Особенности проектирования оснований сооружений в условиях наличия просадочных и набухающих грунтов

Характерной особенностью просадочных и набухающих грунтов является резкое снижение их несущей способности при замачивании.

По СП 22.13 330.2011:

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) постепенного накопления влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.

При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, должны учитываться:

• а) просадки от внешней нагрузки ssl, p, происходящие в пределах верхней зоны просадки 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;
• б) просадки от собственного веса грунта ssl, g, происходящие в нижней зоне просадки, начиная с глубины, где суммарные вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давление psl или сумма вертикальных напряжений от собственного веса грунта и внешней нагрузки минимальна, и до нижней границы просадочной толщи;
• в) неравномерность просадки грунтов ssl ;
• г) горизонтальные перемещения основания usl в пределах криволинейной части просадочной воронки при просадке грунтов от собственного веса.

При определении просадок грунтов и их неравномерности следует учитывать: инженерно-геологическое строение площадки; физико-механические характеристики грунтов основания и их неоднородность; размеры, глубину заложения и взаимное расположение фундаментов; нагрузки на фундаменты и прилегающие площади; возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов; дополнительные нагрузки на глубокие фундаменты, уплотненные и закрепленные массивы от сил негативного трения, возникающих при просадках грунтов от собственного веса.

При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, в случае их возможного замачивания должны предусматриваться мероприятия, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований и (или) уменьшающие их влияние на эксплуатационную пригодность сооружений .

Устранение просадочных свойств грунтов достигается (Белов, 2011):

• а) в грунтовых условиях I типа устранение просадочных свойств грунтов допускается выполнять только в пределах верхней части зоны просадки, но не менее 2/3 ее высоты, если конструкции сооружения рассчитаны на возможные деформации основания, а просадки и их неравномерность не превышают 50% предельных деформаций, допустимых для данного сооружения. Устранение влияния просадочности в этом случае возможно следующими способами:
  • -уплотнением грунта тяжелыми трамбовками (рис. 10, а);
  • -устройством фунтовых подушек или путем сочетания уплотнения нижней зоны просадочной толщи с уплотненной грунтовой подушкой в верхней зоне (рис. 10, б);
  • -устройством набивных или забивных фундаментов в вытрамбованных котлованах, а также изготовлением коротких набивных свай или забивкой пирамидальных свай (рис. 10, в);
  • -прорезкой просадочной толщи сваями и передачей нагрузки на подстилающие грунты (рис. 10, г).

Рис. 10. Различные варианты устройства оснований и фундаментов в грунтовых условиях I типа просадочности: 1 — уплотненный грунт; 2 — просадочный грунт: 3 — непросадочный грунт: 4 — нижняя граница просадочного грунта; 5 — грунтовая подушка, уплотненная послойно: 6 — сваи; 7 — набивной или забивной фундамент, пирамидальная короткая свая; 8 — щебень, втрамбованный в грунт (Белов, 2011)

• б) в грунтовых условиях II типа возможны следующие варианты устройства фундаментов:
  • -прорезка просадочной толщи сваями различного типа или глубокими фундаментами (рис. 11, а);
  • -закрепление грунтов химическими или термическими способами (рис. 11, б);
  • -уплотнение грунтов предварительным замачиванием в сочетании с глубинными взрывами и уплотнение тяжелыми трамбовками (рис. 11, в);
  • -уплотнение грунтов грунтовыми сваями (рис. 11, г).

Рис. 11. Различные варианты устройства оснований и фундаментов в грунтовых условиях при II типе просадочности: 1 — просадочный грунт: 2-непросадочный грунт: 3 — закрепленный грунт; 4 — зона уплотнения грунта грунтовыми сваями: 5 — грунтовые сваи: 6 — сваи: 7 — уплотненный грунт: 8 -грунт уплотненный тяжелыми трамбовками (Белов, 2011)

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

• -набухания этих грунтов за счет подъема уровня подземных вод или инфильтрации — увлажнения грунтов производственными или поверхностными водами;
• -набухания 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).

При расчетных деформациях основания, сложенного набухающими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия:

• -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.