ТехЛиб СПБ УВТ

Выдержка из Руководства по проектированию оснований зданий и сооружений, составленное 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.

Руководство предназначено для использования в проектных и изыскательских организациях, обслуживающих строительство промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений.

Раздел 5
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ

5.1 (5.1). Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом специфической способности таких грунтов при замачивании увеличиваться в объеме — набухать. При последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс — усадка.

Увеличение объема может происходить и у обычных глинистых грунтов, если они замачиваются химическими отходами технологических производств, вызывающими набухание грунта (например, растворами серной кислоты).

Примечание.

При проектировании оснований из шлаков следует учитывать, что при замачивании некоторые из них обладают способностью к набуханию (например, шлаки электроплавильных производств).

5.2. Шлаки определенного состава и состояния могут при взаимодействии с водой или другой жидкостью увеличиваться в объеме. Поэтому при использовании шлаков в качестве оснований возможно их набухание и появление деформаций в сооружениях. В связи с этим необходимо проводить исследования, направленные на изучение набухания шлаков.

Пригодность, например, электропечного шлака для использования в качестве оснований можно оценить по магнезиальному модулю

который должен быть не более 0,6.

5.3 (5.2). Величина набухания грунта основания зависит от действующего давления по подошве фундамента, вида и состояния грунта, толщины слоя набухающего грунта, площади замачивания, физических и химических свойств жидкости, замачивающей основание.

5.4. Давление, действующее на грунт, в значительной мере влияет на величину набухания: с его увеличением набухание уменьшается. Наиболее резкое уменьшение наблюдается при возрастании давления от 0 до 1-1,5 кгс/см². При большем давлении это уменьшение проявляется не столь резко. Состояние грунта — влажность и плотность — оказывает существенное влияние на величину набухания. С возрастанием начальной влажности уменьшается набухание, и при определенной начальной влажности, равной влажности набухания, деформаций разуплотнения не происходит. В противоположность этому с увеличением начальной плотности линейно возрастает набухание грунта. Существует так называемая начальная плотность грунта, при которой набухание отсутствует.

5.5 (5.3). Деформации оснований, сложенных набухающими грунтами, могут происходить по следующим причинам:

набухание за счет инфильтрации — увлажнения грунтов производственными, атмосферными водами или в результате подъема уровня грунтовых вод;

накопление влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне за счет нарушений природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории (экранирование поверхности);

набухание и усадка грунта в верхней части зоны аэрации — за счет изменения водно-теплового режима (сезонных климатических факторов), а также усадка за счет высыхания от воздействия тепловых источников.

Примечание.

При набухании грунта основания и его усадке возникают дополнительные горизонтальные давления, которые должны учитываться при проектировании заглубленных частей зданий и сооружений (фундаментов, стен подвалов и пр.).

5.6. Величина горизонтального давления определяется по формуле

где             m               —     коэффициент условий работы, равный 0,85;

                  k_н               —     коэффициент, зависящий от интенсивности набухания и принимаемый по табл. 5.1;

                  p^п_макс          —     максимальное горизонтальное давление, определяемое в лабораторных условиях.

Таблица 5.1

5.7 (5.4). Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчитываться по деформациям в соответствии с общими требованиями, изложенными в разд. 3 настоящей главы, а при необходимости — также по несущей способности.

Кроме того, должны определяться расчетом величины дополнительных деформаций основания в результате набухания или усадки грунта путем суммирования деформаций отдельных слоев основания исходя из величин относительного набухания δ_н или относительной усадки δ_у, определяемых, согласно указаниям прил. 3 (пп. 5.20-5.24 Рук.) от суммарных давлений, действующих в рассматриваемых слоях грунта: от собственного веса грунта, нагрузок, передаваемых от фундамента здания или сооружения, и дополнительного давления, вызванного влиянием неувлажненной части массива грунта.

5.8. При расчете оснований из набухающих грунтов должны применяться характеристики грунтов при их природной плотности и влажности.

При определении расчетного давления R на набухающие грунты основания рекомендуется учитывать допустимость его повышения в 1,2 раза согласно указаниям п. 3.196 (3.56), что будет способствовать уменьшению величины подъема фундамента при набухании грунта.

5.9 (5.5). Нормативные значения характеристик δ_н и δ_у определяются по результатам лабораторных испытаний с учетом указанных в п. 5.3 настоящей главы (п. 5.5 Рук.) причин возможного изменения влажности грунтов основания.

Расчетные значения характеристик δ_н и δ_у допускается принимать равными нормативным, полагая в формуле (3.12) (12) коэффициент безопасности по грунту k_г = 1.

5.10. Нормативные значения δ_н и δ_у могут быть получены по данным полевых испытаний.

Обработка результатов лабораторных испытаний грунтов производится путем вычисления методом наименьших квадратов зависимости δ_н = f(p) и δ_у = f(p). Минимальное число определений δ_н и δ_у в лабораторных условиях при заданном давлении должно быть не менее 4. При использовании результатов полевых исследований допускается определять величины δ_н и δ_у по единичным значениям.

Характеристики набухающих грунтов определяются в полевых или лабораторных условиях в зависимости от степени набухания грунта (табл. 5.2).

5.11(20 прил. 3). Подъем основания фундаментов S_н при набухании грунта, происходящем вследствие его замачивания, определяется по формуле

где             δ_нi              —     относительное набухание грунта i — ro слоя, определяемое по указаниям п. 21 (5.12 Рук.);

                  h_i               —     толщина рассматриваемого слоя грунта;

                  m               —     коэффициент условий работы, принимаемый равным: при суммарном давлении p_сум = 0,5 кгс/см²
m = 0,8; при p_сум = 3 кгс/см² m = 0,6; при промежуточных значениях p_сум — по интерполяции, причем величина суммарного давления p_сум определяется по указаниям п. 22 (5.14. Рук.);

                  n                —     число слоев, на которые разделена зона набухания грунта, нижняя граница которой определяется по указаниям п. 23 (п. 5.15 Рук.).

Определение т по интерполяции может выполняться по формуле

где             p₀ = 1 кгс/см².

Таблица 5.2

Примечание.

Знак «+» означает необходимость выполнения исследований.

5.12(21 прил. 3). Относительное набухание грунта определяется:

а) при инфильтрации влаги — по формуле

где             h                —     высота образца грунта природной влажности и плотности, обжатого без возможности бокового расширения суммарным давлением;

                  h’               —     высота того же образца после замачивания, обжатого в тех же условиях;

б) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима — по формуле

где             k                —     коэффициент, определяемый опытным путем, а при отсутствии экспериментальных данных — принимаемый равным 2;

                  W_к              —     конечная (равновесная) влажность грунта;

                  W₀              —     начальная влажность грунта;

                  e₀               —     начальное значение коэффициента пористости грунта.

5.13. Значение W_к слоя i при экранировании определяется по экспериментальной зависимости влажности набухания от нагрузки W_н = f(p) при величине давления, вычисляемой по формуле

где             γ_W              —     удельный вес воды, кгс/см,

                  z                 —     расстояние от поверхности до уровня грунтовых вод, см;

                  z_i                —     глубина залегания рассматриваемого i-го слоя, см;

                  p_сумi            —     суммарное давление в рассматриваемом i-м слое, кгс/см²;

                  γ_si                    —     удельный вес грунта i-го слоя, кгс/см³.

Методика определения зависимости W_н = f(p) аналогична методике определения δ_н = f(p).

Значение (W_к—W₀) при изменении водно-теплового режима определяется как разность между наибольшим (в период максимального увлажнения) и наименьшим (в период максимального подсыхания) значениями влажности грунта. Коэффициент пористости в этом случае принимается для влажности грунта, отвечающей периоду максимального подсыхания. Профиль влажности массива для случая максимального увлажнения и подсыхания определяется экспериментальным путем в полевых условиях.

Рис. 5.1. (рис. 5 прил. 3). Схема для расчета подъема оснований при набухании грунта

5.14(22 прил. 3). Суммарное давление p_сум в середине рассматриваемого слоя (рис. 5.1) (рис. 5) определяется по формуле

где             p_z               —     давление от нагрузки фундамента в середине рассматриваемого слоя, кгс/см²;

                  p_бz              —     давление от собственного веса толщи грунта от подошвы фундамента до середины рассматриваемого слоя, кгс/см²;

                  p_доп            —     дополнительное давление, кгс/см², вызываемое влиянием веса неувлажненной части массива, расположенной за пределами площади замачивания, и определяемое по формуле

где             m_н              —     коэффициент, принимаемый по табл. 5.3 (6 прил. 3) в зависимости от отношения длины L к ширине В замачиваемой площади и относительной глубины расположения рассматриваемого слоя;

                  γ                 —     объемный вес грунта, кгс/см³;

                  z                 —     расстояние от подошвы фундамента до середины рассматриваемого слоя, см;

                  h                —     глубина заложения подошвы фундамента от планировочной отметки, см.

Таблица 5.3 (6 прил. 3)

Коэффициент m_н

5.15(23 прил. 3). Нижняя граница зоны набухания H_н
(рис. 5.1) (рис. 5 прил. 3) принимается:

а) при инфильтрации влаги — на глубине, где суммарное давление равно давлению набухания грунта p_н;

б) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима — на глубине, определяемой опытным путем для каждого климатического района. При отсутствии опытных данных эта глубина принимается равной 5 м.

5.16. При наличии грунтовых вод нижняя граница зоны набухания принимается на 3 м выше начального уровня грунтовых вод, но не ниже установленного по указаниям, изложенным в подпункте «а» п. 5.15 (23 прил. 3).

Пример расчета подъема фундамента размером 1×1 м под центральную колонну каркасного здания размером в плане 12×24 м.

Давление по подошве квадратного фундамента равно 2 кгс/см², а глубина его заложения h = 1 м. Основанием фундаментов служат набухающие глины, залегающие слоем толщиной 15 м от поверхности и подстилаемые пылеватыми песками. Объемный вес глин равен 2 тс/м³, а давление набухания по лабораторным испытаниям p_н = 3,5 кгс/см².

В процессе эксплуатации возможно увлажнение грунта водой в пределах всего здания. При этом отношение сторон замачиваемой площади

Разбиваем основание ниже подошвы фундамента на 11 слоев грунта толщиной 1 м и определяем суммарное давление, действующее в середине каждого слоя при набухании грунта. Для первого слоя, примыкающего к подошве фундамента, вычислим значение коэффициента m_н. Середина этого слоя расположена на глубине z+h = 0,5+l = 1,5 м. Тогда при

значение m_н = 0.

Для этого слоя давление от фундамента равно

В табл. 5.4 приведены величины, используемые при определении реум, а также коэффициент условий работы от, находимый для каждого слоя грунта по указаниям п. 5.11 (20 прил. 3).

Таблица 5.4

На глубине 11,5 м от подошвы фундамента суммарное давление примерно равно давлению набухания грунта данного состояния. Поэтому толщину зоны набухания принимаем равной 12 м от подошвы фундамента.

Для определения зависимости δ_н = f(p) были испытаны в компрессионных приборах 6 образцов. Эти образцы замачивались под нагрузкой 0,07 (вес штампа прибора); 0,5; 1; 2; 3; 4 кгс/см².

Значения относительного набухания для характерных давлений приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Величину подъема фундамента определим по формуле (5.2):

где             0,01           —     коэффициент, учитывающий переход величин δ_н от процентов к доле единицы.

Пример расчета подъема ленточного фундамента под внутреннюю несущую стену здания при экранировании поверхности набухающего грунта.

Здание имеет размер в плане 12×24 м. Ширина подошвы ленточного фундамента 1,5 м, давление по подошве 1,5 кгс/см², глубина заложения h = 1,5 м.

Основанием служат хвалынские набухающие глины, залегающие слоем толщиной 4 м и подстилаемые пылеватыми песками. Покровные отложения представлены суглинками с объемным весом 1,6 гс/см³. Объемный вес хвалынских набухающих глин равен 1,8 гс/см³, удельный вес γ_s = 2,77 гс/см³, а коэффициент пористости 0,83. Уровень грунтовых вод находится на глубине z = 10 м от подошвы ленточного фундамента.

За счет экранирования поверхности увеличение влажности грунта возможно в пределах всего здания и тем самым отношение сторон зоны увеличения влажности , а значение коэффициента m_н в пределах зоны увеличения влажности (0≤z≤4 м) в соответствии с табл. 5.3 равно нулю, так как при z = 4 м

Разбиваем основание ниже подошвы фундамента на слои толщиной 0,5 м и определяем суммарные давления, действующие в середине каждого слоя при набухании грунта за счет экранирования поверхности.

Для определения значений равновесной влажности слоя W_к для заданных значений уровня грунтовых вод и суммарного давления необходимо располагать зависимостью W_н = f(p). Для хвалынских глин эта зависимость по экспериментальным данным аппроксимируется в виде:

при 0,34≤W<0,4;

при W<0,34.

Для удобства эти зависимости следует представить графически в координатах

Таблица 5.6

В табл. 5.6 приведены величины, используемые при определении S_н.

Величину подъема ленточного фундамента определяем по формуле (5.2), в которой значения δ_н принимаются по формуле (5.4). Тогда для приведенных в табл. 5.6 значений W_к, W₀, m, найденных для 8 слоев грунта общей мощностью Н = 4 м и при постоянных значениях коэффициента пористости e₀ = 0,83 и h_i = 0,50 м получим:

Пример расчета подъема поверхности при сезонных изменениях влажности набухающего грунта.

Амплитуда сезонных перемещений поверхности набухающего грунта S_н вследствие сезонного изменения его влажности с W_макс до W_мин может определяться по той же формуле (5.2), в которой за значения относительного набухания с использованием формулы (5.4) принимается

где             ΔW_ср          —     средние значения изменения влажности, вычисляемые по ΔW = W_макс—W_мин двух соседних слоев.

Таблица 5.7

Определим амплитуду перемещений поверхности при изменениях влажности до глубины Н = 3 м от периода максимального увлажнения с W_макс до периода подсыхания — W_мин, приведенных для 6 слоев грунта в табл. 5.7.

Поскольку p_сум<0,5 кгс/см², то m = 0,8 для всех слоев. Толщина слоев h_i = 0,5 м. Коэффициент пористости e₀ = 0,83. Тогда

5.17 (24 прил. 3). Величина усадки основания в результате высыхания набухшего грунта S_у определяется по формуле

где             δ_уi              —     относительная линейная усадка (i-го слоя, определяемая по указаниям п. 2.16 настоящей главы (п. 2.30 Рук.) при действии давления, равного сумме природного и дополнительного давлений от фундамента в середине рассматриваемого слоя при изменении влажности грунта в слое от наибольшего возможного значения до наименьшего;

                  h_i               —     толщина рассматриваемого слоя;

                  m_у              —     коэффициент условий работы грунта при усадке, принимаемый равным 1,3;

                  n                —     число слоев, на которое разделена зона усадки грунта. Нижняя граница зоны усадки Н_у определяется экспериментальным путем, а при отсутствии опытных данных принимается равной 5 м.

При высыхании грунта в результате теплового воздействия технологических установок нижняя граница зоны усадки Н_у определяется опытным путем или соответствующим расчетом.

Допускается принимать δ_уi, определяемое без нагрузки; при этом m_у = 1,2.

Пример расчета осадки фундамента за счет усадки грунта под действием климатических факторов

Фундамент имеет размеры 1×1 м и глубину заложения 2 м. Давление по подошве фундамента р = 2 кгс/см². Основанием служат глины, залегающие слоем толщиной 8 м от поверхности. Объемный вес грунта равен 2 тс/м³.

Нижняя граница зоны усадки расположена на глубине 5 м.

Разбиваем массив грунта ниже подошвы фундамента на три слоя толщиной 1 м. В середине первого слоя давление от фундамента составляет p₁ = pα = 2·0,7 = l,4 кгс/см².

Давление от собственного веса грунта составляет 0,1 кгс/см². Общее давление в середине первого слоя равно 1,5 кгс/см². Во втором слое общее давление равно 0,66 кгс/см², а в третьем — 0,64 кгс/см².

Величины относительной усадки при этих давлениях соответственно равны 0,04; 0,02; 0,15.

S_у = 100·1,3(0,04+0,02+0,015) = 9,8 см.

5.18(5.6). Если определенная расчетом величина деформации основания окажется больше допустимой для проектируемых зданий и сооружений, то должны предусматриваться:

мероприятия, уменьшающие возможную величину деформаций основания [пп. 3.84 и 5.7 настоящей главы (пп. 3.334 и 5.20 Рук.)];

водозащитные мероприятия, предохраняющие грунты основания от замачивания [п. 3.87 настоящей главы (п. 3.337 Рук.)] или ограничивающие степень замачивания;

конструктивные мероприятия по приспособлению здания или сооружения к восприятию деформаций [п. 3.88 настоящей главы (п.3.338 Рук.)].

Предельные значения деформаций, вызываемых набуханием (усадкой) грунтов, допускается принимать по табл. 3.37 (18) с учетом требований п. 3.69 настоящей главы (п. 3.279 Рук.).

5.19. При проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений, в том числе оснований под отдельные установки или оборудование, возводимых на набухающих грунтах, следует исходить из расчетной величины деформации (подъема), возможной при случайном, наиболее неблагоприятном замачивании грунта.

5.20(5.7). К мероприятиям, направленным на снижение или полное исключение возможных величин деформаций, вызванных набуханием (усадкой) грунта, относятся:

устранение свойств набухания грунта основания в пределах всей или части толщи путем предварительного замачивания;

применение компенсирующих песчаных подушек;

полная или частичная замена слоя набухающего грунта другим не набухающим грунтом;

прорезка фундаментами (полная или частичная) слоя набухающего грунта.

5.21. С целью устранения свойств набухания путем предварительного замачивания отрывается котлован (или траншея) на глубину 0,1-0,3 м выше проектной отметки заложения подошвы фундамента. В котловане пробуриваются скважины диаметром 100-250 мм, глубиной на 0,5 м меньше, чем требуемая по проекту толщина слоя, подвергаемого замачиванию. Скважины располагаются в шахматном порядке: расстояние между скважинами в ряду и между рядами принимается от 2 до 4 м. Скважины заполняются на всю высоту гравием, щебнем или песчано-гравийной смесью. В пределах котлована по двум взаимно перпендикулярным направлениям устраиваются поверхностные марки через 3-5 м одна от другой. До начала замачивания определяют влажность грунта по глубине через 0,5-0,7 м не менее, чем по шести образцам с каждой глубины.

В процессе замачивания через 7-10 дней производят нивелирование марок. Замачивание прекращается, когда величина подъема поверхности составит 0,8 расчетной.

5.22(5.8). Толщина слоя грунтов основания, подвергающегося предварительному замачиванию, толщина частично заменяемого слоя набухающего грунта или глубина частичной прорезки набухающего грунта назначаются в зависимости от требуемой величины снижения деформаций от набухания.

5.23. Величина подъема сооружений за счет набухания нижнего слоя набухающего грунта не должна превышать величин, указанных в табл. 3.37 (18), принимаемых не в полном их размере, а лишь долею, согласно указаниям п. 3.279(3.69).

5.24(5.9). При возведении фундаментов на предварительно замоченном основании из набухающих грунтов должно предусматриваться ей устройство подушек из песка, щебня или гравия либо упрочнение верхнего слоя грунта основания связующими материалами (например, известью).

5.25. При расчете оснований из набухающих грунтов после их предварительного замачивания используются характеристики грунта в замоченном состоянии.

5.26(5.10). Компенсирующие песчаные подушки устраиваются на кровле или в пределах слоя набухающих грунтов при давлении, передаваемом на основание, не менее 1 кгс/см².

Для устройства подушек применяются пески любой крупности, за исключением пылеватых, уплотняемые до объемного веса скелета не менее 1,55 тс/м³.

5.27. Компенсирующие песчаные подушки устраиваются только под ленточные фундаменты, когда их ширина ие превышает 1,2 м. Размеры подушки назначаются по табл. 5.8.

Таблица 5.8

5.28. Уменьшение величины подъема фундамента на естественном основании из набухающих грунтов может обеспечиваться путем анкеровки фундамента с помощью свай, частично или полностью прорезающих набухающий слой. При этом нагрузка, передаваемая сооружением, воспринимается фундаментом и сваями. В этом случае должна обеспечиваться совместная работа системы фундамент-свая, а предельные деформации (осадки, подъемы) этой конструкции не должны превышать значений, установленных требованиями пп. 3.265-3.279 (3.63-3.69).

5.29. Водозащитные мероприятия имеют целью предотвратить локальное замачивание грунтов основания атмосферными или производственными водами. С этой целью предусматривается планировка территории, обеспечивающая надежный сток атмосферных вод в открытую или закрытую ливнесточную канализацию. Отвод вод с кровли здания должен быть организованным. Необходимо предусматривать отмостки такой ширины, чтобы они перекрывали не менее чем на 0,4 м пазухи засыпанных котлованов. Отмостки должны иметь уклон не менее 3%. Вода с отмостки отводится в специальные кюветы и далее в ливнесточную сеть. Вводы и выпуски водонесущих трубопроводов (канализация, водопровод и т. д.) выполняются в виде железобетонных лотков, соединяемых со смотровыми и контрольными колодцами. Соединение стояков с водоводами внутри зданий осуществляется в специальных приямках. Внутренние трубопроводы должны быть доступны для осмотра. В сооружениях, несущих воду (градирни, отстойники и т. д.), целесообразно предусматривать пластовый дренаж с выпуском воды из него в ливневую канализацию.

5.30. К числу конструктивных мероприятий относится увеличение жесткости и прочности путем разбивки здания на отдельные отсеки осадочными швами. Отсек должен иметь правильную геометрическую форму в плане и одинаковую высоту. Увеличение прочности достигается введением железобетонных непрерывных поясов, устраиваемых по высоте в нескольких уровнях. Пояса располагаются на уровне перекрытий или на уровне верха проема. Пояса должны быть высотой не менее 15 см и перекрывать полностью наружные стены. Пояса армируются каркасами. Пояса предусматриваются при: а) частичной прорезке набухающих грунтов; б) частичной замене набухающего грунта ненабухающим; в) устройстве компенсирующих подушек; г) предварительном замачивании набухающих грунтов.

5.31(5.11). Замена набухающего грунта производится местным ненабухающим грунтом, уплотняемым до заданной плотности. Строительство зданий в этом случае должно выполняться как на обычных ненабухающих грунтах.

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

Прейти к содержанию

Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений

Перейти в раздел

Нормативные документы