10.1.4. Проектирование уплотненных оснований (ч. 4)

Уплотнение предварительным замачиванием обеспечивает устранение просадочных свойств грунтов только от их собственного веса и перевод грунтовых условий из II в I тип по просадочности. Поэтому такое уплотнение обычно комбинируется с доуплотнением просадочных грунтов в деформируемой зоне от нагрузки фундаментов путем уплотнения тяжелыми трамбовками, устройства грунтовой подушки, вытрамбовывания котлованов, подводными взрывами или устройством свайных фундаментов.

Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием целесообразно применять:

• – при залегании сверху супесей и легких суглинков, отсутствии водоупорных прослоек в пределах просадочной толщи, наличии ниже ее дренирующих слоев, обеспечивающих быстрый отток свободной воды;
• – на вновь застраиваемых площадках при отсутствии вблизи зданий и сооружений;
• – при строительстве сравнительно тяжелых зданий, когда грунт в пределах большей части деформируемой зоны доуплотняется от нагрузки фундаментов;
• – при просадках грунтов от их собственного веса более 30 см.

Предварительное замачивание просадочных грунтов производится в котлованах или траншеях глубиной 0,4—1 м. Вокруг котлованов выполняется обвалование с таким расчетом, чтобы обеспечить поддержание уровня воды в нем на высоту 0,3—0,4 м. Котлованы для удобства производства работ разбиваются на отдельные карты шириной 40—50 и длиной 50—100 м. Для обеспечения достаточно равномерного уплотнения грунтов в пределах расположения здания размеры котлованов по ширине принимаются на 0,3 H_sl, а по длине на 0,5 H_sl больше фундамента здания в каждую сторону.

При неизбежных просадках грунтов вокруг зданий вследствие подъема уровня грунтовых вод или орошения предварительное замачивание целесообразно осуществлять по всей застраиваемой площади, т.е. не только под зданиями, но и под дорогами, коммуникациями и т.п.

Для получения более равномерной просадки грунтов дно котлованов в пределах 10—15 м от края планируется с уклоном 0,02—0,03 к наружным сторонам котлована.

При залегании на поверхности дна котлована тяжелых суглинков или глин с целью сокращения сроков замачивания выполняются дренирующие скважины на глубину (0,5—0,7)H_sl диаметром не менее 15 см, засыпанные песком, гравием, мелким стойким шлаком и т.п. Расстояние между скважинами в пределах замачиваемого участка принимается равным 5—10 м, а в торцах — 2—4 м.

Замачивание осуществляется до полного промачивания всей толщи просадочных грунтов и достижения условий стабилизации просадки. За условную стабилизацию просадки грунта принимается просадка его менее 1 см в неделю, наблюдаемая в течение последних двух недель. Необходимое количество воды для замачивания грунта определяется по формуле

,

(10.52)

где ω_sat — влажность при полном водонасыщении грунта (S_r = 0,8); ω — природная влажность; γ_d — удельный вес сухого грунта; γ_ω — удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м³; V₁ — объем грунта в пределах замачиваемого котлована, равный площади котлована, умноженной на толщину промачиваемого слоя грунта; V₂ — суммарный объем грунта в пределах зон распространения воды в стороны от замачиваемого котлована.

Для наблюдения за просадкой грунтов на дне котлована и за его пределами на расстоянии не менее полуторной толщины просадочного слоя устанавливаются поверхностные марки по двум-трем поперечникам через каждые 3—8 м. В средней части котлована для наблюдения за послойной деформацией грунта устанавливается куст глубинных марок, которые закладываются через каждые 2—3 м по глубине в пределах всей просадочной толщи. В плане глубинные марки располагаются на расстоянии 0,5—1 м одна от другой.

В проекте привязки зданий и сооружений на основаниях, уплотненных предварительным замачиванием не до полной стабилизации просадок, должно быть предусмотрено превышение отметок заложения фундаментов против проектных, равное возможной экстраполируемой просадке грунта. Экстраполяция кривой просадки грунта от действия его собственного веса во времени производится с учетом следующих положений:

• – принимается условно, что полная стабилизация просадки грунта во времени наступает через 300 дней от начала просадки;
• – замачивание грунта производится при постоянном уровне воды в котловане и прекращается после наступления условной стабилизации просадки.

Кривая просадки грунта от действия его собственного веса во времени выражается уравнением гиперболы

(10.53)

где s_t — просадка в заданное время t; s_sl.g — просадка после ее полной стабилизации; t — период после начала просадки, при котором определяется экстраполированная просадка, сут; t₀ — параметр, сут.

Величина просадки s_sl.s при достижении полной стабилизации определяется по данным просадки грунта s_sl1 и s_sl2 из выражения

(10.54)

где t₀ = 300;

;

(10.55)

(10.56)

Пример 10.3. Рассчитать основной тип фундамента в вытрамбованном котловане с уширенным основанием для девятиэтажного крупнопанельного жилого дома на просадочных грунтах с I типом грунтовых условий. Исходные данные: вертикальная нагрузка на фундамент 1100 кН, горизонтальная 60 кН; физико-механические характеристики грунтов на глубину до 6 м: γ_d = 14,5 кН/м³; ω = 0,17; ω_L = 0,27; ω_p = 0,17; P_sl = 0,14 МПа; с_с = 0,045 МПа; φ_с = 26°; E_k = 3,5 МПа.

Решение. Принимаем фундамент шестигранной формы в плане, радиусом описанной окружности понизу 0,35 м, поверху 0,45 м и высотой без заострения 2,5 м, с объемом втрамбованного щебня V_f = 1,5 м³.

Определяем по формуле (10.43) радиус уширения r_f и площадь уширения A_f.

м;

A_f = πr²_f = 3,14 · 0,63² = 1,25 м².

По формуле (10.44) вычисляем радиус r и площадь А_с уплотненной зоны при ρ_d.c = 1,6 т/м³;

м;

A_c = πr²_c = 3,14 · 1,32² = 5,48 м².

Находим по формуле (10.45) несущую способность фундамента F´_u по уплотненному грунту при I_L = 0,4;

F´_u = 1[2120 · 1,25 + 2,5 ·2,4(12 · 1,5 + 0,025 · 350 · 0,5 · 0,8)] = 2940 кН.

Определяем по формуле (10.46) несущую способность фундамента F´´_u по грунту природного сложения:

F´´_u = 1[1,2 · 1,5 · 140 · 5,48 + 2,5 ·2,4(12 · 1,5 + 0,025 · 350 · 0,5 · 0,8)] = 1780 кН.

Расчетную вертикальную нагрузку на фундамент вычисляем по минимальному значению его несущей способности F´´_u;

N = 1780/1,4 = 1270 кН < 1100 кН.

Находим несущую способность уплотненного грунта вокруг фундамента на горизонтальную нагрузку по формуле (10.47) при р_h = 60 + 0,4 · 500 = 60 + 200 = 260 кН [см. формулу (10.42)]:

F_h = 0,8 · 260 · 0,7 · 2,5 = 352 кН > 60 кН.