ТехЛиб СПБ УВТ

Дается по «Руководству по проектированию оснований зданий и сооружений»

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИМ. Н. М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

МОСКВА 1978

Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений составлено в развитие главы СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений» и приводит рекомендации, детализирующие эти нормы проектирования по вопросам номенклатуры грунтов и методов определения расчетных значений их характеристик; принципов проектирования оснований и прогнозирования изменения уровня грунтовых вод; вопросов глубины заложения фундаментов; методов расчета оснований по деформациям и по несущей способности; особенностей проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых на региональных видах грунтов, а также расположенных в сейсмических районах и на подрабатываемых территориях.

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

НАГРУЗКИ, УЧИТЫВАЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ ОСНОВАНИЙ

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

ВЫДЕЛЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Вычисление нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по результатам определения их физических характеристик

Количество определений характеристик грунтов

Рекомендации по разработке региональных таблиц прочностных и деформационных характеристик грунтов

Определение характеристик грунта с учетом возможного изменения его влажности в процессе строительства и эксплуатации

ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ

ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

 

Раздел 3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

3.1(3.1). При проектировании оснований зданий и сооружений необходимо учитывать, что деформации оснований не должны превышать предельно допустимых размеров для нормальной эксплуатации, а несущая способность должна быть достаточной, чтобы не происходили потеря устойчивости или разрушение основания.

3.2(3.2). Проектирование оснований (в соответствии с требованиями п. 1.2) (п. 1.2 Рук.) должно производиться по результатам обоснованного расчетом выбора:

типа основания (естественное, искусственно уплотненное, химически или термически закрепленное и др.);

типа, конструкции, размеров и материала фундаментов (ленточные, плитные, столбчатые, железобетонные, бетонные, бутобетонные и др., мелкого или глубокого заложения, свайные фундаменты, глубокие опоры и др.);

мероприятий, указанных в пп. 3.83-3.89 настоящей главы (пп. 3.332-3.339 Рук.), применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность зданий и сооружений.

3.3. Проектирование оснований является неотъемлемой составной частью проектирования зданий и сооружений в целом.

Статическая схема здания (сооружения), его конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязка должны приниматься с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и технически возможных решений фундаментов.

3.4.(3.3). Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний:

по первой группе — по несущей способности;

по второй группе — по деформациям (осадкам, прогибам и пр.), создающим препятствия для нормальной эксплуатации зданий и сооружений.

По несущей способности основания рассчитываются в случаях, указанных в п. 3.4 настоящей главы (п. 3.289 Рук.), и по деформациям, когда основания сложены нескальными грунтами.

При расчете по предельным состояниям ожидаемые деформации и несущая способность основания сопоставляются с предельно допустимыми деформациями и минимально необходимой несущей способностью, определяемыми с учетом особенностей конструкций зданий и сооружений, методов их возведения и других факторов.

3.5 К первой группе предельных состояний основания относятся:

потеря устойчивости формы и положения;

хрупкое, вязкое или иного характера разрушение;

разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных факторов внешней среды;

резонансные колебания;

чрезмерные пластические деформации или деформации ползучести.

Ко второй группе предельных состояний основания относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие их долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебании, трещин и т. п.

3.6. Целью расчета по первому предельному состоянию является обеспечение несущей способности и ограничение развития чрезмерных пластических деформаций оснований с учетом возможных неблагоприятных условий их работы в период строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Целью расчета по второму предельному состоянию является ограничение деформаций или перемещений (в том числе колебаний) конструкций и оснований в целях обеспечения нормальной эксплуатации зданий и сооружений.

3.7. Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве и, поскольку основание лишь косвенно влияет на условия эксплуатации сооружения через посредство возведенных на нем конструкций, состояние основания можно считать предельным лишь в случае, если оно влечет за собой переход конструкций сооружения в одно из предельных состояний.

3.8. При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают. Деформации же основания могут привести конструкции сооружения в предельное состояние как второй, так и первой группы. Поэтому деформации основания должны лимитироваться как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

3.9.(3.3.). В расчетах оснований в необходимых случаях следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние атмосферных или грунтовых вод на физико-механические характеристики грунтов и др.).

Необходимо, кроме того, учитывать влияние на свойства грунтов изменения температурного режима грунтов за счет климатических воздействий, влияния тепловых источников и т. п. К изменению влажностного режима особо чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима — набухающие и пучинистые грунты.

3.10(3.5). Расчетная схема системы сооружение — основание или фундамент — основание должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкции сооружения (статической схемы сооружения, характера напластований и свойств грунтов основания, особенностей возведения и т. д.). В необходимых случаях должны учитываться пространственная работа конструкций, геометрическая и физическая нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, а также возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

3.11. При выборе расчетной схемы системы сооружение — основание или фундамент — основание, т. е. совокупности упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием, включая схематизацию возможных предельных состояний, должны учитываться наиболее существенные факторы, оказывающие влияние на совместную работу сооружения, фундамента и основания.

Для одного и того же сооружения расчетная схема может меняться в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий, разработанности методов расчета и т. д.

Примеры выбора расчетной схемы сооружение — основание.

Для каркасно-панельного здания повышенной этажности, проектируемого для строительства в геологических условиях, где в верхней зоне основания залегают пылеватые пески и суглинки с модулем деформации E = 150-200 кгс/см², подстилаемые известняками с модулем деформации E = 1200 кгс/см², фундамент принят в виде коробчатой железобетонной плиты (рис. 3.1, а).

При расчете несущих конструкций здания на ветровые нагрузки в качестве расчетной схемы в данном случае обычно принимается многоэтажная рама, стойки которой имеют жесткую заделку в уровне верха фундаментной плиты (рекомендуется при этом учитывать податливость основания на поворот). При определении усилий в конструкции расчетная схема принимается в виде плиты конечной жесткости на линейно-деформируемом слое конечной толщины. При определении крена плиты жесткость можно принять бесконечно большой. При определении средней осадки плиты, осадок отдельных ее точек, а также при расчете несущей способности основания допускается пренебречь жесткостью плиты и считать нагрузку на основание распределенной по линейному закону.

Для расчета конструкций протяженного крупнопанельного жилого дома, имеющего в основании напластования грунтов с ярко выраженной неравномерной сжимаемостью (рис. 3.1,б), целесообразно принять расчетную схему в виде равномерно загруженной балки конечной жесткости на основании с переменным коэффициентом жесткости (см. «Указания по проектированию конструкций крупнопанельных жилых домов» СН 321-65. М., Стройиздат, 1966).

Рис. 3.1. Схемы зданий и геологические разрезы для выбора расчетной схемы системы «здание — основание»

а — здание повышенной этажности с фундаментом в виде сплошной железобетонной плиты на основании с переменной сжимаемостью по глубине; б — протяженное здание с ленточными фундаментами на основании с переменной сжимаемостью в плане

3.12. Нелинейность деформирования грунтов рекомендуется учитывать в расчетах конструкций пространственно жестких зданий и сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, в особенности при значительных ожидаемых неравномерных деформациях основания первого и второго вида [п. 3.163 (3.44)]. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых, в частности, фундаменты сооружения рассматриваются как отдельные нелинейно-деформирующиеся опоры. Зависимость осадки основания таких опор от давления р рекомендуется принимать в виде:

где S₁ — расчетная осадка основания при давлении p₁, не превышающем расчетного давления на основание [пп. 3.178-3.217 (3.50-3.62)], определяемая по указаниям пп. 3.226-3.246 (1-10 прил. 3);

p_пр — давление на основание, соответствующее исчерпанию несущей способности основания [п. 3.292 (3.73)].

Расчет зданий и сооружений во взаимодействии с нелинейно-деформирующимся основанием следует выполнять с применением ЭВМ.

3.13. Развитие деформаций грунтов основания во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформационных характеристик грунтов следует учитывать, как правило, при расчете оснований, сложенных водонасыщенными заторфованными грунтами и илами (см. разделы 6 и 7 настоящего Руководства).

НАГРУЗКИ, УЧИТЫВАЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ ОСНОВАНИЙ

3.14(3.6). Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами зданий и сооружений или их отдельных элементов, как правило, должны устанавливаться расчетом исходя из рассмотрения совместной работы здания (сооружения) и основания или фундамента и основания.

Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на здание (сооружение) или отдельные его элементы, а также возможные их сочетания должны приниматься согласно требованиям главы СНиП по нагрузкам и воздействиям.

3.15. При проектировании оснований следует учитывать, что сооружение и основание находятся в тесном взаимодействии. Под влиянием нагрузок от фундаментов основание деформируется, а это в свою очередь вызывает перераспределение нагрузок за счет включения в работу надфундаментных конструкций. Характер и степень перераспределения нагрузок на основание, а следовательно, и величины дополнительных усилий в конструкциях сооружения, зависят от вида, состояния и свойств грунтов, характера их напластования, статической схемы сооружения, его пространственной жесткости и многих других факторов.

3.16(3.6). Нагрузки на основание допускается определять без учета их перераспределения надфундаментной конструкцией и принимать в соответствии со статической схемой здания или сооружения:

а) при расчете оснований зданий и сооружений III-IV классов;

б) при проверке общей устойчивости массива грунта основания совместно с рассматриваемым зданием или сооружением;

в) при расчете по деформациям в случаях, оговоренных в п. 3.45 настоящей главы (п. 3.167 Рук.).

Указанные допущения относятся к сооружениям, жесткость которых невелика (и потому несущественно влияет на распределение нагрузок на основание), а также к случаям, когда учет жесткости сооружения при существующих методах расчета очень мало сказывается на их результатах.

3.17. Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные величины, устанавливаемые главой СНиП по нагрузкам и воздействиям. Все расчеты оснований должны производиться на расчетные значения нагрузок, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на коэффициент перегрузки n, учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений и устанавливаемый в зависимости от группы предельного состояния.

Коэффициент перегрузки n принимается:

при расчете оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) по указаниям главы СНиП II-6-74;

при расчете оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) — равным единице.

3.18. В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяются на постоянные и временные. Постоянными считаются нагрузки, которые при строительстве и эксплуатации сооружения действуют постоянно (собственный вес конструкций и грунтов, горное давление и т. п.). Временными считаются нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать.

Временные нагрузки в свою очередь подразделяются на:

длительные (например, вес стационарного оборудования, нагрузка на перекрытиях в складских помещениях, зернохранилищах, библиотеках и т. п.);

кратковременные, которые могут действовать лишь в отдельные периоды времени (вес людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возведении конструкций; снеговые, ветровые и гололедные нагрузки и т. п.);

особые, возникновение которых возможно лишь в исключительных случаях (сейсмические, аварийные и т. п.).

3.19. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различаются:

основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.

3.20(3.7). Расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание нагрузок.

Расчет оснований по несущей способности выполняется на основное сочетание нагрузок и при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетание.

При наличии нескольких кратковременных нагрузок последние должны вводиться с коэффициентами сочетаний, а кратковременные нагрузки на перекрытия многоэтажных зданий — с понижающими коэффициентами, учитывающими вероятность одновременного загружения перекрытий, в соответствии с требованиями главы СНиП по нагрузкам и воздействиям.

При этом нагрузки на перекрытия зданий и снеговые нагрузки, которые согласно СНиП по нагрузкам и воздействиям могут относиться как к длительным, так и кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям — длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считаются кратковременными.

3.21(3.8). В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемых вблизи фундаментов на отмостках и полах, устраиваемых непосредственно на грунте. Эти нагрузки принимаются по всей фактической площади загружения.

Нагрузки на полы, отмостки и т. д. учитываются: при сопоставлении фактических давлений на заданном уровне (по подошве фундамента, на кровле слоя и т. д.) с величиной расчетного давления на основание по пп. 3.178-3.218 (3.50-3.62), при определении деформаций оснований (осадок, кренов) по пп. 3.226-3.264 (1-12 прил. 3), а также при расчете оснований по несущей способности по п. 3.306 (3.79).

3.22(3.8). Усилия в конструкциях, вызываемые температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям, как правило, не должны учитываться.

При этом имеются в виду температурные климатические воздействия.

Технологические температурные воздействия учитываются в расчетах оснований по деформациям при соответствующем обосновании в зависимости от продолжительности этих воздействий.

3.23(3.9). Нагрузки и воздействия при расчете оснований опор мостов и водопропускных труб должны приниматься в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию мостов и труб.

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

3.24(3.10). Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения φ, удельное сцепление с и модуль деформации нескальных грунтов Е, временное сопротивление одноосному сжатию скальных грунтов R_c и т. п.).

В отдельных случаях проектирования оснований, для которых не разработаны соответствующие методы расчета, базирующиеся на прочностных и деформационных характеристиках грунтов, допускается применять другие параметры, характеризующие взаимодействие фундаментов с грунтом оснований и установленные опытным путем (удельные силы пучения при промерзании, коэффициенты жесткости основания и пр.).

Примечание. В дальнейшем тексте настоящей главы, за исключением специально оговоренных случаев, под термином «характеристики грунтов» будут пониматься не только механические, но и физические характеристики грунтов, а также упомянутые в настоящем пункте параметры.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

3.25. Модуль деформации грунтов оснований зданий и сооружений рекомендуется определять в полевых условиях загружением штампа статическими нагрузками. Этот метод является наиболее достоверным и пригоден для нескальных грунтов всех видов. Методику проведения и обработки результатов испытания следует принимать в соответствии с действующим ГОСТом.

3.26. Модули деформации песчаных и глинистых грунтов могут быть определены испытанием их с помощью прессиометра в скважинах с последующей корректировкой опытных данных. Корректировка данных прессиометрии должна осуществляться, как правило, путем сопоставления их с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта штампом. Параллельные испытания обязательны при использовании метода прессиометрии для сооружений I класса. Для сооружений II-IV классов допускается корректировать данные прессиометрии с помощью расчетной формулы или поправочных коэффициентов.

Методику прессиометрических испытаний и обработки результатов, опытов, а также их последующую корректировку следует принимать по указаниям действующего ГОСТа.

Таблица 3.1

Примечание: Для промежуточных значений е допускается определять коэффициент m_к интерполяцией.

3.27. Для сооружений II-IV классов допускается определять модуль деформации песчаных и глинистых грунтов в лабораторных условиях с помощью компрессионных испытаний с последующей корректировкой опытных данных. Корректировка данных компрессии должна осуществляться, как правило, путем сопоставления их с результатами испытаний того же грунта в полевых условиях штампом. Для глинистых грунтов допускается использовать корректировочные коэффициенты m_к, полученные в результате статистической обработки массовых испытаний грунтов методами компрессии и штампа. Величины этих коэффициентов приведены в табл. 3.1 и применяются для аллювиальных, делювиальных, озерных и озерно-аллювиальных четвертичных глинистых грунтов при консистенции I_L≤0,75. При использовании этих коэффициентов величина модуля деформации по компрессионным испытаниям E_к должна быть определена в интервале давлений 1-2 кгс/см². При вычислении E_к значения коэффициента β, учитывающего невозможность бокового расширения грунта в компрессионном приборе, следует принимать: для супесей β = 0,74; для суглинков β = 0,62 и для глин β = 0,4, что соответствует величинам коэффициента Пуассона 0,30; 0,35 и 0,42.

Таблица 3.2

3.28. Значения модулей деформации песчаных и глинистых грунтов могут быть определены методами статического и динамического зондирования грунтов на основе сопоставления данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов штампом. Проведение сопоставительных испытаний обязательно для сооружений I и II классов. Для сооружений III и IV классов допускается определять модуль, деформации только на основе данных зондирования, пользуясь зависимостями, приведенными в табл. 3.2 и 3.3. При этом в качестве показателей зондирования принимают: при статическом зондировании величину сопротивления грунта погружению конуса зонда p_q, кгс/см², а при динамическом зондировании — величину условного динамического сопротивления грунта погружению конуса p_д, кгс/см². Статическое и динамическое зондирование грунтов следует выполнять в соответствии с действующими ГОСТами и «Указаниями по зондированию грунтов для строительства» СН 448-72.

Таблица 3.3

3.29. Для зданий и сооружений II-IV классов значения модулей деформации песчаных и глинистых грунтов могут быть назначены по табл. 3.12(1 прил. 2)-3.14(3 прил. 2) или по другим согласованным с Госстроем СССР таблицам.

3.30. В качестве основного метода определения прочностных характеристик нескальных грунтов — удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ — следует применять лабораторный метод среза образцов грунта в условиях завершенной консолидации. Методику проведения испытания и обработки результатов опыта следуй принимать в соответствии с действующим ГОСТом.

Характеристики прочности нескальных грунтов, с и φ могут быть также определены на приборах трехосного сжатия. При этом необходимо использовать методику консолидированно-дренированных испытаний (испытание при открытой системе).

3.31. При определении в лабораторных условиях прочностных характеристик крупнообломочных грунтов необходимо использовать срезные приборы и приборы трехосного сжатия, позволяющие испытывать образцы, у которых отношение диаметра к максимальному размеру крупнообломочных включений более 5.

3.32. В полевых условиях для определения прочностных характеристик нескальных грунтов применяются следующие методы: сдвиг целика грунта в заданной плоскости; обрушение массива грунта; выпирание массива грунта.

При сдвиге в заданной плоскости целика грунта в виде свободной призмы или грунта, заключенного в специальную обойму, расчет величин с и φ проводят на основе не менее трех испытаний с различной вертикальной нагрузкой аналогично лабораторным испытаниям в срезных приборах. Выпаривание и обрушение грунта производят для нескальных грунтов при характеристиках их состояния, обеспечивающих способность грунта сохранять вертикальный откос. Значения с и φ вычисляют на основе рассмотрения условий предельного равновесия выпираемого или обрушаемого клина грунта.

3.33. Временное сопротивление при одноосном сжатии скальных грунтов устанавливают в соответствии с действующим ГОСТом.

3.34. При определении характеристик грунтов, обладающих специфическими свойствами (просадочные, набухающие, заторфованные и т. п.), следует учитывать дополнительные требования, изложенные в разделах 4-10 настоящего Руководства.

3.35(3.11). Нормативные значения характеристик грунтов, как правило, должны устанавливаться на основе непосредственных определений, выполняемых в полевых или лабораторных условиях для грунтов природного сложения, а также для грунтов искусственного происхождения или сложения.

ВЫДЕЛЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

3.36(3 прил. 1). Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов должны вычисляться для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента.

Примечание. Наименования видов, состояний и характеристик грунтов в геологическом элементе должны приниматься по номенклатуре грунтов, приведенной в разделе 2 настоящей главы, и устанавливаться на основе определенных испытаниями нормативных значений соответствующих характеристик грунтов.

Выделение инженерно-геологических элементов производят инженеры-геологи в соответствии с ГОСТ 20522-75.

За инженерно-геологический элемент следует принимать некоторый объем грунта одного и того же номенклатурного вида при выполнении одного из следующих условий:

характеристики грунта изменяются в пределах элемента незакономерно;

существующая закономерность в изменении характеристик такова, что ею можно пренебречь (п. 3.42).

В зависимости от расчетной схемы основания инженерно-геологические элементы, выделенные на площадке геологом, при проектировании могут быть объединены.

3.37. Предварительное разделение грунтов площадки строительства на инженерно-геологические элементы производят с учетом их возраста, происхождения, текстурно-структурных особенностей и номенклатурного вида. В последующем на основе специальной проверки, предусмотренной ГОСТ 20522-75, два соседних инженерно-геологических элемента, представленные грунтами разного происхождения, но одного и того же номенклатурного вида, могут быть объединены в один элемент, если различие в свойствах грунтов этих элементов не существенно.

3.38. Совокупность определений характеристик грунтов в пределах каждого предварительно выделенного инженерно-геологического элемента анализируют для выделения значений, резко отличающихся от основной массы. Такие значения исключают, если они вызваны ошибками опытов, или относят к соответствующей совокупности при наличии в пределах рассматриваемого инженерно-геологического элемента грунта другого вида.

3.39. Правильность выделения инженерно-геологического элемента проверяют, анализируя пространственную изменчивость показателей свойств грунтов. Характер пространственной изменчивости устанавливают на основе качественной оценки распределения частных значений этих показателей в плане и по глубине инженерно-геологического элемента. Для этого используют инженерно-геологические планы и разрезы, на которые наносят значения характеристик в точках их определения, строят графики изменения характеристик по глубине и в плане, графики рассеяния, а также графики зондирования.

Анализ пространственной изменчивости проводят, используя следующие показатели свойств грунта:

для крупнообломочных грунтов — зерновой состав и дополнительно общую влажность и влажность заполнителя для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем;

для песчаных грунтов — зерновой состав и коэффициент пористости и дополнительно влажность для песков пылеватых;

для глинистых грунтов — характеристики пластичности (пределы и число пластичности), коэффициент пористости и влажность.

При этом зерновой состав крупнообломочных и песчаных грунтов и характеристики пластичности глинистых грунтов используют для определения номенклатурного вида грунта инженерно-геологического элемента.

Дополнительно к перечисленным показателям при необходимости следует проводить оценку пространственной изменчивости и для других физических характеристик грунта. В сочетании с прямыми методами определения характеристик грунтов для выделения инженерно-геологических элементов следует использовать зондирование.

При достаточном количестве (не менее 6) определений характеристик, непосредственно используемых в расчетах (модуль деформации, сопротивление сдвигу, временное сопротивление одноосному сжатию), следует анализировать характер пространственной изменчивости этих показателей.

3.40. Выбор метода анализа пространственной изменчивости характеристик грунтов зависит от числа определений.

При числе определений характеристики менее 10 ее значения наносятся на инженерно-геологические разрезы и визуально оценивается распределение этих значений в пределах элемента.

Здесь возможны два случая:

1) частные значения характеристики распределены в пределах элемента незакономерно (случайно);

2) имеется закономерность в изменении характеристики: минимальные значения сосредоточиваются в верхней или нижней части слоя по глубине или минимальные значения сосредоточиваются в одной части элемента по площади, а максимальные — в другой.

В первом случае выделение инженерно-геологического элемента следует считать законченным, во втором случае следует рассмотреть необходимость дальнейшего расчленения элемента (п. 3.42).

При числе определений характеристики более 10 строят точечные графики изменения ее значений по глубине и в плане элемента.

При числе определений характеристики более 30 для установления характера ее пространственной изменчивости следует наряду с качественной оценкой использовать статистические критерии, а также выявлять аналитическую зависимость величин показателей свойств грунтов от координат.

Пример. На рис. 3.2, а-з приведены точечные графики изменения значений различных характеристик по глубине инженерно-геологического элемента одной из строительных площадок, представленного четвертичными озерно-аллювиальными суглинками. Этот рисунок служит примером незакономерного изменения характеристик по глубине инженерно-геологического элемента. Для этого случая: выделение инженерно-геологического элемента следует считать законченным.

На рис. 3.3, а-д приведены точечные графики изменения с глубиной характеристик другого инженерно-геологического элемента, представленного четвертичными делювиальными суглинками. Как видно из рисунка, характеристики пластичности (W_L и W_p) и число пластичности I_p изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно). Однако коэффициент пористости и природная влажность изменяются с глубиной закономерно. При этом если коэффициент пористости с глубиной уменьшается незначительно, то влажность существенно возрастает. Для этого случая следует рассмотреть необходимость дальнейшего расчленения элемента (п. 3.42).

Точечные графики, подобные приведенным на рис. 3.2 и 3.3, следует строить также по простиранию элемента в одном из направлений или в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

3.41. Если установлено, что изменение характеристик грунта незакономерно в плане и по глубине инженерно-геологического элемента, переходят к вычислению нормативных и расчетных значений характеристик.

При этом наименования видов и состояний грунтов инженерно-геологического элемента должны приниматься, по номенклатуре грунтов, приведенной в разделе 2(2), и устанавливаться на основе определенных испытаниями нормативных значений соответствующих характеристик грунтов.

Примеры установления вида глинистого грунта по числу пластичности и плотности сложения песка по коэффициенту пористости приведены в разделе 2(2).

Рис. 3.2. Точечные графики изменения характеристик грунтов по глубине инженерно-геологического элемента (n = 12)

а — ; σ = 0,022; v = 0,06; б — ; σ = 0,03; v = 0,12; в — ; σ = 0,026; v = 0,24; г — ; σ = 0,023; v = 0,09; д — ; σ = 0,09; v = 0,12; е — ; σ = 0,17 кгс/см²; v = 0,23; ж — ; σ = 0,18 кгс/см²; v = 0,16; з — ; σ = 0,20 кгс/см²; v = 0,14

3.42. При наличии закономерности в изменении характеристик грунта в плане и по глубине инженерно-геологического элемента дальнейшее расчленение его можно не проводить, если коэффициент вариации закономерно изменяющейся характеристики не превышает следующую величину:

для коэффициента пористости и влажности — 0,15;

при использовании механических характеристик;

для модуля деформации (по данным как полевых, так и лабораторных испытаний), для сопротивления сдвигу (при одинаковых значениях уплотняющего давления) и для временного сопротивления одноосному сжатию скальных грунтов — 0,30.

Рис. 3.3. Точечные графики изменения характеристик грунтов по глубине инженерно-геологического элемента (n = 30)

а — ; σ = 0,022; v = 0,08; б — ; σ = 0,014; v = 0,07; в — ; σ = 0,021; v = 0,21; г — ; σ = 0,04; v = 0,24; д — ; σ = 0,05; v = 0,06

Если коэффициент вариации превышает приведенные величины, дальнейшее расчленение инженерно-геологического элемента производят так, чтобы для вновь выделенных инженерно-геологических элементов коэффициент вариации не превышал указанных выше значений.

3.43. При расчленении элемента на основе коэффициента пористости и влажности возможны следующие случаи:

1) закономерно изменяются обе характеристики;

2) закономерно изменяется одна из характеристик.

В обоих случаях проведение дополнительного расчленения элемента необходимо, если коэффициент вариации одной из характеристик превышает 0,15.

Для приведенного ранее примера (рис. 3.3) коэффициент вариации, закономерно изменяющейся с глубиной влажности, превышает 0,15, следовательно, необходимо провести дополнительное расчленение первоначально выделенного инженерно-геологического элемента. Границу раздела следует провести на глубине 6 м.

Для полученных инженерно-геологических элементов определяют средние значения влажности, коэффициента пористости и других характеристик.

3.44. При использовании механических характеристик оценку пространственной изменчивости и дополнительное расчленение инженерно-геологического элемента проводят отдельно для каждой механической характеристики. В связи с этим возможен случай, когда по одной из механических характеристик дополнительное расчленение инженерно-геологического элемента не требуется, так как эта характеристика изменяется незакономерно или при закономерном изменении коэффициент вариации ее не превышает указанной в п. 3.42 величины, а по другой механической характеристике дополнительное расчленение элемента необходимо.

3.45. Для определения коэффициента вариации v вычисляют среднее арифметическое значение характеристики  и ее среднее квадратичное отклонение σ — по формулам:

где A_i — частные значения характеристики;

n — число ее определений.

3.46. При решении вопроса о положении границ при разделе инженерно-геологического элемента необходимо учитывать следующие факторы:

уровень грунтовых вод;

наличие зон с растительными остатками;

наличие зон просадочных, набухающих и засоленных грунтов;

наличие зон разной степени выветрелости в элювиальных грунтах;

наличие в моренных грунтах зон со значительным количеством включений гравия, гальки и валунов и т. д.

После того как инженерно-геологический элемент выделен, переходят к вычислению нормативных и расчетных значений характеристик.

Правила вычисления нормативных и расчетных значений

характеристик грунтов по результатам непосредственных определений

3.47 (1 прил. 1). Настоящие правила должны соблюдаться при вычислении нормативных и расчетных значений характеристик грунтов, слагающих площадку строительства в целом (жилой микрорайон, площадка промышленного предприятия, животноводческого комплекса) или ее отдельные участки, либо площадки отдельных строящихся или реконструируемых объектов (жилой дом, цех и т. п.).

3.48 (2 прил. 1). Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов вычисляют по результатам непосредственных определений, а для прочностных и деформационных характеристик — как по результатам непосредственных определений, так и по физическим характеристикам с использованием таблиц, согласно указаниям п. 3.16 настоящей главы (п. 3.60 Рук.). При этом частные значения характеристик, используемые для вычисления нормативных и расчетных значений, должны быть получены единым методом.

3.49. Для совокупности опытных данных в пределах выделенного инженерно-геологического элемента проводят статистическую проверку для исключения грубых ошибок. Исключают частные (максимальные и минимальные) значения А и для которых не выполняется условие:

где  — значение, определенное по формуле (3.1);

v — статистический критерий, принимаемый в зависимости от числа определений n по табл. 3.9;

σ_см — смещенная оценка среднего квадратичного отклонения характеристики, вычисляемая по формуле:

При n>25 допускается в формуле (3.4) вместо σ_см использовать значение σ, вычисленное по формуле (3.2). Проверку на исключение значений сопротивления срезу проводят для каждого значения нормального давления.

3.50 (3.12). За нормативное значение всех характеристик грунта (за исключением удельного сцепления и угла внутреннего трения) принимают среднее арифметическое значение результатов частных определений. За нормативное значение удельного сцепления и угла внутреннего трения принимают параметры прямолинейной зависимости сопротивления срезу от давления, получаемые методом наименьших квадратов.

3.51 (4 прил. 1). Нормативное значение характеристики грунта по результатам непосредственных определений, выполняемых в лабораторных или полевых условиях, вычисляется по формуле:

где A_i — частное значение характеристики;

n — число определений характеристики.

3.52 (5 прил. 1). Обработка результатов лабораторных испытаний грунтов на срез с целью определения нормативных значений удельного сцепления c^н и угла внутреннего трения φ^н производится путем вычисления методом наименьших квадратов прямолинейной зависимости (3.7) (2 прил. 1) для всей совокупности опытных величин τ в инженерно-геологическом элементе:

где τ — сопротивление образца грунта срезу;

р — нормальное удельное давление, передаваемое на образец грунта.

Нормативные значения c^н и tg φ^н вычисляются по формулам:

где

n — число определений величин τ.

Величина с^н может быть также определена через величину tg φ^н по формуле

3.53 (3.13). Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов А, которые определяются по формуле:

где A^н — нормативное значение данной характеристики, устанавливаемое по п. 3.12 настоящей главы (п. 3.50 Рук.);

k_г — коэффициент безопасности по грунту.

3.54 (3.14). Коэффициент безопасности по грунту k_г при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ нескальных грунтов и временного сопротивления одноосному сжатию R_c скальных грунтов), а также объемного веса грунта у устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности α, приведенного для расчетов оснований по несущей способности и по деформациям в п. 3.15 настоящей главы (п. 3.58 Рук.).

Значение коэффициента k_г для прочностных характеристик грунтов с, φ и R_c и объемного веса γ должно определяться по методике, изложенной в прил. 1 к настоящей главе «Правила вычисления нормативных и расчетных значений характеристик грунтов» (п. 3.55 Рук.).

Для прочих характеристик грунта допускается принимать k_г = 1, т. е. их расчетные значения равны нормативным.

3.55 (6 прил. 1). Коэффициент безопасности по грунту k_г [пп. 3.13 и 3.14 настоящей главы (пп. 3.53 и 3.54 Рук.)] при определении расчетных значений удельного сцепления с, угла внутреннего трения φ, временного сопротивления одноосному сжатию R_c и объемного веса грунта γ вычисляется по формуле:

где ρ — показатель точности оценки среднего значения характеристики грунта, устанавливаемый по указаниям п. 3.56 (7 прил. 1).

Примечание: В формуле (3.13) (6 прил. 1) знак перед величиной ρ выбирается тот, который обеспечивает большую надежность данного расчета основания или фундамента.

Так, например, при вычислении расчетных значений с и φ, для определения расчетного давления на основание, а также расчетных значений с, φ и R_c для определения несущей способности оснований из нескальных и скальных грунтов величину ρ следует принимать со знаком минус.

Из сравнения формул (3.12) (12) и (3.13) (6 прил. 1) следует, что

3.56 (7 прил. 1). Показатель точности оценки среднего значения характеристики грунта ρ вычисляют по формулам:

где t_α — коэффициент, принимаемый по табл. 1 настоящего приложения (табл. 3.10 Рук.) в зависимости от заданной доверительной вероятности α [п. 3.15 настоящей главы (п. 3.58 Рук.)] и числа степеней свободы (n-1) при вычислении расчетных значений R_c и γ и (n-2) — при вычислении расчетных значений с и φ;

v — коэффициент вариации характеристики, вычисляемый по формуле

где σ — среднее квадратичное отклонение характеристики, вычисляемое по указаниям п. 3.57 (8 прил. 1).

Примечание: При вычислении расчетных значений с и φ за n принимается общее число определений τ [п. 3.65 (11 прил. 1)].

3.57 (8 прил. 1). Среднее квадратичное отклонение σ вычисляется по формулам:

а) для с и tg φ:

где

Δ — то же значение, что и в формуле (5) (3.10 Рук.);

б) для R_c

в) для γ

3.58 (3.15). Доверительная вероятность α расчетных значений характеристик грунтов принимается равной:

при расчетах оснований по несущей способности α = 0,95;

при расчетах оснований по деформациям α = 0,85.

Доверительная вероятность α для расчета оснований мостов и водопропускных труб принимается согласно указаниям п. 14.4 настоящей главы.

При соответствующем обосновании на основе согласованного решения проектной и изыскательской организаций для сооружений I класса допускается принимать большую доверительную вероятность расчетных значений характеристик грунтов, но не выше 0,99.

Примечания:

1. Расчетные значения характеристик грунтов, соответствующие различным значениям доверительной вероятности, должны приводиться в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям.

2. Под доверительной вероятностью α понимается вероятность того, что истинное среднее значение характеристики не выйдет за пределы нижней (или верхней) границы одностороннего доверительного интервала.

3. Расчетные значения характеристик грунта с, φ и γ для расчетов по несущей способности обозначаются с_I, φ_I и γ_I, а для расчетов по деформациям — с_II, φ_II и γ_II.

Проектирующая организация должна указывать в своем задании изыскательской организации величины доверительной вероятности, при которых необходимо вычислять расчетные значения характеристик грунтов.

Таблица 3.4.

3.59. Примеры вычисления нормативных и расчетных значений c и φ суглинка (пример 1) и песка (пример 2), объемного веса суглинка (пример 3) и временного сопротивления одноосному сжатию скального грунта R_c (пример 4) приводятся ниже.

Пример 1. Для инженерно-геологического элемента, сложенного четвертичными покровными суглинками, было выполнено 27 лабораторных определений сопротивления срезу τ, при трех значениях нормального давления p_i = 1; 2 и 3 кгс/см². Полученные в опытах величины τ_i приведены в табл. 3.4 в возрастающем порядке.

Прежде чем приступить к вычислению нормативных и расчетных значений c и φ, следует выполнить проверку на исключение грубых ошибок в определениях τ_i при каждом значении нормального давления. Необходимые для этого подсчеты приведены в табл. 3.4. Значения статистического критерия v приняты по табл. 3.9 для n = 9. В результате проверки получено, что при р = 1 кгс/см²
 следовательно, опытные данные не содержат грубых ошибок.

При р = 2 кгс/см² для одного из значений τ_i = 1,30 получено равенство  следовательно, τ_i = 1,30 может быть как исключено, так и оставлено. Примем решение — оставить это значение в статистической совокупности. При р = 3 кгс/см² для значения τ_i = 1,72 получили  следовательно, это значение τ должно быть исключено как грубая ошибка.

Для вычисления нормативных и расчетных значений c и φ расчеты следует вести в табличной форме (табл. 3.5). В первых графах таблицы выписываются экспериментальные значения p_i и τ_i. После вычислений в графах 4 и 5 определяем Δ, c^н и tgφ^н. Значения в графе 6 получаются путем подстановки найденных значений c^н и tgφ^н в уравнение:

:

 = 26·117-51² = 441;

Уравнение прямой графика τ = f(p) будет иметь вид:

τ = 0,33p+0,33

Проверим уравнение подстановкой средних значений  и :

0,98 = 0,33·1,96+0,33 = 0,98.

Сходимость результатов свидетельствует о правильности вычислений c^н и tgφ^н.

После заполнения граф 7 и 8 табл. 3.5 вычисляются:

Находим расчетные значения с и φ для расчетов по второму предельному состоянию. Для α = 0,85 и числа степеней свободы n-2 = 24 по табл. 3.10 (1 прил. 1) находим, что t_α = 1,06. Тогда:

ρ_с = 1,06·0,15 = 0,16;

ρ_tgφ = 1,06·0,06 = 0,06;

Находим расчетные значения с и φ для расчетов по первому предельному состоянию:

для α = 0,95 и n-2 = 24 t_α = 1,71;

ρ_с = 1,71·0,15 = 0,26;

ρ_tgφ = 1,71·0,06 = 0,10;

Объем вычислений можно несколько сократить, если окажется, что средние значения τ₁, τ₂ и τ₃ (табл. 3.4) лежат практически на одной прямой [проверка делается путем построения графика τ = f(p)]. В этом случае допускается при вычислении σ_τ в формуле (3.20) (12 прил. 1) заменить:

на

При этом величины сумм  берутся из табл. 3.4 и надобность в вычислении граф 6, 7 и 8 табл. 3.5 отпадает.

Покажем вычисление σ_τ на опытных данных вышеприведенного примера.

Так как в табл. 3.4 при р = 3 кгс/см² опытное значение τ_i = 1,72 было исключено как грубая ошибка, необходимо сделать перерасчет для восьми опытных данных. Тогда для р = 3 кгс/см² в табл. 3.4 будем иметь τ₃ = 1,32;

Вычисляем σ_τ, используя данные табл. 3.4:

Получаем ту же величину σ_τ,что и в примере 1. Дальнейшие расчеты проводятся, как и в примере 1, но в табл. 3.5 ограничиваемся заполнением первых пяти граф.

Пример 2. Для инженерно-геологического элемента, сложенного аллювиальными пылеватыми песками средней плотности, было выполнено 18 лабораторных определений сопротивления срезу τ при трёх значениях нормального давления p_i = 1; 2 и 3 кгс/см². Полученные в опытах величины τ_i приведены в табл. 3.6. Статистическая проверка, выполненная аналогично приведенной в табл. 3.4, показала отсутствие грубых ошибок в определениях τ_i.

После вычислений в графах 4 и 5 табл. 3.6 определяем Δ, c^н и tgφ^н:

Δ = 18·84-36² = 216;

Таблица 3.5

Таблица 3.6

Для вычисления c^н воспользуемся формулой (3.11):

Уравнение прямой имеет вид:

τ = 0,68p+0,11.

Проверим это уравнение:

τ = 0,68·2+0,11 = 1,47.

Заполняем графы 6, 7 и 8 табл. 3.6 и вычисляем далее:

Находим расчетные значения c_II и φ_II. Для α = 0,85 и числа степеней свободы n-2 = 16 по табл. 3.10 (1 прил. 1) находим t_α = 1,07

Тогда

ρ_с = 1,07·0,64 = 0,68;

ρ_tgφ = 1,07·0,04 = 0,04.

Применяя формулу (3.14), находим:

c_II = 0,11·(1-0,68) = 0,04 кгс/см²;

tgφ_II = 0,68·(1-0,04) = 0,65;

φ_II = 33°.

Находим тем же методом расчетные значения c_I и φ_I.

Для α = 0,95 и n-2 = 16 имеем t_α = 1,75. Тогда

ρ_с = 1,75·0,64 = 1,12;

ρ_tgφ = 1,75·0,04 = 0,07;

c_I = 0,11·(1-1,12) = -0,01 кгс/см².

(Принимаем c_I = 0);

tgφ_I = 0,68·(1-0,07) = 0,63;

φ_I = 33°13’≈32°

Пример 3. Для инженерно-геологического элемента, представленного лёссовидными суглинками, было выполнено 7 определений объемного веса γ, гс/см³. Результаты определений и необходимые для дальнейших расчетов вычисления приведены в табл. 3.7

Делаем проверку на исключение грубых ошибок, для чего вычисляем σ_см:

По табл. 3.9 находим для n = 7 v = 2,18, тогда vσ_см = 0,20.

Наибольшее абсолютное отклонение γ_i от среднего значения  (опыт № 6) составляет 0,18, что меньше 0,20. Таким образом, ни одно из опытных значений не следует исключать как грубую ошибку.

Вычисляем нормативное γ^н и расчетные значения γ_II и γ_I:

Для α = 0,85 и числа степеней свободы n-1 = 6 по табл. 3.10 (1 прил. 1) находим t_α = 1,13. Тогда

Для α = 0,95 и n-1 = 6 имеем t_α = 1,94.

Тогда

Пример 4. Для известняков, залегающих на глубине 7-8 м, было выполнено 13 определений временного сопротивления одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии R_c, кгс/см².

Результаты определений и необходимые для дальнейших расчетов вычисления приведены в табл. 3.8.

Делаем проверку на исключение грубых ошибок, для чего вычисляем τ_см:

Таблица 3.7.

Таблица 3.8.

Таблица 3.9

По табл. 3.9 находим для n = 13 v = 2,56, тогда vσ_см = 136.

Наибольшее абсолютное отклонение R_ci от  составляет 100 (опыт № 11), что меньше 136. Следовательно, опытные данные не содержат грубых ошибок. Вычисляем нормативное R_c^н и расчетное значение R_c:

Для α = 0,95 и числа степеней свободы n-1 = 12 по табл. 3.10 (1 прил. 1) находим t_α = 1,78:

Таблица 3.10. (1 прил. 1)

Коэффициент t_α для определения показателя точности оценки среднего значения характеристики грунта

Вычисление нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по результатам определения их физических характеристик

3.60(3.16). Для предварительных расчетов оснований зданий и сооружений всех классов, а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II-IV классов и опор воздушных линий электропередачи и связи независимо от их класса допускается определение нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам, если статистической обработкой массовых испытаний грунтов установлены зависимости между механическими (прочностными и деформационными) и физическими характеристиками грунтов.

Примечания:

1. В расчетах по деформациям оснований указанных зданий и сооружений нормативные значения угла внутреннего трения φ, удельного сцепления с и модуля деформации Е допускается принимать по таблицам, приведенным в прил. 2 (табл. 3.12-3.14 Рук.) «Таблицы нормативных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов», причем расчетные значения принимают в этом случае при k_г = 1 (равными нормативным).

2. Для отдельных районов допускается вместо таблиц прил. 2 (табл. 3.12-3.14 Рук.) пользоваться согласованными с Госстроем СССР таблицами характеристик грунтов, специфических для этих районов.

При использовании значений с и φ из табл. 3.12 (1 прил. 2) и 3.13 (2 прил. 2) для определения расчетного давления на основание в формулу (3.38) (17) вводится коэффициент надежности k_н = 1,1.

3.61. В расчетах оснований по несущей способности нормативные и расчетные значения угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с должны определяться, как правило, на основе непосредственных испытаний грунтов. Для оснований зданий и сооружений, указанных в п. 3.60(3.16), допускается принимать нормативные значения с и φ по табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.13 (2 прил. 2), причем расчетные значения принимают в этом случае при следующих значениях коэффициента безопасности k_г:

для с песчаных и глинистых грунтов — 1,5;

для φ песчаных грунтов — 1,1;

для φ глинистых грунтов — 1,15.

3.62(9 прил. 1). Физические характеристики, необходимые для пользования таблицами (например, коэффициент пористости е, показатель консистенции I_L и др.), должны быть получены на основе непосредственных определений.

3.63(10 прил. 1). Для установления нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов используется нормативное значение физических характеристик, вычисляемое по формуле (3.6) (1 прил. 1).

Количество определений характеристик грунтов

3.64(11 прил. 1). Число частных определений n для вычисления нормативных и расчетных значений характеристик грунтов зависит в общем случае от степени неоднородности грунтов основания, требуемой точности вычисления характеристики и вида здания (сооружения) и устанавливается программой исследований.

Следует назначать число определений характеристик по формуле (3.23) или по графику, приведенному на рис. 3.4:

Значения t_α принимают по табл. 3.10 (1 прил. 1) при односторонней доверительной вероятности α = 0,85 и числе степеней свободы n-1, подбирая его так, чтобы выполнялось равенство (3.23).

Коэффициент вариации v определяют на начальной стадии изысканий. При отсутствии предварительных данных значения v принимают по табл 3.11.

Показатель точности оценки среднего значения характеристики ρ принимают в зависимости от точности метода ее определения, а для характеристик, используемых в расчетах, также в зависимости от требуемой точности расчета. Значения показателей точности ρ при определении характеристик по действующим ГОСТам приведены в табл. 3.11.

3.65(11 прил. 1). Минимальное количество одноименных частных определений должно составлять для каждого выделенного инженерно-геологического элемента 6. При этом для вычисления нормативных и расчетных значений с и φ должно быть определено не менее шести величин τ для каждого значения нормального давления р.

Минимальное количество частных определений для вычисления нормативного значения модуля деформации Е, определяемого по результатам испытаний грунта штампом в полевых условиях статической нагрузкой, должно составлять 3. Допускается ограничиться двумя значениями Е, если эти значения отклоняются от среднего не более чем на 25 %.

Таблица 3.11.

Рис.3.4. График зависимости числа определений n от коэффициента вариации v при различных значениях ρ

Минимальное количество определений удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ в полевых условиях (п. 3.33) должно составлять 3. При вычислении расчетных значений с и φ на основе полевых данных допускается принимать коэффициент безопасности k_г = 1,5 для с и k_г = 1,1 для φ.

Минимальное количество частных определений физических характеристик, необходимых для пользования таблицами прочностных и деформационных характеристик [пп. 3.60(3.16)-3.61], должно составлять для каждого выделенного инженерно-геологического элемента 6 при расчетах оснований по второму предельному состоянию и 10 — при расчетах по первому предельному состоянию.

Примечание:

Количество частных определений характеристик грунтов допускается уменьшить при наличии одноименных определений в материалах предыдущих изысканий, выполненных на той же площадке для того же инженерно-геологического элемента.

Таблицы нормативных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов

3.66(1 прил. 2). Характеристики грунтов, приведенные в табл. 1-3 настоящего приложения (табл. 3.12-3.14 Рук.), допускается использовать в расчетах по деформациям оснований зданий и сооружений, указанных в примеч. 1 к п. 3.16 настоящей главы (п. 3.60 Рук.), при коэффициенте безопасности k_г = 1, а также для расчетов оснований опор воздушных линий электропередачи и опор открытых распределительных устройств по п. 13.2 настоящей главы.

Характеристики грунтов, приведенные в табл. 3.12 (1 прил. 2) и 3.13 (2 прил. 2), допускается использовать также в расчетах оснований по несущей способности при коэффициентах безопасности, приведенных в п. 3.61.

3.67(2 прил. 2). Характеристики песчаных грунтов в табл. 3.12 (1 прил. 2) относятся к кварцевым пескам с зернами различной окатанности, содержащим не более 20% полевого шпата и не более 5% в сумме различных примесей (слюда, глауконит и пр.), включая растительные остатки, независимо от степени влажности G.

3.68(3 прил. 2). Характеристики глинистых грунтов в 3.13 (2 прил. 2) и 3.14 (3 прил. 2) относятся к грунтам, содержащим не более 5% растительных остатков и имеющим степень влажности G≥0,8.

Таблица 3.12(1 прил. 2)

Нормативные значения удельных сцеплений с^н, кгс/см², углов внутреннего трения φ^н, град, и модулей деформации Е, кгс/см², песчаных грунтов (независимо от происхождения, возраста и влажности)

3.69(4 прил. 2). Для песчаных и глинистых грунтов с промежуточными значениями е против указанных в табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.14 (3 прил. 2) допускается определять величины с^н, φ^н и Е, пользуясь интерполяцией.

3.70(5 прил. 2). Для песчаных и глинистых грунтов при значениях е, а для глинистых грунтов и при значениях G и I_L, выходящих за пределы, предусмотренные в табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.14 (3 прил. 2), значения характеристик грунтов с^н, φ^н и Е надлежит определять по данным инженерно-геологических исследований.

3.71(8 прил. 2). При значениях е для песчаных и глинистых грунтов, а также G и I_L, для глинистых грунтов, меньших, чем их нижние пределы, предусмотренные табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.14 (3 прил. 2), характеристики с^н, φ^н и Е в запас надежности допускается принимать по соответствующим нижним пределам е, G и I_L.

Однако с целью достижения более экономичных решений оснований и фундаментов в этих случаях характеристики грунтов с^н, φ^н и Е рекомендуется определять по данным инженерно — геологических исследований.

Таблица 3.13(2 прил. 2)

Нормативные значения удельных сцеплений с^н, кгс/см², и углов внутреннего трения φ^н, град, глинистых грунтов четвертичных отложений

Таблица 3.14(3 прил. 2)

Нормативные значения модулей деформации глинистых грунтов Е, кгс/см2

3.72 (7 прил. 2). Вследствие того, что расчетные значения характеристик грунта Е, е, G и I_L, согласно п. 3.14 настоящей главы (п. 3.54 Рук.), принимаются равными нормативным, то для упрощения записей символы нормативных значений этих характеристик пишутся без верхнего индекса «н».

Рекомендации по разработке региональных таблиц прочностных и деформационных характеристик грунтов

3.73. Таблицы характеристик грунтов следует разрабатывать для наиболее характерных геолого-генетических комплексов пород данного региона на основе исследования корреляционных связей между прочностными и деформационными характеристиками, с одной стороны, и физическими — с другой.

3.74. При сборе материалов для проведения корреляционных исследований результаты комплексных определений свойств грунтов рекомендуется заносить в паспорт специальной формы.

3.75. Для исследования влияния на свойства грунтов их геологического происхождения (генезиса) в статистическую совокупность, предназначаемую для обработки, следует включать опытные данные, относящиеся к грунтам одного и того же происхождения. В последующем после исследования корреляционных связей следует рассмотреть возможность объединения двух или более статистических совокупностей в одну, если различие в корреляционных зависимостях для них не существенно.

3.76. В статистическую совокупность должны включаться опытные данные, полученные единым методом, а приборы и оборудование, использованные при испытании грунтов, должны давать равноценные результаты.

3.77. Таблицу нормативных значений модуля деформации следует разрабатывать на основе полевых испытаний грунтов штампом. При отсутствии достаточного числа указанных опытов допускается составлять таблицу по данным компрессионных испытаний, корректируя эти данные с помощью коэффициентов m_к перехода от лабораторных значений модуля деформации к полевым.

3.78. Значения коэффициентов m_к должны быть получены, как правило, на основе сопоставительных испытаний грунтов данного региона в полевых и лабораторных условиях. Для грунтов, перечисленных в п. 3.27, допускается использовать значения m_к, приведенные в табл. 3.1.

3.79. Для исключения действия большого числа факторов, влияющих на прочностные и деформационные свойства грунта, и упрощения корреляционных исследований рекомендуется переходить к более дробным статистическим совокупностям, составляя их по номенклатурным видам крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов.

3.80. Надежность результатов статистической обработки увеличивается с увеличением числа опытных данных, включаемых в статистическую совокупность. Минимальное число независимых измерений характеристики должно быть 50 для модуля деформации и 300 — для с и φ.

3.81. Перед установлением корреляционных связей опытные данные должны быть проанализированы для исключения грубых ошибок.

Рекомендуется построение точечных графиков зависимости между прочностной и деформационной характеристикой и одной из физических характеристик, например коэффициентом пористости.

3.82. При исследовании корреляционных связей необходимо использовать следующие физические характеристики: коэффициент пористости е, влажность W, степень влажности G, степень неоднородности зернового состава крупнообломочных и песчаных грунтов U, показатель консистенции I_L, и характеристики пластичности глинистых грунтов W_L, W_P, I_P, а в необходимых случаях также степень засоленности или заторфованности и т. п.

3.83. При составлении таблиц рекомендуется устанавливать множественные корреляционные связи, причем, как правило, оказывается достаточным исследовать связи прочностных и деформационных характеристик одновременно с двумя физическими характеристиками.

Допускается использовать парные корреляционные связи, установленные для фиксированных интервалов величин второй физической характеристики.

3.84. На основе корреляционных исследований должны быть выбраны физические характеристики, наиболее влияющие на прочностные и деформационные показатели грунтов (входы в таблицу), и уравнения взаимосвязи. Рекомендуется использовать для этих исследований ЭВМ.

3.85. Наиболее тесные связи прочностных и деформационных показателей Y (по опыту составления таблиц) получаются: для песчаных грунтов Y = f(e) при одновременном учете номенклатурного вида песка; для глинистых водонасыщенных грунтов также в пределах одного номенклатурного вида Y = f(e,I_L) и для глинистых грунтов с переменной степенью влажности Y = f(e,G) или Y = f(e,W).

3.86. При выборе вида уравнения взаимосвязи характеристик необходимо исследовать уравнения первого и второго порядка. Использование уравнений более высокого порядка не рекомендуется.

Коэффициенты уравнений взаимосвязи и средняя квадратичная ошибка определяются способом наименьших квадратов.

3.87. По уравнениям регрессии, полученным в результате корреляционного анализа, вычисляют нормативные значения прочностных характеристик с и φ и модуля деформации Е для середин заранее установленных интервалов величин физических характеристик, выбранных в качестве входов в таблицу.

3.88. Для прочностных характеристик с и φ допускается составление таблицы путем обработки опытных данных, сгруппированных по интервалам физических характеристик (отдельные клетки таблицы) .

При этом нормативные значения с и φ определяются или как средние арифметические величины совокупностей с и φ в данной клетке таблицы, или как параметры уравнения τ = ptgφ+c, получаемые способом наименьших квадратов для всей совокупности τ_i, в рассматриваемой клетке [п. 3.52 (5 прил. 1)].

3.89. Расчетные значения с и φ в случае использования уравнений регрессии (п. 3.87) следует устанавливать как нижнюю доверительную границу уравнения при различных значениях физических характеристик (принимаются значения, соответствующие серединам интервалов физических характеристик).

3.90. При составлении таблицы путем группировки опытных данных по клеткам (п. 3.88) расчетные значения с и φ вычисляются по формуле (3.12) (12) или (3.14). При этом показатель точности оценки среднего значения характеристики ρ и ее среднее квадратичное отклонение σ вычисляются по указаниям пп. 3.91 и 3.92.

3.91. В случае обработки непосредственно совокупности частных значений с и φ в клетке таблицы ρ и σ вычисляются по формулам (3.16) (8 прил. 1) и (3.21) (13 прил. 1), т. е. аналогично вычислениям для R_c и γ.

3.92. При обработке способом наименьших квадратов совокупности значений τ_i; в клетке таблицы величины ρ и σ для с и α вычисляются по формулам (3.15) (7 прил. 1), (3.18) (10 прил. 1) и (3.19) (11 прил. 1).

3.93. Расчетные значения прочностных характеристик грунтов с и φ в таблице устанавливают для двух предельных состояний (расчет оснований по несущей способности и по деформациям). Доверительную вероятность α расчетных значений принимают α = 0,85 для расчетов по деформациям и α = 0,95 для расчетов по несущей способности [п. 3.58 (3.15)].

3.94. Нормативные и расчетные значения с, кгс/см², округляют в таблице до двух десятичных знаков, а φ-до 1°.

Нормативные значения модуля деформации Е округляют: до 10 кгс/см² при Е≥100 кгс/см²; до 5 кгс/см² при 20≤Е<100 кгс/см² и до 1 кгс/см² при Е<20 кгс/см².

3.95. Вместо приведения в таблицах расчетных значений прочностных характеристик с и φ, допускается устанавливать для каждой региональной таблицы среднее значение коэффициента безопасности k_г [п. 3.55 (6 прил. 1)] отдельно для с и φ. Тогда расчетные значения с и φ следует определять путем деления их нормативных значений, взятых из таблицы, на величину k_г.

3.96. Для установления нормативных и расчетных значений с, φ и Е по таблицам используются нормативные значения физических характеристик, вычисленные для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента.

Для получения достоверных нормативных значений физических характеристик каждая региональная таблица должна сопровождаться указанием о необходимом числе определений физических характеристик — входов в таблицу.

3.97. Число определений физических характеристик, необходимое для пользования таблицами, рекомендуется назначать на основе анализа природной изменчивости этих характеристик в данном регионе, пользуясь формулой (3.23).

Определение характеристик грунта с учетом возможного изменения его влажности в процессе строительства и эксплуатации

3.98. Характеристики грунтов, необходимые для проектирования оснований (модуль деформации Е, удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ), определяют, как правило, для того состояния грунта, в котором он находится в природном залегании.

При проектировании оснований, сложенных не полностью водонасыщенными (G<0,8) глинистыми грунтами и пылеватыми песками, следует учитывать возможность снижения их прочностных и деформационных характеристик вследствие повышения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

3.99. Повышение влажности грунтов может происходить в результате:

а) подъема уровня грунтовых вод, прогнозируемого согласно указаниям пп. 3.105-3.116 (3.17-3.22);

б) накопления влаги за счет нарушения природных условий ее испарения вследствие застройки и асфальтирования территории.

3.100. Характеристики с, φ и Е для грунтов, расположенных ниже прогнозируемого уровня грунтовых вод, должны устанавливаться путем испытаний грунтов в условиях полного водонасыщения.

3.101. Повышение влажности грунтов вследствие застройки и асфальтирования территории следует учитывать для всех видов зданий и сооружений. При этом прогноз изменения влажности необходимо давать на основе специальных расчетов или опытных данных по измерению влажности грунтов данного района под уже застроенной территорией.

Характеристики с, φ и Е в этом случае следует определять при прогнозируемой влажности. При отсутствии указанных данных допускается принимать с, φ и Е по результатам испытания грунта в состоянии природной влажности, если последняя больше влажности на границе раскатывания, или при влажности на границе раскатывания, если W≤W_P.

3.102. Для определения прочностных характеристик грунтов с и φ в соответствии с рекомендациями пп. 3.100 и 3.101 образцы грунтов предварительно насыщаются водой до значений влажности, указанных в пп. 3.100 и 3.101.

При определении модуля деформации в полевых условиях допускается проводить испытание грунта при природной влажности с последующей корректировкой полученного значения модуля деформации на основе компрессионных испытаний. Для этого проводятся параллельные компрессионные испытания грунта природной влажности и грунта, предварительно водонасыщенного до требуемого значения влажности. Полученный в лабораторных опытах коэффициент снижения модуля деформации грунта при его дополнительном водонасыщении используется для корректировки полевых данных.

3.103. При определении характеристик просадочных, набухающих и засоленных грунтов следует учитывать дополнительные рекомендации, изложенные в разделах 4, 5 и 9 настоящего Руководства.

ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ

3.104. Положение уровня грунтовых вод и возможность его изменения в период строительства и эксплуатации возводимых зданий и сооружений влияют на выбор: типа фундаментов, их размеров, глубины заложения, водозащитных мероприятий и пр.

При повышении уровня грунтовых вод могут изменяться деформационные и прочностные свойства глинистых грунтов основания, возникать просадка или набухание грунта, увеличиваться степень морозной пучинистости и пр.

При понижении уровня грунтовых вод могут возникать дополнительные осадки как глинистых, так и песчаных грунтов.

Прогнозирование изменения уровня грунтовых вод следует выполнять согласно указаниям пп. 3.105-3.113 (3.17-3.20), а оценку изменения гидрогеологических условий на свойства грунта — по пп. 3.98-3.103.

3.105(3.17). При проектировании оснований должны учитываться как сезонные и многолетние колебания уровня грунтовых вод (и верховодки), так и возможность формирования нового повышенного или пониженного среднего уровня.

При этом следует учитывать возможность образования нового техногенного горизонта, т. е. горизонта, сформировавшегося в результате строительства и эксплуатации предприятий, зданий и сооружений.

3.106. Техногенное повышение уровня грунтовых вод или образование техногенного водоносного горизонта (в том числе и верховодки) определяется действием факторов подтопления:

активных — непосредственно вызывающих подтопление (например, инфильтрации утечек или поверхностных вод);

пассивных — не вызывающих подтопления непосредственно, но способствующих его возникновению и развитию (например, нарушение поверхностного стока, гидрогеологические условия и т. п.).

Классификация факторов подтопления и характер их действия приведены на рис. 3.5.

Основными факторами подтопления являются: при строительстве — изменение условий поверхностного стока при вертикальной планировке, засыпке естественных дрен, производстве земляных работ, длительный разрыв между выполнением земляных работ нулевого цикла и строительными работами (закладкой фундаментов, прокладкой коммуникаций и т. п.); при эксплуатации — инфильтрация утечек производственных вод, уменьшение испарения под зданиями и покрытиями, полив зеленых насаждений и т. п.

Рис. 3.5. Классификация факторов подтопления застраиваемых территорий

3.107. Неподтопляемыми территориями являются такие, на которых вследствие благоприятных природных условий (наличия естественного дренирования, наличия хорошо проницаемых грунтов большой мощности и глубокого залегания водоупора и т. п.) или при ограниченном количестве потребляемой предприятием воды заметного увлажнения грунтов оснований и повышения уровня грунтовых вод не происходит или оно не отражается на нормальных условиях эксплуатации заглубленных конструкций зданий и сооружений.

Неподтопляемыми также следует считать территории, на которых возникает кратковременное повышение уровня грунтовых вод или образуется временная верховодка (например, при повышенном количестве атмосферных осадков).

На неподтопляемых территориях расходные статьи водного баланса преобладают над приходными.

Подтопляемыми территориями являются такие застроенные или застраиваемые территории, в пределах которых происходит постоянное и направленное изменение водного режима в сторону накопления подземных вод и нарушения условий, необходимых для нормальной эксплуатации заглубленных строительных конструкций и помещений.

На подтопляемых территориях приходные статьи водного баланса преобладают над расходными.

3.108(3.18). Возможные изменения уровня грунтовых вод следует прогнозировать в зависимости от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, характера возводимых зданий и сооружений и наличия в них мокрого технологического процесса, а также технических мероприятий, осуществляемых в процессе строительства и эксплуатации (отрывка котлованов, планировка территорий, устройство и эксплуатация дренажных, водопроводных, канализационных, теплофикационных сетей и т. п.).

3.109(3.19). При прогнозировании изменения уровня грунтовых вод следует учитывать наибольшую вероятность:

а) значительного его повышения:

там, где возводятся здания и сооружения с мокрым технологическим процессом;

если в районе застройки или вблизи него устраиваются водоподпорные сооружения;

когда строительная площадка сложена маловодопроницаемыми глинистыми грунтами, а также пылеватыми песками, вне зависимости от глубины залегания водоупора;

б) его понижения:

там, где на застраиваемой или соседней территории устраиваются мелиоративные осушительные сооружения (каналы, дренажные устройства и пр.) или выполняются подземные выработки (тоннели, метро, горные подработки и др.).

3.110. При прогнозировании изменения уровня грунтовых вод в связи с выбором безопасного для зданий и сооружений его положения следует на основе анализа материалов изысканий выявлять режимообразующие факторы или их комплексы, вызывающие повышение уровня или его понижение. При этом в первом случае выделяется тип искусственного режима грунтовых вод — подпитывающий (инфильтрационно-термический), во втором — водоотборный.

В обоих случаях — при питании и водоотборе — выделяются виды режима по характеру распространения (распределения по территории застройки) действия факторов по площади: равномерное, неравномерное, сплошное или несплошное, линейное, локальное и т. д.

Для каждого из этих видов режима выделяются подвиды в зависимости от действия факторов во времени — систематический, периодический и эпизодический.

При прогнозировании уровня грунтовых вод следует учитывать, что повышение его может происходить как на площадках, застроенных предприятиями с «мокрым» технологическим процессом, так и на площадках с «сухим» технологическим процессом.

При «мокром» технологическом процессе основными источниками подтопления являются искусственные, при «сухом» — главным образом естественные источники.

В связи с этим следует различать группы предприятий по количеству потребляемой ими воды, от которого зависит объем возможных ее утечек. Классификация промышленных предприятий по удельному расходу (потреблению) воды в м³/сут на 1 га занимаемой предприятием площади приведена в табл. 3.15.

3.111. Потенциальная подтопляемость территорий в значительной степени зависит от природных условий ее, в связи с чем следует различать 6 типовых схем природных условий территорий (табл. 3.16), в основе которых лежат типовые литологические разрезы, в различной степени подверженные подтоплению, и учитываются гидрологические зоны увлажнения, определяемые согласно «Руководству по определению расчетных гидрологических характеристик» (Ленинград, Гидрометеоиздат, 1973).

Наиболее подтопляемыми являются территории, сложенные слабопроницаемыми, фильтрационно-анизотропными, просадочными грунтами, застроенные предприятиями, потребляющими большое количество воды в технологическом процессе. Скорость повышения уровня грунтовых вод на таких территориях может достигать 0,5-1 м в год.

Таблица 3.15

Таблица 3.16

Наименее подтопляемыми являются территории с глубоким залеганием грунтовых вод, сложенные различными грунтами и застроенные предприятиями с «сухим» технологическим процессом, со скоростью подъема ≤ 0,1 м в год.

В зависимости от сочетания схемы природных условий с группой предприятий по количеству потребляемой воды все территории промышленных предприятий разделяются на 4 группы по степени их потенциальной подтопляемости (классификацию территорий см. в табл. 3.17).

Наибольшую вероятность значительного повышения уровня грунтовых вод или образование нового техногенного водоносного горизонта следует ожидать и учитывать при проектировании на территориях I и II типов потенциальной подтопляемости, например, на территории с близким залеганием водоупора, сложенной просадочными грунтами, при отсутствии естественных дрен и с проектируемой застройкой предприятиями химической, металлургической или энергетической промышленности (ТЭЦ), потребляющими большие количества воды. Понижение уровня грунтовых вод можно ожидать на территориях, дренируемых со специальной целью его понижения, а также при наличии вблизи водозаборных скважин (при отсутствии активных факторов подтопления, которые могут вызвать локальное замачивание грунтов основания).

3.112(3.20). Расчетное положение уровня грунтовых вод и возможность изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации построенных зданий и сооружений следует принимать по результатам инженерно-геологических изысканий и прогнозов, выполняемых на основе специальных расчетов.

Таблица 3.17

Примечание:

В табл. 3.17 для предприятий с малыми расходами воды (группа Д) учтена относительная площадь распространения грунтов с нарушенной структурой, обладающих более высокой фильтрационной способностью (относительная площадь планировочной подсыпки), и выделены подгруппы Д₁ — территории с относительной площадью подсыпки от 25 до 50 %; Д₂ — от 10 до 25%; Д₃ — от 0 до 10 %.

3.113. Прогнозирование подтопления выполняется изыскательской организацией в две стадии. Вначале выполняется предварительный, качественный прогноз, затем — количественный.

Качественный прогноз заключается в определении типа потенциальной подтопляемости территории (табл. 3.17) на основе сравнения природных условий территории (табл. 3.16), а также характеристики проектируемого предприятия по количеству потребляемой им воды (табл. 3.15).

Установление типа потенциальной подтопляемости территории должно определить минимум требований в задании на последующий этап изысканий, необходимых для выполнения количественного прогноза подтопления.

Для территории IV типа потенциальной подтопляемости (табл. 3.17) количественный прогноз, как правило, не выполняется.

Количественный прогноз подтопления отдельных зданий и сооружений с установлением возможного уровня грунтовых вод выполняется на основе специальных расчетов, а в сложных геологических условиях с применением моделирования на ЭВМ и аналоговых устройствах. Прогнозом устанавливается расчетная зависимость положения уровня грунтовых вод на различные моменты времени. Для неподтопляемых территорий уровень грунтовых вод принимается постоянным и учитываются лишь его сезонные колебания.

Количественное прогнозирование выполняется в соответствии с «Рекомендациями по прогнозу подтопления промышленных площадок грунтовыми водами» (ВОДГЕО, ПНИИИС, 1976).

Примеры прогнозирования подтопляемости территории проектируемого предприятия

Пример 1. Проектируется предприятие химической промышленности на площадке, сложенной просадочными суглинками мощностью 10 м, подстилаемыми юрскими глинами. Тип грунтовых условий по просадочности — I. Грунтовые воды, по данным изысканий, находятся на глубине 11 м. Площадка находится в зоне переменного увлажнения. Природные условия территории по табл. 3.16 относятся к схеме № 1.

Согласно заданию на проектирование (или техническому проекту), количество потребляемой предприятием воды составляет 10 000 м3/сут на 1 га площади, которую будет занимать предприятие. В соответствии с табл. 3.15, по количеству потребляемой воды предприятие относится к группе Б.

По табл. 3.17 находим, что предприятие группы Б в природных условиях, соответствующих схеме № 1 (по табл. 3.16), относится к типу I территории по степени потенциальной подтопляемости, для которого вероятность подтопления значительная.

В связи с этим в задании на изыскания должны быть изложены требования к выполнению работ по количественному прогнозу подтопления территории.

Пример 2. Проектируется строительство элеватора в Средней Азии. По данным изысканий, на стадии выбора площадки природные условия соответствуют схеме № 6 (табл. 3.16). По количеству потребляемой воды на 1 га (менее 50 м³/сут на 1 га) элеватор относится к группе Д (табл. 3.15).

По табл. 3.17 определяем, что сочетание схемы природных условий с предприятием группы Д соответствует IV типу территории по степени ее потенциальной подтопляемости, т. е. возможность подтопления ее минимальна и для ее предупреждения достаточно ограничиться минимумом водозащитных мероприятий (планировка территории и отвод поверхностных вод от здания).

Выполнения количественного прогноза в этом случае не требуется.

3.114(3.21). При проектировании оснований зданий и сооружений с мокрым технологическим процессом должны предусматриваться мероприятия, не допускающие попадания в грунты основания производственных вод и подтопления территории, особенно в случае наличия отходов химического производства, вызывающих набухание грунта или коррозионное воздействие на материал фундаментов. Для своевременного выявления и предупреждения утечек производственных вод в проектах должно быть предусмотрено устройство постоянно действующих наблюдательных скважин.

3.115(3.22). Если существующий или прогнозируемый уровень грунтовых вод не исключает возможности подтопления фундаментов или заглубленных помещений, необходимо при проектировании последних предусматривать мероприятия, исключающие или уменьшающие неблагоприятные последствия этого подтопления на работу оснований и фундаментов, а также эксплуатацию проектируемых зданий и сооружений (устройство постоянно действующего водопонижения, гидроизоляции фундаментов и полов подвалов, специальных проемов в подземных конструкциях, снижающих подпор грунтовых или поверхностных вод, и пр.).

3.116. Выбор и разработку мероприятий по защите территории от подтопления, а также мероприятий, исключающих или уменьшающих неблагоприятное влияние возможного подтопления на свойства грунтов, работу оснований и фундаментов и на эксплуатацию проектируемого здания и сооружения следует выполнять на основе технико-экономической оценки этих мероприятий.

При выборе мероприятий для различных условий подтопления допускается пользоваться «Рекомендациями по проектированию защитных сооружений от подтопления промплощадок грунтовыми водами» (ВОДГЕО, 1977).

Наблюдательные скважины рекомендуется располагать по сетке, охватывающей всю потенциально подтопляемую территорию проектируемого предприятия.

При этом необходимо учесть, что при проектировании предприятий с агрессивными стоками следует предусматривать скважины внутри крупных зданий и сооружений, а также на участках накопителей, гидрозолоотвалов и т. п., в целях определения влияния фильтрующихся растворов на химический состав и агрессивность грунтовых вод.

3.117(3.23). В случаях, когда грунтовые или поверхностные воды, в том числе производственные, обладают агрессивностью по отношению к материалу фундаментов, следует предусматривать, согласно указаниям соответствующих нормативных документов, антикоррозионные мероприятия, не допускающие разрушения материала фундаментов.

3.118. При наличии грунтовых или поверхностных вод, агрессивных по отношению к материалу фундаментов или других заглубленных конструкций, антикоррозионные мероприятия применяются в зависимости от вида коррозии и условий эксплуатации зданий и сооружений по указаниям главы СНиП II-28-73 по защите строительных конструкций и сооружений от коррозии.

Следует иметь в виду, что агрессивные грунтовые води, обогащенные химически активными компонентами инфильтрующихся производственных стоков, оказывают неблагоприятное воздействие и на грунты оснований, вызывая их коррозию, растворение и вынос солей, а в некоторых случаях — набухание грунтов. Вследствие этого в необходимых случаях должны применяться мероприятия, не допускающие инфильтрацию агрессивных стоков в грунты оснований, особенно щелочных и кислотных, например антикоррозионную гидроизоляцию фундаментов, отвод агрессивных вод в промышленную канализацию, устройство специальных экранов или дренажей под зданиями и коммуникациями с агрессивными стоками. Выбор и применение мероприятий должны быть технико-экономически обоснованы.

3.119(3.24). Если грунты, окружающие фундамент, подвергаются воздействию поверхностных вод со скоростями, при которых возможно размывание грунтов, а также в случаях, когда в основаниях, сложенных песчаными грунтами или супесями, грунтовые воды движутся со скоростями, способными вымывать частицы грунта или растворять соли, должны приниматься надлежащие меры защиты основания (дренаж, шпунт и т. д.).

3.120(3.25). При проектировании оснований фундаментов или других подземных частей зданий и сооружений, закладываемых ниже напорного горизонта грунтовых вод, должны предусматриваться мероприятия, предупреждающие прорыв и связанное с ним взрыхление, размыв или другие повреждения восходящими токами воды слоев грунта, залегающих в основании.

3.121(3.26). Проверка возможности прорыва напорными водами вышележащего слоя грунта, если в основании проектируемого сооружения залегают водоупорные слои глины, суглинка или ила, подстилаемые слоем грунта с напорными водами, производится исходя из условия:

где γ_W — удельный вес воды;

H₀ — высота напора воды, отсчитываемая от подошвы проверяемого водоупорного слоя до максимального уровня грунтовых вод;

γ₁ — расчетное значение объемного веса грунта проверяемого слоя;

h₀ — расстояние от дна котлована или верха пола подвала до подошвы проверяемого слоя грунта.

Если это условие не удовлетворяется, необходимо предусматривать в проекте искусственное понижение напора водоносного слоя (откачка или устройство самоизливающихся скважин). Искусственное снижение напора грунтовых вод должно быть предусмотрено на срок, пока фундамент не приобретет достаточную прочность, обеспечивающую восприятие нагрузки от напора грунтовых вод, но не ранее окончания работ по обратной засыпке грунта в пазухи котлована.

3.122. При заглублении фундаментов ниже пьезометрического уровня грунтовых вод следует учитывать, что возможны два случая:

заглубление в грунт, подстилаемый водоносным слоем с напорными водами, когда возможен прорыв грунтов основания, подъем полов и т. п.; в этом случае следует предусматривать мероприятия, снижающие напор (например, откачку воды из скважины), или увеличивать пригрузку на залегающий в основании грунт;

заглубление в грунт водоносного слоя — когда возможны размыв, разрыхление грунтов, коррозия и другие повреждения фундаментов; в этом случае кроме снижения напора может предусматриваться также закрепление грунтов.

3.123. При ожидаемом понижении уровня грунтовых вод следует учитывать возникновение дополнительной осадки фундамента.

Она происходит вследствие того, что из-за снятия взвешивающего действия воды в зоне между прежним и новым уровнем грунтовой воды природное давление на все нижележащие слои грунта возрастает на величину Δp, определяемую в зависимости от высоты капиллярного понятия h_к, глубины расположения уровня грунтовых вод до его понижения h_Е, величины снижения уровня грунтовых вод Δh_Е и объемных весов грунтов, расположенных ниже уровня грунтовых вод γ_взв, в зоне капиллярного поднятия γ₁ и выше этой зоны — γ₂.

Для случая, когда h_к+h_E+Δh_Е-h₂, величина Δp находится по формуле:

где h₂ — толщина слоя грунта над зоной капиллярного поднятия воды, образовавшейся после снижения уровня грунтовых вод.

Для случая, когда h_к≤Δh_в,

где e₂, W₂ и G₂ — коэффициент пористости, влажность и степень влажности в слое грунта выше зоны капиллярного поднятия воды.

Для случая, когда h_к≥h_в+Δh_в,

где e₁, W₁ и G₁ — коэффициент пористости, влажность и степень влажности грунта в зоне капиллярного поднятия воды.

При G₁ = l

Дополнительную осадку ΔS от снижения уровня грунтовых вод допускается определять по формуле:

где Е — модуль деформации грунта в пределах сжимаемой толщи Н.

Величина сжимаемой толщи Н определяется из условия Δp = 0,2p_σz’, т. е. она равна глубине, на которой p_σz’ = 5Δp.

Природное давление грунта p_σz на глубине z’ находится в зависимости от объемных весов грунта в отдельных его слоях (γ_взв, γ₁ и γ₂) после понижения уровня грунтовых вод.

Пример определения дополнительной осадки ΔS, вызванной снижением уровня грунтовой воды

Грунты, однородные по глубине, представлены песком мелким с характеристиками: е = 0,7; γ_в = 2,7 тс/м³ и E = 300 кгс/см². Высота капиллярного поднятия воды h_к = 0,7 м. Уровень грунтовой воды расположен на глубине h_в = 1 м. После его снижения на Δh_в = 3 м он будет находиться на глубине h_в+Δh_в = 1+3 = 4 м.

Грунт, расположенный ниже уровня грунтовой воды, имеет γ_взв = 1 тс/м³; грунт в зоне капиллярного поднятия воды толщиной h₁ = 0,7м-γ₁ = 2 тс/м³, G₁ = l и W₁ = 0,26; в слое h₂ = 3,3 м, расположенном выше зоны капиллярного поднятия, — γ₂ = 1,7 тс/м³, G₂ = 0,27 и W₂ = 0,07.

В рассматриваемом случае имеем h_к<Δh_в, поэтому величина Δp должна определяться по формуле (3.26).

Используя значения γ₂, γ_взв и Δh_в, находим

Δp = (1,7-1)·3 = 2,1 тс/м².

Глубину сжимаемой толщи грунта H определяем из равенства суммы значений p_σz для каждого слоя грунта с различными значениями γ₁ величине 5Δp:

γ₂h₂+γ₁h₁+γ_взв(H—h₂—h₁) = 1,7·3,3+2·0,7+1·(H-4) = 5·2,1 = 10,5.

Величина Н будет равна Н = 10,5-3 = 7,5 м и величина

3.124. При проектировании оснований и методов производства работ следует учитывать, что возможно появление больших осадок, если применяется открытый водоотлив, вызывающий вынос частиц грунта из-под фундаментов, особенно если верхняя часть основания сложена песками.

Следует также учитывать, что если под верхними слоями грунта лежит песчаный грунт, то понижение уровня грунтовых вод в котловане открытым водоотливом или методами глубинного водопонижения может распространяться на большие расстояния, измеряемые десятками метров. Вследствие этого возможно появление осадок соседних, уже существующих зданий и сооружений.

Для уменьшения вредных последствий открытого водоотлива или глубинного водопонижения в проектах оснований и производства работ должны предусматриваться соответствующие мероприятия.

ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

3.125. Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность основания и величину деформации, не превышающую предельно допустимую по условиям нормальной эксплуатации проектируемого здания или сооружения и находящегося в них оборудования.

Выбор рациональной глубины заложения фундаментов, зависящей от условий, перечисленных в п. 3.126 (3.27), рекомендуется выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов фундаментов.

3.126 (3.27). Глубина заложения фундаментов должна определяться с учетом:

назначения, а также конструктивных особенностей зданий и сооружений (например, наличия подвалов, подземных коммуникаций, фундаментов под оборудование и т. д.);

величины и характера нагрузок и воздействий, действующих на основание;

глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений, а также оборудования;

существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

геологических условий площадки строительства (строительных свойств грунтов, характера напластований отдельных видов грунтов, наличия слоев, склонных к скольжению, наличия пустот, образовавшихся вследствие выветривания, растворения солей, и пр.);

гидрогеологических условий (уровней грунтовых вод и верховодки, а также возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации здания и сооружения, агрессивности грунтовых вод и т. д.);

величины размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (опор мостов, переходов трубопроводов и т. п.);

глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов.

3.127. Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки или пола подвала до подошвы фундамента, т. е. нижней его поверхности, опирающейся на несущий слой грунта и передающей на него нагрузку. При наличии бетонной подготовки под фундаментом глубина заложения принимается, как правило, до ее низа.

Минимальную глубину заложения фундаментов во всех грунтах, кроме скальных, рекомендуется принимать не менее 0,5 м, считая от поверхности наружной планировки.

3.128. При выборе глубины заложения фундаментов под большие нагрузки следует учитывать, что такие фундаменты в целях уменьшения их размеров рационально основывать на малосжимаемых грунтах.

При однородных грунтах увеличение глубины заложения фундаментов для уменьшения площади их подошвы должно быть технико-экономически обосновано.

3.129. Разность отметок заложения рядом расположенных фундаментов (рис. 3.6) не должна превышать величину Δh, определяемую по формуле:

где а — расстояние между фундаментами в свету;

tgψ — тангенс угла сдвига:

φ₁ и c₁ — соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, определяемые согласно требованиям пп. 3.43-3.49 (3.13-3.15);

р — среднее давление на грунты под подошвой вышерасположенного фундамента от нагрузок для расчета по несущей способности.

Условие (3.29) распространяется и на случай определения допустимой разности отметок заложения фундаментов здания и рядом расположенных каналов, тоннелей и пр.

Фундаменты проектируемого здания, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется принимать на одной отметке. Переход на большую глубину заложения следует выполнять лишь на расстоянии, определяемом по формуле (3.29).

Если условие (3.29) не выполняется, следует предусмотреть устройство шпунтовой стенки или другого жесткого ограждения (рис. 3.7).

Рис. 3.6. Схема заложения соседних фундаментов на различной глубине

3.130. При выборе глубины заложения фундаментов по инженерно-геологическим и гидрогеологическим условиям рекомендуется:

а) выбирать несущий слой грунта основания в зависимости от напластования грунтов, их физико-механических характеристик, способа производства работ, предельно допустимых деформаций основания и его несущей способности;

б) предусматривать заглубление фундамента в несущий слой грунта на 10-50 см;

в) не оставлять под подошвой фундамента слой грунта малой толщины, если строительные свойства грунта этого слоя значительно хуже свойств подстилающего слоя;

г) закладывать фундаменты выше уровня грунтовых вод для исключения необходимости применения водоотлива и сохранения естественной структуры грунта при производстве работ;

д) при заложении фундаментов ниже уровня грунтовых вод (с учетом его колебания) предусматривать методы производства работ, сохраняющие структуру грунта;

е) если глубина заложения по условиям несущей способности и деформируемости грунтов основания оказывается чрезмерно большой — предусматривать специальные мероприятия по подготовке оснований [п. 3.336 (3.85)] или переходить на свайные фундаменты.

3.131(3.28). Глубина заложения фундаментов должна быть достаточной для надежной работы основания из условия его расчета по предельным состояниям и исключения возможности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундамента.

3.132. При проектировании следует учитывать, что одним из основных факторов, определяющих отметку заложения фундаментов, является глубина сезонного промерзания пучинистых грунтов, которые при промораживании увеличиваются в объеме, а после оттаивания дают значительные осадки. Деформации основания при морозном пучении и последующем оттаивании, как правило, неравномерные вследствие естественной неоднородности грунта, в том числе степени его пучинистости, и различия температурных условий, в которых могут находиться грунты под отдельными фундаментами.

Рис. 3.7. Схема защиты существующего здания от дополнительных осадок при воздействии рядом нового здания с большей глубиной заложения фундаментов

1 — фундамент существующего здания; 2 — фундамент нового здания; 3 — фундамент с большой глубиной заложения; 4 — шпунтовая стенка

3.133. К пучинистым грунтам относятся пески мелкие и пылеватые, а также глинистые и крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, расположенные вблизи уровня грунтовых вод.

Промерзание водонасыщенного пучинистого грунта сопровождается образованием в нем мерзлых прослоек, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев грунта, расположенных ниже уровня грунтовых вод. Последующее таяние промерзшего пучинистого грунта делает его переувлажненным и размягченным.

Степень пучинистости этих грунтов зависит как от вида и состояния этих грунтов, так и от близости расположения к ним уровня грунтовых вод и определяется согласно указаниям пп. 3.319-3.321 (2-4 прил. 6).

3.134. При назначении глубины заложения фундаментов по условию исключения возможности промерзания пучинистых грунтов под подошвой фундамента имеется в виду ежегодное промерзание в процессе эксплуатации зданий и сооружений. Исключение промерзания грунта в период строительства обеспечивается не глубиной заложения фундамента, а теплозащитными мероприятиями.

3.135(3.29). Исключение возможности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундаментов обеспечивается:

в период эксплуатации — соответствующей глубиной их заложения, установленной согласно требованиям пп. 3.30-3.39 настоящей главы (пп. 3.136-3.155 Рук.) в зависимости от вида и состояния грунтов, глубины расположения уровня грунтовых вод, нормативной глубины сезонного промерзания, теплового режима здания или сооружения и пр.;

в период строительства — защитными мероприятиями, назначаемыми согласно требованиям пп. 3.38-3.38, 3.40 и 3.41 настоящей главы (пп. 3.150-3.154, 3.157-3.160 Рук.).

3.136(3.30). Нормативная глубина сезонного промерзания грунта H^н принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за период не менее 10 лет за фактическим промерзанием грунтов под открытой, оголенной от снега, поверхностью горизонтальной площадки при уровне грунтовых вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

3.137. При использовании наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учесть, что она должна определяться не по глубине расположения нулевой температуры, которую обычно сообщают метеорологические станции гидрометслужбы, а по глубине образования твердомерзлого грунта. Последняя обычно расположена выше линии нулевой изотермы.

Рис. 3.8. Схематическая карта нормативных глубин промерзания суглинков и глин (изолинии нормативных глубин промерзания, обозначенные пунктиром, даны для малоисследованных районов)

3.138(3.31). Нормативную глубину сезонного промерзания грунтов H^н, см, при отсутствии данных многолетних наблюдений допускается определять на основе теплотехнических расчетов, а для районов, где нормативная глубина промерзания не превышает 2,5 м, — по формуле

где Σ׀T_м — ׀сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по главе СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в ней данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях со строительной площадкой;

H₀ — глубина промерзания при Σ׀T_м׀ = 1, зависящая от вида грунта и принимаемая равной (см) для: суглинков и глин — 23; супесей, песков мелких и пылеватых — 28; песков гравелистых, крупных и средней крупности — 30; крупнообломочных грунтов — 34.

Значение H₀ для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное по глубине в пределах зоны промерзания грунта.

3.139. Значение H₀ в формуле (3.31) (14) для площадок неоднородного сложения (при наличии нескольких слоев с различными значениями H_0i) определяется последовательным приближением как средневзвешенное по глубине в пределах зоны промерзания.

В первом приближении рекомендуется принимать значение нормативной глубины промерзания H^н, полученное по формуле (3.31) (14) в предположении, что вся зона промерзания сложена одним видом грунта с величиной H₀₁, равной среднему из учитываемых величин H_0i. Полученное значение H₀₁ используется для уточнения нормативной глубины промерзания H₀₁ и средневзвешенного значения H₀^ср, с учетом фактической толщины каждого слоя грунта с различными значениями H_0i.

Пример определения средневзвешенного значения H₀

Необходимо найти нормативную глубину промерзания на площадке, сложенной следующими грунтами. С поверхности залегает слой супеси толщиной h₁ = 0,5 м (H₀₁ = 0,28 м), далее следует слой суглинка толщиной h₂ = 1 м (H₀₂ = 0,23 м), подстилаемый крупнообломочным грунтом (H₀₃ = 0,34 м). Сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур в данном районе Σ׀T_м׀ = 64°.

Допустим, что зона промерзания сложена одним грунтом с H₀₁ = 0,28 м. Тогда нормативная глубина сезонного промерзания по формуле (3.31) (14) равна . В этом случае толщина нижнего слоя, которую следует учесть при определении средневзвешенного значения H₀^ср, равна

h₃ = H^н—h₁—h₂ = 2,24-0,5-1 = 0,74 м

При этом

С учетом H₀^ср = 0,277 м нормативная глубина промерзания составляет , т. е. уточнение составляет всего 2 см, поэтому дальнейшие приближения можно не выполнять.

3.140. При определении нормативной глубины промерзания грунтов по формуле (3.31) (14) сумму абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур наружного воздуха следует принимать по табл. 1 главы СНиП II-A.6-72 «Строительная климатология и геофизика. Основные положения проектирования».

3.141. В случае если в зоне промерзания залегают суглинки и глины, величину H^н допускается определять по схематической карте главы СНиП II-А.6-72, где даны изолинии нормативных глубин промерзания для этих грунтов, т. е. при H₀ = 23 см (рис. 3.8). При наличии в зоне промерзания других грунтов нормативная глубина промерзания, найденная по карте, должна умножаться на отношение H₀/23, где H₀ соответствует грунтам данной строительной площадки.

Для районов Дальнего Востока допускается пользоваться справочником «Характеристика строительной климатологии и геофизики Дальнего Востока» Дальневосточного Промстройниипроекта, 1967, включающим данные по 320 географическим пунктам (вместо 113 по главе СНиП), на основе которых составлена карта изолиний H^н для этого района (рис. 3.9).

В случае если значение H^н, найденное по карте, не совпадает со значением по формуле (3.31) (14), в расчет следует принимать значения, найденные по формуле.

Пример определения нормативной глубины промерзания H^н по формуле (3.31) (14) и карте СНиП II-А.6-72.

Для г. Костромы абсолютное значение суммы отрицательных температур воздуха равно 41,7°.

По формуле (3.31) (14) для площадок, сложенных суглинком и глиной, получаем

По карте — H^н = 150 см.

Рис. 3.9. Схематическая карта нормативной глубины промерзания суглинков в Приморском и Хабаровском краях, а также в Амурской области

3.142. Следует учесть, что ограничения в п. 3.138 (3.31) области применения формуле (3.31) (14) величиной H^н>2,5 м распространяются преимущественно на районы Восточной и Западной Сибири, поскольку для них недостаточно данных наблюдений за фактической глубиной промерзания грунтов на опытных площадках. Кроме того, формуле (3.31) (14) и карту главы СНиП по строительной климатологии и геофизике не рекомендуется применять для горных районов, где резко изменяются рельеф местности и геологические условия.

Глубина промерзания для этих районов фактически больше, чем по карте и по формуле (3.31) (14), вследствие особенностей состава и свойств грунтов, рельефа и сурового климата.

В этих условиях нормативная глубина промерзания должна определяться теплотехническим расчетом, согласно указаниям главы СНиП II-18-76 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования».

3.143. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта H^н, м, на основе теплотехнического расчета определяется по формуле:

где λ_м — коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, ккал/(м·ч·град), принимаемый по прил. 1 к главе СНиП II-18-76;

t₂ — средняя температура воздуха за период отрицательных температур, °С (значение t₂ при расчетах принимается со знаком плюс; t₂ = ΣT_м:n, здесь ΣT_м и n — соответственно сумма среднемесячных отрицательных температур наружного воздуха и число месяцев с отрицательной среднемесячной температурой воздуха, принимаемые по табл. 1 СНиП II-А.6-72);

t_н.з — температура начала замерзания грунта, °С (определяется по п. 2.13 СНиП II-18-76);

τ₂ — продолжительность периода с отрицательными температурами воздуха, ч, соответствующая (n-1) месяцев с отрицательной среднемесячной температурой по главе СНиП II-А.6-72;

где ρ — удельная теплота плавления льда, принимаемая равной 80000 ккал/тс;

W_c — суммарная (природная) влажность грунта в долях единицы;

W_н — весовое содержание в грунте незамерзшей воды в долях единицы (определяется по п. 2.12 СНиП II-18-76 для температуры, равной 0,5(t₂+t_н.з);

C_м — объемная теплоемкость мерзлого грунта, ккал/(м³·град), принимается по прил. 1 СНиП II-18-76;

γ_ск.м — объемный вес скелета мерзлого грунта, тс/м³, определяется по формуле

где γ — объемный вес грунта, тс/м³.

Пример определения нормативной глубины промерзания грунтов на основе теплотехнического расчета

Площадка метеорологической станции в г. Ачинске Красноярского края. Грунт — суглинок мягкопластичный консистенции (I_L = 0,64); объемный вес грунта — γ = 1,8 тс/м³; объемный вес скелета грунта — γ_ск.м = 1,4 тс/м³; суммарная влажность — W_c = 0,25; влажность на границе текучести — W_L = 0,30 и на границе раскатывания — W_P = 0,16; число пластичности — I_P = 0,14.

В зоне сезонного промерзания рассматриваемый грунт при I_L>0,5 по п. 3.321 (4 прил. 6) относится к сильнопучинистому.

Нормативная глубина промерзания суглинистого грунта в г. Ачинске по формуле (3.31) (14) составляет . Фактическая глубина промерзания в этом районе по данным наблюдений за три года колеблется от 2,86 до 3,26 м. Как видим, для районов, где глубина промерзания более 2,5 м, получаемая по формуле (3.31) (14) нормативная глубина промерзания грунта оказывается намного меньше фактической.

Согласно указаниям п. 3.138 (3.31) для таких районов нормативную глубину промерзания грунтов допускается определять теплотехническим расчетом. Воспользуемся соответствующими формулами, приведенными в п. 3.143.

Числовые значения величин, входящих в формулы (3.32) и (3.33), следующие:

γ = 1,8 тс/м3; γ_ск.м = 1,4 тс/ м3; W_c = 0,25; W_L = 0,30; W_P = 0,16; I_P = 0,14; I_L = 0,64; W_н = 0,08; t₂ = 13,2°C; t_н.з = 0,2°C; τ₂ = 6×30×24 = 4320 ч; λ_м = 1,3 ккал/(м·ч·град); C_м = 490 ккал/(м³·град).

По формуле (3.32) получаем

При тех же самых грунтовых характеристиках по формуле (3.32) получим для Абакана H^н = 2,80 м.

В табл. 3.18 приведено сравнение значений нормативной глубины промерзания суглинистого грунта, полученных по формулам (3.31) (14) и (3.32), с результатами наблюдений по мерзлотомеру Ратомского за три года.

Таблица 3.18

Приведенные результаты сопоставления свидетельствуют о том, что нормативная глубина промерзания по теплотехническому расчету получается довольно близкой к значениям фактического промерзания, а по формуле (3.31) (14) — нормативная глубина промерзания на один метр меньше фактической, что не дает основания для применения этой формулы в условиях, где глубина промерзания более 2,5 м.

3.144(3.32). Расчетная глубина сезонного промерзания грунта Н у фундаментов определяется по формуле:

где H^н — нормативная глубина промерзания, определяемая по п. 3.31 (п. 3.138 Рук.);

m_t
— коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания (сооружения) на глубину промерзания грунта у фундаментов стен и колонн, принимаемый по указаниям пп. 3.33 и 3.39 настоящей главы (пп. 3.145 и 3.155 Рук.).

Определение расчетной глубины промерзания грунтов по формуле (3.35) (15) распространяется только на здания и сооружения массового жилищно-гражданского и промышленного строительства. Формула не распространяется на определение расчетной глубины промерзания грунтов в основании открытых распределительных устройств электроподстанций, отдельных опор линий электропередачи и контактных сетей, а также зданий и сооружений, оказывающих большое тепловое влияние на температурный режим грунтов в основании фундаментов, как, например, горячих цехов, котельных, теплиц, холодильников и др.

3.145(3.33). Коэффициент m_t, учитывающий влияние теплового режима здания (сооружения) на промерзание грунта у фундаментов наружных стен и колонн регулярно отапливаемых зданий и сооружений, должен приниматься по табл. 3.19 (14).

3.146. При выборе по табл. 3.19 (14) коэффициента m_t, зависящего от температуры воздуха в помещении, следует принимать во внимание, что температура в подвале и технических подпольях может быть ниже температуры помещений первого этажа и отличаться в отдельных частях подвала.

Значения температур в помещениях принимаются согласно требованиям глав СНиП или других утвержденных нормативных документов по проектированию соответствующих зданий и сооружений.

Значениями коэффициента m_t по табл. 3.19 (14) допускается пользоваться и для зданий с нерегулярным отоплением, например промышленных, с односменной работой. В этом случае за расчетную температуру воздуха для определения коэффициента m_t принимается ее среднесуточное значение t_ср, находимое по формуле:

где t₁ и t₂ — средняя расчетная температура воздуха в здании в отапливаемые и неотапливаемые периоды суток;

n₁ и n₁ — число часов в сутки, соответствующее температурам воздуха t₁ и t₂.

В случае если температура воздуха в помещении, примыкающем к фундаментам, ниже 5°С, то допускается коэффициент m_t принимать равным: для t⁰ = 0°С-0,9; 1; 1 и 0,8; для t⁰ = -5°С-1; 1; 1 и 0,9, где значения m_t для каждой температуры приведены в порядке их расположения по вертикали в табл. 3.19(14).

Таблица 3.19(14)

3.147(3.34). Расчетная глубина промерзания грунта в случае применения теплозащиты основания, а также, если технологический режим в проектируемых зданиях и сооружениях может сильно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т. п.), должна определяться теплотехническим расчетом.

3.148(3.35). Глубина заложения фундаментов (от поверхности планировки) отапливаемых зданий и сооружений по условиям недопущения возникновения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов должна назначаться:

для наружных стен и колонн — по условиям, изложенным в табл. 3.20(15) и п. 3.36 настоящей главы (п. 3.150 Рук.);

для внутренних стен и колонн — по указаниям п. 3.37 настоящей главы (п. 3.152 Рук.).

В обоих случаях глубина заложения фундаментов должна отвечать требованиям п. 3.38 настоящей главы (п. 3.153 Рук.) с исчислением ее и расчетной глубины промерзания от пола подвала или технического подполья. Глубина заложения фундаментов неотапливаемых зданий устанавливается по требованиям п. 3.39 настоящей главы (п. 3.155 Рук.).

3.149. При назначении глубины заложения фундаментов по условиям морозного пучения грунтов следует учитывать большое влияние на интенсивность этого процесса дисперсности грунта и близости расположения к нему уровня грунтовых вод.

Так, например, глубина заложения фундаментов в суглинках и глинах зависит от положения уровня грунтовых вод, а для песков крупных и средних морозное пучение не может возникнуть при любом уровне грунтовых вод и поэтому глубина заложения фундаментов не зависит от него.

Уровень грунтовых вод должен приниматься с учетом его прогнозирования на период эксплуатации здания или сооружения по указаниям пп. 3.108 — 3.114 (3.18 — 3.21) и влияния на него водопонижающих мероприятий, если они предусматриваются проектом.

При использовании прим. 3 к табл. 3.20 (15) следует учесть, что когда по условиям морозного пучения глубина заложения фундаментов должна быть не менее расчетной глубины промерзания грунтов Н (или 0,5 Н), то величину и необходимость превышения этой глубины устанавливают исходя из всех других условий, которые необходимо учитывать при назначении глубины заложения фундаментов, в том числе условию удовлетворения размеров этой глубины расчету по предельным состояниям.

3.150 (3.36). Глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений допускается назначать вне зависимости от расчетной глубины промерзания Н, кроме случаев, указанных в табл. 3.20 (15), а также, когда под подошвой фундаментов залегают грунты:

а) пески мелкие — если специальными исследованиями при изысканиях было установлено, что эти пески на застраиваемой площадке при их промерзании в водонасыщенном состоянии не вызывают сил морозного пучения;

б) суглинки и глины при консистенции I_L≤0,5 и крунообломочные грунты с глинистым заполнителем той же консистенции — если расчетная глубина промерзания Н ≤ 2,5 м и будут приняты меры, не допускающие увлажнения грунтов, а также их промерзания под подошвой фундаментов как в период строительства, так и эксплуатации;

в) все остальные грунты, при которых по табл. 3.20 (15) требуется заложение фундаментов на глубине не менее расчетной глубины промерзания, — если на основе специальных исследований и расчетов будет установлено, что деформации пучения при замерзании и последующем оттаивании грунтов не смогут привести к нарушению эксплуатационной пригодности здания или сооружения как в процессе его строительства, так и последующей эксплуатации.

Глубина заложения фундаментов при грунтах, указанных в подпунктах: «а» — не ограничивается; «б» — должна приниматься не менее половины расчетной глубины промерзания; «в» — устанавливается расчетом.

Таблица 3.20(15)

3.151. Назначение глубины заложения фундаментов меньше расчетной глубины промерзания в случаях, приведенных в п. 3.150 (3.36), должно быть обосновано данными специальных исследований и расчетов по устойчивости фундаментов на действие деформаций и сил морозного пучения грунтов [пп. 3.318-3.331 (1-10 прил. 6)], а для случая, указанного в п. 3.150 «б» (3.36 «б»), также и технико-экономическими расчетами.

Согласно классификации грунтов по степени морозной пучинистости, приведенной в п. 3.321 (4 прил. 6), пески мелкие в вoдонасыщенном состоянии относятся к слабопучинистым разновидностям, а поэтому для решения вопроса о допущении заложения подошвы фундамента в промерзающем песчаном слое необходимо определить значения сил морозного пучения грунта экспериментальным путем.

Глубину заложения фундаментов по условиям морозного, пучения можно существенно уменьшить за счет применения: теплозащиты грунта, например керамзитом, пенопластом и пр.; водозащитных мероприятий, уменьшающих степень пучинистости грунта; замены пучинистого грунта на непучинистый под подошвой фундаментов и по боковой поверхности; обмазки боковой поверхности фундаментов, уменьшающей смерзание с ней грунта; засоления грунтов и других мероприятий.

Целесообразность применения тех или иных мероприятий в целях уменьшения глубины заложения фундаментов должна быть экспериментально проверена и технико-экономически обоснована. Эффективность действия мероприятий должна обеспечиваться в течение всего срока эксплуатации проектируемого объекта.

Глубина заложения фундаментов по условиям морозного пучения может быть уменьшена и в случае применения конструктивных мероприятий, обеспечивающих восприятие неравномерных деформаций оснований при замерзании и оттаивании пучинистого грунта без нарушения прочности верхних конструкций и ухудшения эксплуатации здания или сооружения.

3.152 (3.37). Глубина заложения фундаментов внутренних стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений, считая от поверхности планировки, должна назначаться независимо от расчетной глубины промерзания грунтов, при условии, если грунты основания, перечисленные в поз. 2-4 табл. 3.20 (15), в период строительства будут защищены от увлажнения и промерзания.

3.153 (3.38). Глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений при наличии грунтов, приведенных в поз. 2-4 табл. 3.20 (15), должна приниматься:

при холодных подвалах и технических подпольях (имеющих отрицательную температуру в зимний период времени) — не менее 0,5 Н (половины расчетной глубины промерзания), считая ее от пола подвала или технического подполья;

при теплых подвалах и технических подпольях — вне зависимости от расчетной глубины промерзания грунта Я при условии его защиты в период строительства от увлажнения и промерзания.

3.154. Глубина заложения фундаментов, назначенная по требованиям табл. 3.20 (15) и пп. 3.150-3.152 (3.36 и 3.37) с исчислением ее от поверхности планировки, должна удовлетворять также и требованиям п. 3.153(3.38) с исчислением ее от пола как холодных, так и теплых подвалов или технических подполий.

Способы предохранения пучинистых грунтов от промерзания в период строительства зависят от конструктивных особенностей здания, степени его завершения строительством и наличия на месте материалов и средств теплозащиты.

Могут быть рекомендованы для теплозащиты опилки, шлаки или другие промышленные отходы, пригодные для теплоизоляции, а при временной консервации строек в зимний период — отложения снега. В зданиях, не сданных в эксплуатацию, рекомендуется для предохранения от промерзания пучинистого грунта предусмотреть временное отопление помещений, примыкающих к фундаментам.

В целях предохранения пучинистых грунтов в период строительства от избыточного увлажнения следует в проекте предусматривать применение до возведения фундаментов необходимых мелиоративных мероприятий: ограждение котлованов нагорными канавами, планировку территорий со стоком воды по канавам или лоткам.

При высоком уровне грунтовых вод — водопонижение, дренажные устройства и пр. Выбор мероприятий должен быть технико-экономически обоснован.

3.155(3.39). Глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн неотапливаемых зданий и сооружений должна назначаться для грунтов, предусмотренных в поз. 2-4 табл. 3.20 (15), не менее расчетной глубины промерзания, считая ее от пола подвала или технического подполья, а при отсутствии подвала или технического подполья — от поверхности планировки.

Указанные требования относятся к высокому уровню грунтовых вод [левая колонка табл. 3.20 (15)]. Если H_в>Н+2 м, то для грунтов, указанных в пп. 2 и 3, а табл. 3.20 (15), глубина заложения принимается независимо от глубины промерзания, а для грунтов, указанных в п. 4, б, — не менее 0,5 Н.

Расчетная глубина промерзания грунта Н для неотапливаемых зданий и сооружений принимается с коэффициентом m_t = 1,1, кроме районов, где среднегодовая температура воздуха (по данным главы СНиП по строительной климатологии и геофизике) отрицательная; в этих районах расчетная глубина промерзания грунта для неотапливаемых зданий и сооружений должна определяться теплотехническим расчетом применительно к требованиям главы СНиП по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах.

3.156. При назначении глубины заложения фундаментов неотапливаемых зданий и сооружений на пучинистых грунтах следует учесть, что она должна быть больше расчетной глубины промерзания, поскольку условия оттаивания грунтов в летний период под этими зданиями и сооружениями менее благоприятны, чем на открытой местности.

В случае если подвал или техподполье неотапливаемого здания или сооружения является закрытым (непродуваемым), то глубину заложения фундаментов от пола подвала или техподполья допускается принимать для пучинистых грунтов не менее половины расчетной глубины промерзания.

3.157(3.40). В проекте оснований и фундаментов должно быть указано, что для предотвращения в процессе строительства в зимний период возможности морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов следует защищать основание от увлажнения поверхностными водами, своевременно производить засыпку грунтом пазух котлованов, утеплять, если необходимо, фундаменты теплоизоляционными материалами или грунтом, вводить в грунт основания специальные добавки, понижающие температуру замерзания грунта, и пр.

Для защиты грунтов основания от увлажнения застраиваемая площадка под каждое здание и сооружение должна быть до устройства фундаментов ограждена нагорными канавами, тщательно спланирована, с устройством поверхностных канав и лотков, а при необходимости и дренажей.

Способ защиты грунтов основания от промерзания принимается в зависимости от вида грунтов, консистенции глинистых грунтов, конструктивных особенностей подземной части здания или сооружения и от местных условий строительства (климатических, времени года, производственных и пр.).

3.158. При разработке мероприятий по защите пучинистых грунтов основания от промерзания в период строительства следует учитывать, что их промерзание на каждые 10 см под подошвой фундамента может вызвать согласно п. 3.329 (10 прил. 6) нормальное к подошве давление морозного пучения величиной порядка 0,6 — 1 кгс/см² (меньшее от промерзания слабопучинистого грунта и большее — сильнопучинистого).

При этом вследствие неоднородности грунта и различия в пределах площади здания условий увлажнения и охлаждения грунта подъем отдельных фундаментов, вызванный морозным пучением, и их последующая осадка после оттаивания могут быть очень неравномерны.

Укладка фундаментов на промороженный грунт (без его отогрева) допускается только на основе результатов специальных исследований на данной площадке, позволивших установить возможную деформацию пучения грунта при его промерзании и величину осадки после оттаивания.

3.159(3.41). Виды грунта для засыпки пазух котлованов, метод и степень уплотнения засыпки и сроки ее выполнения должны назначаться из условия, чтобы в процессе строительства и эксплуатации касательные силы морозного пучения не превышали сумму сил, удерживающих фундамент от выпучивания, определяемых согласно указаниям п. 3.82 настоящей главы (п. 3.317 Рук.).

В необходимых случаях должны предусматриваться мероприятия, уменьшающие касательные силы пучения (обмазка фундаментов специальными составами, засоление грунтов засыпки веществами, не вызывающими коррозии бетона и арматуры и пр.).

3.160. Для того чтобы не повышать степень пучинистости грунта и не допускать его промерзания, рекомендуется в проекте производства работ по нулевому циклу предусматривать возможно меньшие размеры котлованов, скорейшее выполнение работ по засыпке пазух фундаментов и устройству планировочной отмостки.

При выполнении работ по нулевому циклу в зимний период должны быть предусмотрены защитные мероприятия согласно указаниям пп. 3.153-3.158 (3.38 — 3.40) и требованиям главы СНиП III-9-74 по производству работ.

При строительстве на пучинистых грунтах следует проверять устойчивость фундаментов при воздействии на них касательных и нормальных сил морозного выпучивания.

При расчете фундаментов на действие сил морозного пучения следует учитывать, что деформации конструкций от морозного пучения грунта особенно неблагоприятны вследствие их знакопеременности и ежегодного повторения.

При назначении глубины заложения фундаментов по условиям морозного пучения и мероприятий по уменьшению сил морозного пучения допускается использование данных «Рекомендаций по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах» (НИИ оснований. М., Стройиздат, 1972), а также монографии М. Ф. Киселева «Мероприятия против деформаций зданий и сооружений от действия сил морозного выпучивания фундаментов» (М., Стройиздат, 1971).

Прейти к содержанию

Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений

Перейти в раздел

Нормативные документы