Проектирование фундаментов в слабых водонасыщенных глинистых грунтах

Чаще всего  в слабых водонасыщенных глинистых грунтах применяют сборные железобетонные и набивные бетонные сваи. В таких грунтах удовлетворительно работают деревянные сваи. В последнее время используют трубчатые и цилиндрические полые сваи. Трубчатые сваи имеют длину 18...24 м при длине одного звена 6...8 м и диаметром 40... 160 см. Звенья стыкуются с помощью сварки или болтовыми соединениями. Сварной стык бетонируется и обмазывается битумом.

Цилиндрические  полые сваи применяют диаметром  более 160 см, их условно называют колодцем-оболочкой. В современной практике используют колодцы-оболочки диаметром 5...6 м и глубиной до 20 м. Такие колодцы-оболочки опускаются в слабые водонасыщенные глинистые грунты вибропогружением.

Сейсмическое воздействие на водонасыщенные глинистые грунты изучено еще недостаточно. Установлено, что при прохождении через грунтовый водонасыщенный массив сейсмических волн создастся поровое давление и значения угла внутреннего трения и удельного сцепления уменьшаются. Изменяется уровень подземных вод в сторону увеличения.

При строительстве зданий и сооружений в сейсмических районах со слабыми водонасышенными грунтами основное внимание следует уделять применению конструктивных мероприятий, повышающих жесткость зданий и сооружений, а также устройству искусственных оснований.

При проектировании свайных фундаментов рекомендуется применять сваи-стойки из забивных или буронабивных армированных железобетонных свай с полной прорезкой слабых водонасыщенных глинистых грунтов и опиранием на нижележащие плотные грунты. Возможно также применение свай-стоек совместно с промежуточной песчаной или щебенистой подушкой.

В сейсмических районах можно применять песчаные подушки вместо висячих железобетонных свай, вертикальные песчаные Ярены, дренажные  прорези с пригрузочными насыпями, песчаные сваи, известковые сваи с последующим уплотнением грунтов тяжелыми трамбовками, химическое закрепление слабых грунтовых массивов. Весьма эффективными являются конструктивные мероприятия, так как они способствуют не только повышению сейсмостойкости зданий и сооружений, но и обеспечивают длительную эксплуатационную пригодность.

Конструктивные  мероприятия применяют в тех  случаях, когда существующие методы уплотнения и упрочения водонасыщенных глинистых грунтов не дают должного эффекта и расчетная осадка зданий и сооружений превышает предельную.

Чаще всего  конструктивные мероприятия используют для зданий и сооружений конечной жесткости, поскольку с помощью  специальных мероприятий жесткие  здания удается сделать более  жесткими, а гибкие — более податливыми  и гибкими. Жесткость зданий и сооружений может быть увеличена путем разрезки осадочными швами на отдельные блоки. Обычно осадочные швы устраивают в местах изменения этажности, резкого изменения действующих нагрузок, мощности слоев слабых водонасыщенных глинистых грунтов и т. д.

Расстояние  между осадочными швами принимают 45...60 м, для кирпичных одноэтажных  зданий эти расстояния соответственно равны 40...60 м и 35...50 м. Осадочные швы  назначаются так, чтобы разделенные блоки зданий и сооружений могли перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях.

В пределах каждого  блока жесткость может быть увеличена  путем устройства монолитных жестких  фундаментов. Возможен вариант сборно-монолитных фундаментов.

Рекомендуется на уровне надподвального перекрытия предусматривать монолитный железобетонный пояс, непрерывный по наружным и внутренним стенам.

Пространственная  жесткость зданий и сооружений может  быть увеличена путем устройства железобетонных или металлических  поясов и армированием швов кирпичной  кладки.

В жилых и общественных зданиях, где широко применяются конструкции из сборных железобетонных плит, между ними устраиваются прочные стыки. С этой целью по углам плит и по длине закладываются специальные металлические элементы, которые сваривают и стыки изолируют., Таким образом устраивается жесткая горизонтальная диафрагма.

Следует отметить, что указанные конструктивные мероприятия  являются необходимыми при возведении зданий и сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах в сейсмических районах.

И еще нужно обратить внимание на важное обстоятельство, связанное с обеспечением устойчивости долговечности зданий и сооружений на водонасыщенных глинистых грунтах. Речь идет о гидроизоляции подвалов и стен зданий от проникания в них поровой воды. По существующим нормам допустимая влажность для кирпичных стен составляет 3%. Фактически влажность кирпичных стен зданий на водонасыщенных грунтах повышается до 25%, поэтому назначение гидроизоляционных мероприятий является необходимым.

Гидроизоляция стен назначается в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки. Наиболее надежным способом гидроизоляции является обмазка и пропитка стен и конструкций специальным раствором. Окрасочная гидроизоляция осуществляется горячими резинобитумными, битумно-латексными и битумно-полимерными материалами.

Для сборных  и сборно-монолитных конструкций  зданий и сооружений применяется  цементная штукатурная гидроизоляция, которую наносят на поверхность  стен в несколько слоев с последующим  окрашиванием битумной мастикой. Защита кирпичных и бетонных конструкций производится с помощью штукатурной асфальтовой или горячей асфальтовой литой гидроизоляции.

Гидроизоляция подземных помещений осуществляется полимерными материалами, используются также эпоксидные и каменноугольные  смолы. В качестве рулонных гидроизоляционных материалов применяют пластмассовые полимерные пленки (полиэтиленовые, полихлорвиниловые и др.).

В слабых глинистых  грунтах гидроизоляция подземных  сооружений осуществляется с помощью  фильтрационных завес, устраиваемых путем нагнетания в грунт через инъекторы растворов битума, жидкого стекла и различных смол. В итоге образуется водонепроницаемая область, которая препятствует поступлению воды к подземным конструкциям.

 

3. Расчет оснований  зданий и сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах

Расчет оснований  зданий и сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах должен производиться по первой и второй группе предельных состояний.

При определении  расчетного сопротивления грунта коэффициент условий работы грунтового основания принимают по табл. 3.1.

Расчетное сопротивление R находят по формуле с использованием расчетных характеристик, определяемых, как правило, на основе полевых или лабораторных опытов. Для зданий и сооружений всех классов на заторфованных песчаных грунтах предварительные размеры фундаментов и окончательные для зданий и сооружений III класса допускается использовать условные расчетные сопротивления Ro (табл. 3.2).

Таблица 3.1. Значения коэффициента условий работы

При этом предполагаются основания, сложенные горизонтальными, выдержанными по толщине заторфованных песчаных грунтов (уклон не более 0,1), обладающих сжимаемостью без ее увеличения в пределах двойной ширины наибольшего фундамента.

Для определения  конечных осадок фундаментов на основаниях, сложенных биогенными грунтами и илами, используют расчетные схемы в виде линейно деформируемого полупространства или линейно деформируемого слоя.

Таблица 3.2. Значения условных расчетных сопротивлений Ro

Границу сжимаемой  зоны определяют на такой глубине, где дополнительные напряжения равны 3 кПа (0,03 кгс/см2).

Осадку грунтов  основания за счет разложения органических включений можно не учитывать, если уровень подземных вод не будет  понижаться в период эксплуатации зданий и сооружений.

Конечная осадка слоя 5 биогенного грунта или ила в стабилизированном состоянии, обусловленном намытым и отсыпанным слоем песка, определяется по формуле

где р — давление от песчаного грунта (насыпи) на поверхность  слабого водонасыщенного биогенного грунта или ила, кПа; h — толщина слоя биогенного грунта или ила, м; Е — модуль общей деформации биогенного грунта или ила при полной влагоемкости, кПа.

Если основание  состоит из нескольких горизонтальных слоев биогенных грунтов или  илов с различными модулями общей  деформации, стабилизированная осадка определяется как сумма осадок отдельных слоев. Если модуль деформации песчаного слоя при его намыве или отсыпке в 10 раз и более превышает модуль деформации биогенного грунта или ила, то конечная осадка и время консолидации определяются без учета осадки подстилающего слоя.

Осадка St за время t слоя биогенного грунта или ила, пригруженного намытым или отсыпанным слоем песчаного грунта, будет равна

где s — конечная стабилизированная осадка слоя водонасыщен-ного биогенного грунта или ила; Qv — степень консолидации грунта, которая определяется зависимостью

где uz/αt — определяется по табл. 3.3 как относительное среднее избыточное давление в поровой воде.

Факторы времени Tv и Tv находят по формулам:

где Су — коэффициент  консолидации биогенного грунта или ила при вертикальном дренировании, _м2/год; t` — время консолидации, определяемое заданием, год; t — время, определяемое окончанием приращения нагрузки от песчаной насыпи или намыва, год; Н — длина пути фильтрации (м) принимается при двустороннем дренаже равной половине толщины слоя биогенного грунта или ила, при одностороннем — полной толщине этого слоя грунта.

Если значения относительных средних избыточных давлений нельзя найти по табл. 7.3, то их можно определять по формулам, приведенным в Пособии к СНиП 2.02.01—83.

Таблица 3.3. Значения относительных средних избыточных давлений

 

Заключение

 

Методы строительства  зданий и сооружений на водонасыщенных слабых глинистых грунтах определяются рядом условий. Фундаменты должны иметь  такие размеры и закладываться на такую глубину, чтобы обеспечить развитие осадок, не превышающих предельных значений по условиям нормальной эксплуатации зданий и сооружений. При этом разность осадок в пределах здания или его части не должна также превышать предельных значений. Очень важно обеспечить приемлемую скорость протекания осадок, особенно при их значениях, близких к допустимым.

Далеко не всегда представляется возможным удовлетворить  эти условия.

В случае, когда  методы уплотнения и упрочнения не дают эффекта, а осадка превышает предельную, необходимы конструктивные мероприятия. К ним относятся: повышение жесткости зданий путем разрезки осадочными швами на отдельные блоки; повышение жесткости каждого блока устройством монолитных железобетонных или сборно-монолитных фундаментов; устройство железобетонных или металлических поясов или армированных швов; устройство жестких диафрагм, например, горизонтальных из плит; повышение гибкости и податливости гибких зданий и сооружений.

 

Список  использованной литературы

 

1. Основания и фундаменты: Справочник/Г. И. Швецов, И. В. Носков, А. Д. Слободян, Г. С. Госькова; Под ред. Г. И. Швецова. — М.: Высш. шк., 1991.    383 с: ил.
2. Абелев M. Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. М., 1983.
3. Ганачев И. А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. М.. 1981.
4. ГОСТ 25100 -82. Грунты. Классификация. М., 1982.
5. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., 1988.
6. Далматов В. И., Морарескул П. //., Науменко В. Г. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. М., 1986.
7. Далматов Б. Я. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., 1981.