оснований, сложенных засоленными грунтами, должен производиться в соответствии с требованиями раздела 5. Если засоленные грунты являются просадочными или набухающими, следует учитывать соответственно требования подразделов 6.1 и 6.2.

6.3.6 Расчетное сопротивление R основания, сложенного засоленными грунтами, при возможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей определяют по формуле (5.7) с использованием расчетных значений прочностных характеристик (j_II и c_II), полученных для грунтов в водонасыщенном состоянии после выщелачивания солей.

При невозможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей значение R следует определять по формуле (5.7) с использованием прочностных характеристик, полученных для засоленных грунтов в водонасыщенном состоянии.

При вычислении R для частично или полностью выщелоченных грунтов коэффициент условий работы грунтового основания g_с1 в формуле (5.7) для загипсованных суглинков с начальным содержанием гипса d₀ £ 20 % принимают равным 1,1, а для суглинков с d₀ > 20 % и для всех загипсованных супесей g_сl = 1.

Коэффициент условий работы сооружения g_с2 во взаимодействии с основанием в формуле (5.7) для всех засоленных грунтов принимают равным единице.

Коэффициент k в формуле (5.7) принимают равным единице при определении прочностных характеристик засоленных грунтов в лабораторных условиях в приборах трехосного сжатия и в полевых условиях методом сдвига целика и k = 1,1 при определении этих характеристик в лабораторных условиях в приборах одноплоскостного среза и по таблицам приложения Б.

6.3.7 Деформации основания фундаментов определяют суммированием осадки основания при природной влажности от внешней нагрузки (см. подраздел 5.6) и суффозионной осадки, а также просадки, набухания или усадки, если засоленные грунты являются просадочными или набухающими.

При невозможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей деформации основания фундаментов определяют в соответствии с подразделом 5.6 исходя из деформационных характеристик засоленных грунтов при полном водонасыщении.

6.3.8 Максимальные и средние суффозионные осадки, разность осадок и крены отдельных фундаментов и сооружения в целом необходимо рассчитывать с учетом неравномерности замачивания основания, схемы фильтрационного потока в пределах отдельного фундамента или контура сооружения, неоднородности распределения солей в грунте по площади и по глубине основания.

6.3.9 Расчет суффозионной осадки основания, сложенного глинистыми грунтами с легкорастворимыми солями и загипсованными песками, следует выполнять в пределах зоны, условно офаниченной глубиной сжимаемой толщи Н_с, определяемой согласно 5.6.41. При этом принимают, что в пределах сжимаемой толщи грунты подвергаются полному рассолению, т.е. степень выщелачивания b, определяемая по ГОСТ 12248, равна единице.

6.3.10. При расчете суффозионных осадок оснований, сложенных загипсованными глинистыми грунтами, принимают, что:

длина зоны, в пределах которой возможно выщелачивание гипса (выщелачиваемая зона H_l), ограничена условием предельного насыщения гипсом фильтрующей жидкости;

в процессе фильтрации происходит развитие выщелачиваемой зоны, т.е. увеличивается ее длина и уменьшается содержание гипса в грунте в направлении движения фильтрационного потока;

суффозионные осадки основания происходят только в пределах выщелачиваемой зоны.

6.3.11 При расчете суффозионных осадок основания, сложенного загипсованными глинистыми грунтами, следует различать две схемы фильтрационного потока в основании фундамента (см. рисунок 6.3).

1 - вертикальная фильтрация; 2 - горизонтальная фильтрация в слое ограниченной толщины
Рисунок6.3 - Схемы замачивания фундаментов

При расчете суффозионных осадок основания по схеме 1 сначала следует определить состояние выщелачиваемой зоны H_l, т.е. ее длину и распределение в ней гипса в расчетный момент времени (например, через 5, 10 лет и так далее после начала эксплуатации сооружения). Для этого необходимо выделить слои с различным содержанием гипса (см. рисунок 6.4). При этом начальное распределение гипса в грунте представляется в виде ступенчатой эпюры d₀(z). Выделенные слои разбивают на более мелкие, толщиной 0,5 м, для которых производят расчет процесса рассоления.

1 - границы слоев с различным содержанием гипса; 2 - границы расчетных слоев; 3 - расчегный слой; 4 - направление фильтрации; 5 - начальная эпюра относительного содержания гипса d₀(z)
Рисунок 6.4 - Схема для расчета рассоления основания при вертикальной фильтрации

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.

6.3.12 При расчете суффозионных деформаций основания, сложенного загипсованными глинистыми грунтами, при фильтрации по схеме 1 (см. рисунок 6.3) зона суффозионной осадки в основании фундамента ограничивается глубиной H_с, где суммарные вертикальные напряжения от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному давлению суффозионного сжатия р_sf.

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 (см. рисунок 6.5).

Рисунок 6.5 - Схема для расчета суффозионной осадки засоленного грунта при вертикальной фильтрации

6.3.13 Суффозионную осадку основания s_sf, см, сложенного засоленными грунтами, при вертикальной фильтрации (см. рисунок 6.3) определяют по формуле

(6.15)

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, определяемое по 6.3.14;

h_i - толщина i-го слоя засоленного грунта, см;

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

Значение s_sf определяют в пределах зон, устанавливаемых по 6.3.9, 6.3.12.

6.3.14 Относительное суффозионное сжатие e_sf при компрессионно-фильтрационных испытаниях (ГОСТ 12248) определяют по формуле

e_sf = (h_sat,p - h_sf,p)/h_ng, (6.16)

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

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

h_ng - высота того же образца природной влажности при давлении р₁ = s_zg.

Начальное давление суффозионного сжатия p_sf соответствует давлению, при котором e_sf = 0,01.

Значения e_sf и p_sf могут быть определены также при полевых испытаниях грунтов штампом с длительным замачиванием грунтов (ГОСТ 20276).

6.3.15 Деформации оснований при фильтрации по схеме 2 (см. рисунок 6.3) следует рассчитывать с учетом развития во времени выщелачиваемой зоны в горизонтальном направлении и неоднородности деформационных свойств грунтов основания в пределах площади фундамента или контура сооружения.

Как и при фильтрации по схеме 1 (см. рисунок 6.3) необходимо установить состояние выщелачиваемой зоны в основании фундамента на расчетный момент времени (ее длину и распределение в ней гипса). Для установленного состояния выщелачиваемой зоны следует определить осадку сторон фундамента и его крен.

Начальное содержание гипса в грунте принимают постоянным (d₀ = const) как по глубине загипсованной толщи, так и по площади фундамента и в его окрестности (см. рисунок 6.6) и равным среднему значению загипсованности толщи.

Разбивку основания на вертикальные слои шириной по 0,5 м следует производить в пределах от z = 0 (источник замачивания) до z = l + 2L + 1, где l - расстояние до фундамента, a 2L - ширина фундамента. Направление формирования и перемещения выщелачиваемой зоны принимают горизонтальным.

1 - входной участок фильтрационного потока; 2 - направление фильтрации; 3 - расчетный слой; 4 – границы расчетных слоев
Рисунок6.6 - Схема для расчета рассоления основания при горизонтальной фильтрации

6.3.16. Для расчета осадок сторон фундамента при фильтрации по схеме 2 (см. рисунок 6.3) рекомендуется применять метод расчета конструкций на основании, характеризующемся переменным коэффициентом постели. Расчетная схема предусматривает наличие двух участков в основании фундамента (см. рисунок 6.7), где участок 1 равен длине выщелачиваемой зоны. Коэффициент постели на этом участке изменяется от c_min под одной стороной фундамента, ближайшей к источнику замачивания, до с_mах на границе выщелачиваемой зоны. Участок 2 равен длине невыщелоченной зоны. Коэффициент постели на этом участке постоянен и равен с_mах.

Рисунок 6.7 - Схема для расчета деформаций засоленного грунта при горизонтальной фильтрации

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

водозащитные;

конструктивные;

частичная или полная срезка засоленных грунтов с устройством подушки из глинистых грунтов;

прорезка толщи засоленных грунтов фундаментами, в том числе свайными;

закрепление, уплотнение или нейтрализация (насыщение грунтов растворами, исключающими растворение солей) грунтов;

предварительное рассоление грунтов;

комплекс мероприятий, включающий водозащитные и конструктивные мероприятия, а также устройство грунтовой подушки.

При устройстве подушки из глинистых грунтов в основании сооружений предельное содержание солей и степень уплотнения грунта должны устанавливаться по данным специальных исследований и зависят от передаваемых на основание нагрузок, свойств грунта, уровня ответственности и конструктивных особенностей сооружения, возможных условий замачивания основания.

При проектировании фундаментов в засоленных грунтах необходимо применять антикоррозионные мероприятия для защиты тела фундамента от агрессивного воздействия вод и грунтов.

Для сильно- и избыточно засоленных грунтов (ГОСТ 25100) рекомендуется применять:

прекращение или замедление движения фильтрационного потока (устройство водонепроницаемых завес: глинистых, силикатных, битумных, цементных);

снижение растворяющей способности подземных вод (искусственное водонасыщение фильтрационного потока солями).