10.2.3 Проектирование оснований и фундаментов (ч. 2)

Пример 10.6. Рассчитать подъем поверхности при сезонных изменениях влажности набухающего грунта. Амплитуда сезонных перемещений поверхности набухающего грунта вследствие сезонного изменения его влажности с ω_max до ω_min может определяться по формуле (10.63), в которой относительное набухание принимается по формуле

ε_sω = 2Δω_s/(1 + e₀).

где Δω_s — средние значения изменения влажности, вычисляемые по Δω = ω_max – ω_min двух соседних слоев.

Средние значения изменения влажности до глубины Н = 3 м от периода максимального увлажнения ω_max до периода подсыхания ω_min приведены для шести слоев грунта в табл. 10.12.

ТАБЛИЦА 10.12. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Δω

Решение. Поскольку σ_z.tot < 0,05 МПа, то k_sω = 0,8 для всех слоев. Толщина слоев h_i = 0,5 м. Коэффициент пористости e₀ = 0,83. Тогда

2/1,83 · 0,8 · 50(0,116 + 0,051 + 0,055 – 0,0105 – 0,011) = 3,4 см.

Усадка основания в результате высыхания набухшего грунта определяется по формуле

(10.69)

где ε_sh — относительная линейная усадка i-го слоя 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; k_sh — коэффициент, принимаемый равным 1,3; n — число слоев, на которые разделена зона усадки грунта.

Нижняя граница зоны, усадки H_sh 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_sh определяется опытным путем или соответствующим расчетом.

Допускается принимать ε_sh, определяемое без нагрузки, при этом k_sh = 1,2.

Пример 10.7. Рассчитать осадку фундамента за счет усадки грунта под действием климатических факторов. Фундамент имеет размер 1×1 м и глубину заложения 2 м. Давление по подошве фундамента р = 0,2 МПа. Основанием служат глины, залегающие слоем толщиной 8 м от поверхности, Плотность грунта равна 2 т/м³. Нижняя граница зоны усадки расположена на глубине 5 м.

Решение. Разбиваем массив грунта ниже подошвы фундамента на три слоя толщиной 1 м. В середине первого слоя давление от фундамента σ_z.pi = p_α = 2 · 0,07 = 0,14 МПа.

Давление от собственного веса грунта составляет 0,01 МПа. Общее давление в середине первого слоя равно 0,15 МПа, во втором слое — 0,066 МПа, а в третьем — 0,064 МПа. Относительная усадка при этих давлениях соответственно 0,04; 0,02; 0,015. Тогда s_sh = 100 · 1,3(0,04 + 0,02 + 0,015) = 9,8 см.

Если определенная расчетом деформация основания окажется больше допустимой для проектируемых зданий и сооружений, то должны предусматриваться мероприятия:

• – уменьшающие возможную величину деформаций основания;
• – водозащитные, предохраняющие грунты основания от замачивания или ограничивающие степень замачивания;
• – конструктивные, приспосабливающие здания или сооружения к восприятию деформаций.

Предельные максимальные и средние подъемы фундаментов, вызываемые набуханием грунта, принимаются равными 0,25 предельных максимальных и средних осадок для данного сооружения. Расчет оснований на набухающих грунтах по деформациям при усадке производится исходя из условия

(10.70)

где s — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом как для обычных набухающих грунтов в соответствии с их деформационными характеристиками, полученными при природной влажности; s_sh — деформация основания, вызванная усадкой грунта; s_u — предельно допустимая совместная деформация основания и сооружения.

К мероприятиям, направленным на снижение или полное исключение возможных деформаций, вызываемых набуханием (усадкой) грунта, относится:

• – 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.

При предварительном замачивании скважины располагают в шахматном порядке, а их глубину принимают на 0,5 м меньше расчетной глубины замачивания. Поверхностные марки устанавливают в плане на расстоянии 5 м одна от другой и нивелируют в процессе замачивания через 7—10 дней. После замачивания верхний слой грунта снимают и устраивают грунтовую подушку толщиной 0,3—1 м. Расчет оснований из набухающих грунтов производится в этом случае по характеристикам замоченного грунта.

ТАБЛИЦА 10.13. РАЗМЕРЫ ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКИ

Компенсирующие подушки (табл. 10.13) устраивают на кровле или в пределах слоя набухающего грунта (рис. 10.10) только при ленточных фундаментах шириной не более 1,5 м, давление по подошве которых составляет не менее 0,1 МПа. Подушки устраивают из любых, кроме пылеватых, песков плотностью в сухом состоянии не менее 1,55 т/м³.

При небольших вертикальных нагрузках целесообразно применять фундаменты на естественном основании с анкерами, заглубленными в набухающие грунты или полностью их прорезающими. Свайные фундаменты применяются из забивных или набивных свай. Наиболее рациональным является устройство свай с уширением в пределах слоя набухающих грунтов. Высота подъема забивных свай при забивке их в лидирующие скважины, набивных свай и свай-оболочек определяется по формуле

(10.71)

где h´_sω — подъем поверхности набухающего грунта, м; h´´_sω — подъем слоев грунта на уровне заложения нижнего конца сваи (при прорезке набухающего слоя грунта h´´_sω = 0), м; Ω и ω — коэффициенты, первый из которых зависит от показателя α, принимаемого равным 0,31 м^–1 для сарматских глин, 0,36 м^–1 для аральских и 0,42 м^–1 для хвалынских (табл. 10.14); u — периметр сваи, м; N — расчетная нагрузка на сваю, определенная с учетом коэффициента перегрузки γ = 1 кН.

ТАБЛИЦА 10.14. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ Ω И ω