10.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ

10.2.1. Общие положения

К набухающим относятся глинистые грунты, которые, находясь в напряженном состоянии от действия нагрузки или от собственного веса, способны при замачивании водой или растворами увеличиваться в объеме, при этом величина относительно набухания в случае свободного набухания образца без приложения внешней нагрузки ε⁰_sω ≥ 0,04 [7].

Набухающие грунты характеризуются большим содержанием глинистых частиц и высокими значениями влажности на границе текучести и числа пластичности; при этом природная влажность их менее влажности на границе раскатывания. Для предварительной оценки набухающих грунтов используется показатель П = (e_L – е)/(1 + е), который для этих грунтов составляет более 0,3.

Набухающие грунты классифицируются следующим образом: слабонабухающие 0,04 ≤ ε⁰_sω ≤ 0,08; средненабухающие 0,08 < ε⁰_sω ≤ 0,12; сильнонабухающие ε⁰_sω > 0,12.

При уменьшении влажности набухающих грунтов возникают деформации усадки, имеющие объемный характер. Увеличение влажности набухающих грунтов в основании фундаментов приводит к подъему последних, а уменьшение — к их осадке, что должно учитываться при проектировании, сооружений. Кроме того, возможны горизонтальные деформации грунта, вызывающие возникновение горизонтального давления набухания, которое следует учитывать при проектировании заглубленных частей или всего сооружения.

Причинами набухания грунта в основании являются: увлажнение грунта подземными и производственными водами; повышение влажности за счет подъема уровня грунтовых вод; накопление влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушений природных условий испарения при застройке (экранирование массива грунта сооружениями); изменение водно-теплового режима под действием сезонных климатических факторов.

Усадка грунта вызывается в основном уменьшением влажности под действием температуры от технологических установок или климатических факторов.

10.2.2.Исходные данные для проектирования

Проектирование оснований на набухающих грунтах производится на основе инженерно-геологических изысканий, которые должны отражать:

• – характер напластования и толщину слоя набухающих грунтов;
• – расчетные характеристики набухания и усадки, полученные по данным лабораторных испытаний и полевых работ на площадке, включая данные испытания свай;
• – гидрогеологические условия площадки с учетом возможных изменений в процессе эксплуатации сооружения.

Расчетными характеристиками набухания и усадки грунта являются [2, 4] следующие.

1. Относительное набухание, определяемое по формуле

(10.57)

где h_sat — высота образца после его набухания (в случаях невозможности бокового расширения) за счет замачивания грунта до полного водонасыщения; h_n — исходная высота образца до его замачивания.

Набухание может быть свободным, когда замачивание грунта производится без приложения внешней нагрузки, ε⁰_sω и под нагрузкой ε_sω. Относительное набухание грунта под нагрузкой определяется на образцах, вырезаемых из одного монолита, при ступенях нагрузки 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом в 0,1—0,2 МПа до необходимых пределов. Кроме того, испытывается образец под давлением, вызванным весом штампа и измерительного оборудования. На каждой ступени нагрузки испытывается не менее четырех образцов. Результаты испытаний обрабатывают методом наименьших квадратов и строят осредненную зависимость ε_sω = f(p) (рис. 10.7, а). При определении этой зависимости по данным испытаний штампами в полевых условиях допускается использование единичных значений относительного набухания, полученных при различных давлениях,

2. Давление набухания psω, возникающее при замачивании грунта и характеризуемое давлением, передаваемым на образец в условиях, исключающих возможность бокового расширения, когда деформации набухания равны нулю. Давление набухания принимается на основе кривой ε_sω = f(р) и соответствует точке пересечения этой кривой с осью давления (см. рис. 10.7, а).

3. Влажность набухания, за которую принимается влажность грунта после завершения его набухания в условиях, исключающих возможность бокового расширения, при отсутствии нагрузки ε⁰_sω или при обжатии заданным давлением ε⁰_sω.

4. Усадка грунта, определяемая по высоте, диаметру и объему по формулам:

(10.58)

(10.59)

(10.60)

где h_n, d_n, V_n и h_d, d_d, V_d — начальные и конечные значения высоты, диаметра и объема образца грунта.

Влажность на пределе усадки грунта соответствует влажности грунта в точке перегиба кривой графика зависимости изменения объема образца грунта от влажности при высыхании грунта (рис. 10.7, б).

5. Горизонтальное давление набухания [6] характеризуется максимальным p^g_sω.max и установившимся p^g_sω значением (рис. 10.7, в). Расчетное значение p^g_sω.r определяется по формуле

(10.61)

где γ´_c — коэффициент условий работы, равный 0,85; k_h — коэффициент, зависящий от интенсивности набухания:

Интенсивность набухания

(10.62)

где ε_sω.max — относительное набухание грунта, соответствующее максимальному значению горизонтального давления, %; t — период достижения максимального значения горизонтального давления, сут.

Прибор, рекомендуемый для определения горизонтального давления, показан на рис. 10.8.

Расчетной характеристикой основания является зона набухания глубиной Н_sω, нижняя граница которой принимается:

• а) при инфильтрации атмосферных и производственных вод — на глубине, где суммарное давление на слой грунта σ_z.tot равно давлению набухания грунта р_sω;
• б) при наличии подземных вод — на 3 м выше установившегося уровня подземных вод, но не ниже установленного по п. «а»;
• в) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима — на глубине, установленной по экспериментальным данным для данного климатического района; при отсутствии таких данных — на глубине 5 м от уровня планировки.