Органоминеральные и органические грунты

6.4.1 Основания, сложенные водонасыщенными органоминеральными (илы, сапропели, заторфованные грунты) и органическими грунтами (торфы) или включающие эти грунты, должны проектироваться с учетом их особенностей: большой сжимаемости, изменчивости и анизотропии прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик и изменений их в процессе консолидации основания, длительного развития осадок во времени и возможности возникновения нестабилизированного состояния.

Для илов следует учитывать тиксотропию и газовыделение (метан, углекислый газ).

Следует учитывать также, что подземные воды в органоминеральных и органических грунтах, как правило, агрессивны к материалам подземных конструкций.

6.4.2 По характеру залегания органоминеральные и органические грунты делятся на открытые (залегающие с поверхности), погребенные (залегающие в виде линз или слоев на различной глубине) и искусственно погребенные (перекрытые искусственно сформированными отложениями).

6.4.3 В зависимости от расположения слоев или линз органоминерального и органического грунта в плане и по глубине основания выделяют наиболее распространенные типы оснований, приведенные на рисунке 6.8.

6.4.4 При проведении инженерно-геологических изысканий следует дополнительно устанавливать:

характер залегания органоминеральных и органических грунтов (см. рисунок 6.8) и толщину слоев, прослоек и линз этих грунтов;

содержание органического вещества I_r для выделения заторфованных грунтов, торфов и сапропелей (ГОСТ 23740);

степень разложения органического вещества D_dp в торфах (ГОСТ 10650);

коэффициент консолидации (ГОСТ 12248).

Расстояние между отдельными скважинами не должно превышать 20 м и они должны полностью прорезать толщу органоминеральных и органических грунтов с заглублением не менее чем на 2 м в подстилающие минеральные грунты.

Определение характеристик органоминеральных и органических грунтов должно производиться не менее чем через 0,5 м по глубине каждого обнаруженного слоя.

6.4.5 На площадках, в основании которых залегают илы с целью сохранения природной структуры этого грунта должны применяться методы испытаний, исключающие динамическое воздействие на грунт. Рекомендуется применение штампов, прессиометров, статического зондирования, приборов вращательного среза, радиоизотопных методов и т.д.

6.4.6 Следует выделять пресноводные илы с содержанием органического вещества более 10 % - сапропели. В зависимости от условий залегания сапропели подразделяют на неуплотненные и уплотненные в природном залегании; по содержанию органического вещества - на минеральные, среднеминеральные и слабоминеральные.

6.4.7 Характеристики органоминеральных и органических грунтов должны определяться, как правило, на основе непосредственных испытаний грунтов в полевых или лабораторных условиях (ГОСТ 20276, ГОСТ 12248).

Ориентировочные значения физико-механических характеристик сапропелей, открытых и погребенных торфов и илов, которые могут быть использованы для предварительной оценки оснований, сложенных указанными грунтами, приведены в приложении И.

I - в пределах всей сжимаемой толщи основания залегают органоминеральные или органические грунты; II - в верхней части сжимаемой толщи основания залегает слой органоминерального или органического грунта; III - в нижней части сжимаемой толщи основания залегают органоминеральные или органические грунты; IV - сжимаемая толща в пределах пятна застройки здания включает односторонне (IVa), двусторонне (IVб) вклинившиеся линзы или содержит множество лит (IVe) из органоминеральных или органических грунтов; V - в пределах глубины сжимаемой толщи находится одна (Va) или несколько прослоек (Vб) органоминерального или органического грунта, границы которых в плане выходят за пределы пятна застройки здания
Рисунок6.8 - Типовые схемы оснований, содержащих органоминеральные и органические грунты

Для глинистых грунтов с содержанием органических веществ в долях единицы в диапазоне 0,05 £ I_r £ 0,25 нормативные значения характеристик Е, j_n и с_n для расчетов оснований сооружений, оговоренных в 5.3.18, допускается принимать по таблице Б.4 приложения Б.

6.4.8 Деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики органоминеральных и органических грунтов должны определяться в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию основания проектируемого сооружения. Указанные характеристики должны устанавливаться при испытаниях образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях.

6.4.9 Для определения прочностных характеристик j и с органоминеральных и органических грунтов следует проводить испытания, применяя методику консолидированных испытаний для определения этих характеристик в стабилизированном состоянии и неконсолидированных испытаний для определения в нестабилизированном состоянии (ГОСТ 12248).

6.4.10 В полевых условиях деформационные характеристики органоминеральных и органических грунтов определяют методами, указанными в ГОСТ 20276. При определении деформационных характеристик этих грунтов в компрессионных приборах, учитывая их высокую сжимаемость, испытуемые образцы должны иметь начальную высоту 30-50 мм, а их нагружение следует проводить небольшими ступенями согласно ГОСТ 12248.

Максимальное давление на образец в компрессионном опыте должно превышать проектное не менее чем на 10-20 %, но быть не менее 0,1 МПа.

Значения модуля деформации по результатам опыта должны устанавливаться для различных интервалов давлений и использоваться в расчетах осадки в зависимости от фактических нормальных напряжений по глубине основания в пределах сжимаемой толщи.

6.4.11 Коэффициент бокового давления органоминеральных и органических грунтов x определяют в приборах трехосного сжатия. Допускается принимать значения x по таблицам приложения И.

6.4.12 При применении комплекса мероприятий по предварительной подготовке основания, содержащего органоминеральные и органические грунты (временная или постоянная пригрузка, дренирование и т.п.), характеристики этих грунтов должны устанавливаться по результатам их испытаний после уплотнения.

6.4.13 При расчете оснований должны учитываться анизотропные свойства органоминеральных и органических грунтов. В каждой точке основания следует отбирать не менее двух образцов для определения характеристик в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. Коэффициент фильтрации также должен определяться для этих двух направлений.

Обозначения характеристик грунта с анизотропными свойствами должны иметь индекс, указывающий диапазоны давлений и их направление при испытании (горизонтальное или вертикальное).

6.4.14 Расчет оснований, сложенных органоминеральными и органическими грунтами, должен производиться в соответствии с требованиями раздела 5 с учетом скорости передачи нагрузки на основание, изменения эффективных напряжений в грунте в процессе консолидации основания, анизотропии свойств грунтов, вторичной консолидации. При этом допускается использовать методы теории как линейной, так и нелинейной консолидации грунтов.

Примечание - Анизотропию свойств органоминеральных и органических грунтов допускается не учитывать, если значения характеристик для вертикального и горизонтального направлений отличаются не более чем на 40 %.

6.4.15 При наличии в основании дренирующих слоев необходимо учитывать фильтрацию поровой воды в их сторону, а при наличии песчаной подушки под фундаментом - также в сторону этой подушки. Учитывать действие дренирующего слоя допускается только в том случае, если он не представляет собой замкнутую линзу, а песчаной подушки под фундаментом - если обратная засыпка пазух произведена также дренирующим грунтом.

6.4.16 Основания, сложенные водонасыщенными органоминеральными и органическими грунтами, в соответствии с 5.1.3, 5.7.5 должны рассчитываться по несущей способности.

В этих расчетах силу предельного сопротивления основания N_u, кН/м, при действии вертикальной нагрузки для ленточного фундамента допускается определять по формуле

N_u = b'(q + 5,14с_I), (6.17)

где b' - то же, что и в формуле (5.27);

q - пригрузка, кПа;

с_I - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа, равное с_и.

6.4.17 При намыве на дно водоема, сложенного органоминеральными и органическими грунтами, песчаного слоя его толщина должна определяться необходимыми планировочными отметками с расчетом несущей способности основания и с учетом возможности возникновения нестабилизированного состояния.

6.4.18 При расчете по деформациям оснований, включающих водонасыщенные органоминеральные и органические грунты, расчетное сопротивление грунта основания R определяют по формуле (5.7). При этом коэффициент условий работы грунтового основания g_с1 принимают по таблице 6.5.

Таблица 6.5

6.4.19 Для предварительного определения размеров фундаментов сооружений I и II уровней ответственности на заторфованных песках и окончательного для сооружений III уровня ответственности допускается принимать расчетные сопротивления R₀ по таблице В.5 приложения В.

6.4.20 Расчетную схему для определения конечных осадок фундаментов на основании, включающем водонасыщенные органоминеральные и органические грунты, принимают по разделу 5.

Дополнительную осадку основания фундаментов за счет разложения (минерализации) органических включений допускается не учитывать, если в период срока службы сооружения уровень подземных вод не будет понижаться.

Осадку слоя сильнозаторфованного грунта или торфа при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяют по 6.4.30, 6.4.31.

6.4.21 В расчете по деформациям основания, содержащего органоминеральные и органические грунты, нижнюю границу сжимаемой толщи принимают в соответствии с рекомендациями 5.6.41.

6.4.22 Опирание фундаментов непосредственно на поверхность органоминеральных и органических грунтов не допускается, если они представлены сильнозаторфованными грунтами и торфами, сапропелями и илами.

Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации Е < 5 МПа толщиной более ширины фундамента, то осадка основания фундаментов должна определяться по формуле (5.16) при s_zg,i = 0.

6.4.23 При расчетных деформациях основания, сложенного органоминеральными и органическими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с подразделом 5.9:

полная или частичная прорезка слоев органоминеральных и органических грунтов фундаментами;

полная или частичная замена органоминерального и органического грунта песком, гравием, щебнем и т.д.;

уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания сооружения или всей площадки строительства насыпным (намывным) грунтом или другим материалом (с устройством фильтрующего слоя или дрен при необходимости ускорения процесса консолидации основания);

закрепление илов буросмесительным способом.

6.4.24 В зависимости от типа основания (см. рисунок 6.8), степени заторфованности, глубины залегания и толщины органоминеральных и органических грунтов, а также конструктивных особенностей проектируемого сооружения и предъявляемых к нему эксплуатационных требований рекомендуются следующие варианты специальных мероприятий:

уплотнение основания временной или постоянной нагрузкой, в том числе с устройством вертикальных дрен и дренажных прорезей - для оснований I и II типов;

полная или частичная прорезка слоя органоминеральных и органических грунтов фундаментами, в том числе свайными, - для оснований II, IV и V типов;

выторфовка линз или слоев органоминерального и органического грунта с заменой его минеральным грунтом - для оснований II, IV и V типов;

устройство фундаментов (столбчатых, ленточных и т.п.) на песчаной, гравийной, щебеночной подушке или на предварительно уплотненной подсыпке из местного материала - для всех типов оснований;

устройство сооружений на плитных фундаментах, перекрестных монолитных или сборно-монолитных лентах и т.п. с конструктивными мероприятиями по повышению пространственной жесткости сооружения - для всех типов оснований.

6.4.25 В отдельных случаях основание, содержащее органоминеральные и органические грунты, может быть использовано при соблюдении определенной скорости передачи нагрузки или при применении конструктивных мероприятий (введение поясов жесткости, разбивка здания на отдельные секции и т.п.).

6.4.26 Песчаные подушки, устраиваемые под фундаментами с целью замены органоминеральных и органических грунтов, уменьшения давления на нижележащие слои, повышения, в случае необходимости, отметки подошвы фундаментов, ускорения процесса консолидации (уплотнения) нижележащих грунтов, устраивают, как правило, из песков крупных и средней крупности. В отдельных случаях допускается применение щебня, гравия, шлака или гравийно-песчаной смеси. Мелкие пески для устройства подушек не рекомендуются.

Плотность сухого грунта в подушках из песка крупного и средней крупности рекомендуется не менее 1,65 т/м³.

При назначении прочностных характеристик уплотненного грунта в подушках следует учитывать указания 5.6.14.

6.4.27 Для намыва слоя грунта в качестве основания сооружения могут применяться супеси и пески любой крупности. Для ускорения консолидации намываемого слоя пылеватых песков или супесей необходимы предварительный намыв или укладка на маловодопроницаемое естественное основание, сложенное органо-минеральными и органическими грунтами, дренирующего слоя, например, из песка средней крупности.

6.4.28 Проектирование пригрузки должно производиться с учетом требований 6.4.12. При этом должны быть установлены толщина и размеры в плане пригрузочного слоя и время, необходимые для достижения заданной степени консолидации основания, а также конечная осадка основания под пригрузкой.

6.4.29 Конечную осадку и время консолидации слоя органоминерального и органического грунта при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяют без учета осадки подстилающего слоя, если его модуль деформации в 10 раз и более превышает модуль деформации органоминерального и органического грунта.

Нагрузку от намыва или отсыпки и порядок ее учета в расчетах конечной осадки, а также время консолидации слоя органоминерального и органического грунта определяют в соответствии с принятым проектом организации работ.

6.4.30 Конечную осадку слоя органоминерального и органического грунта в стабилизированном состоянии s, м, вызванную намытым или отсыпанным слоем песка, определяют по формуле

s = 3ph/(3E + 4p), (6.18)

где р - давление от песчаной насыпи на поверхность органоминерального и органического грунта, кПа;

h - толщина слоя органоминерального и органического грунта, м:

Е - модуль деформации органоминерального и органического грунта при полной влагоемкости, кПа.

Формулу (6.18) допускается использовать при размере насыпи в плане не менее 5h.

6.4.31. В случае если основание, содержащее органоминеральные и органические грунты, состоит из нескольких горизонтальных слоев с различными модулями деформации, осадку всей толщи в конце периода стабилизации определяют как сумму осадок отдельных слоев.

6.4.32 При толщине слоев органоминеральных и органических грунтов, превышающей 3 м, их рекомендуется уплотнять с использованием вертикальных дрен.

План расположения дрен, их сечение и шаг устанавливают расчетом из условия 90 % консолидации основания или в зависимости от назначаемых сроков уплотнения строительной площадки. В плане дрены располагают по квадратной или гексагональной сетке (из равносторонних треугольников) с шагом: для песчаных дрен 1,5-3 м, для дрен заводского изготовления 0,5-2 м.

Для сооружений I и II уровней ответственности шаг дрен определяют на опытных участках.

6.4.33 При использовании вертикальных дрен, полностью прорезающих уплотняемый слой грунта, и наличии дренирующих слоев на концах дрены консолидация грунта под нагрузкой происходит за счет отжатая поровой воды в дрену и дренирующие слои. Эквивалентный диаметр зоны влияния дрен d_e в этом случае следует принимать при расположении дрен по квадратной сетке d_e = 1,13d; по гексагональной сетке - d_e= 1,05d, где d - расстояние между осями дрен (шаг дрен).

6.4.34 В проектах сооружений, возводимых на органоминеральных и органических грунтах, должны предусматриваться следующие нормы геотехнического мониторинга деформаций оснований и фундаментов:

при застройке новых районов типовыми зданиями высотой 5 этажей и более - одно наблюдаемое здание на 3 строящихся;

при застройке квартала - первое по очередности постройки здание I и II уровней ответственности;

для всех сооружений, имеющих конструкции пролетом более 24 м;

для сооружений, в которых в ходе строительства или эксплуатации возникли значительные деформации несущих конструкций или появились трещины.