Глава. 11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ НА СИЛЬНОСЖИМАЕМЫХ И НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ

11.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ НА СИЛЬНОСЖИМАЕМЫХ ГРУНТАХ

11.1.1. Общие положения

К сильносжимаемым грунтам относятся водонасыщенные супеси (е > 0,7), суглинки (е > 1,0), глины (е > 1,1), илы (морские и пресноводные), ленточные глины (тонкослоистые), водонасыщенные лёссовые грунты, заторфованные грунты, торфы (открытые и погребенные), сапропеля (органические илы), рыхлые пески, водонасыщенные пылеватые намывные грунты. Характерными признаками большинства этих грунтов являются: высокая степень влажности Sr ≥ 0,80 и большая сжимаемость E ≤ 5 МПа в интервале давлений, свойственных для фундаментов гражданских и промышленных зданий и сооружений. Кроме того, для них характерны медленное протекание осадок во времени, изменчивость и анизотропия прочностных, деформационных, фильтрационных и реологических характеристик.

ТАБЛИЦА 11.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАТОРФОВАННЫХ ГРУНТОВ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

Грунты Относительное содержание органического вещества Iот
Слабозаторфованный
Среднезаторфованный
Сильнозаторфованный
0,1 < Iот ≤ 0,25
0,25 < Iот ≤ 0,4
0,4 < Iот ≤ 0,6

Большинство перечисленных сильносжимаемых грунтов обладает значительной тиксотропностью, вызывающей временное разжижение их в период динамического воздействия. Заторфованные песчаные и глинистые грунты подразделяются по относительному содержанию органического вещества (степени заторфованности) Iот (табл. 11.1), а торфы — по степеням разложения Dpd (табл. 11.2) и зольности Dc (табл. 11.3).

При содержании органического вещества более 50 % грунты относятся к торфам.

ТАБЛИЦА 11.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРФОВ ПО СТЕПЕНИ РАЗЛОЖЕНИЯ

Торфы Степень разложения, %
Слаборазложившиеся
Среднеразложившиеся
Сильноразложившиеся
Dpd ≤ 20
20 ≤ Dpd ≤ 45
Dpd > 45

ТАБЛИЦА 11.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРФОВ ПО СТЕПЕНИ ЗОЛЬНОСТИ

Торфы Степень зольности, %
Нормальнозольные
Высокозольные
Dc < 20
Dc ≥ 20

ТАБЛИЦА 11.4. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ИЛОВ

Ил Коэффициент
пористости е
Модуль деформации
Е, МПа
Супесчаный 0,8
1,2
0,50
0,35
Суглинистый 0,9
1,6
0,19
0,12
Глинистый 1,2
2,0
0,16
0,08

ТАБЛИЦА 11.5. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОНКОСЛОИСТЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ГЛИН

Параметр Численное значение
Плотность частиц грунта ρs, гр/см3 2,5—2,6
Плотность грунта в сухом состоянии ρd, г/см3 1,7—1,8
Влажность ω 0,4—0,5
Коэффициент пористости е 1,0—1,5
Угол внутреннего трения φ, град 16—18
Удельное сцепление с, МПа 0,01—0,03
Модуль деформации Е, МПа 5—13

Для предварительных расчетов и оценки возможности использования сильносжимаемого грунта в качестве основания используются характеристики, приведенные в табл. 11.4—11.9.

11.1.2. Проектирование предпостроечного уплотнения оснований, сложенных водонасыщенными сильносжимаемыми грунтами

В большинстве, случаев такие грунты не могут использоваться в качестве основания без предварительного повышения их прочностных и деформационных свойств. Эффективным мероприятием является уплотнение их фильтрующей пригрузкой с применением в ряде случаев вертикальных песчаных или заводских дрен (бумажных, комбинированных и т.п.) (рис. 11.1). Предпостроечное уплотнение оснований особенно рационально при возведении сооружений, имеющих развитую площадь опирания на грунт (резервуары, сооружения на сплошной плите и т.п.), может быть рекомендовано в случаях, когда толщина слоев водонасыщенных сильносжимаемых грунтов превышает 3 м.

ТАБЛИЦА 11.6. ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ С ПРИМЕСЬЮ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ЗАТОРФОВАННЫХ ГРУНТОВ

Показатель текучести IL Характеристика грунтов Нормативные значения характеристик грунтов с Iот
0,05—0,1 0,1—0,25
при коэффициенте пористости е
0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25 1,35
0 < IL ≤ 0,25 E, МПа
φ, град
с, МПа
135
21
0,029
12
21
0,033
11
20
0,037
10
16
0,045
8,5
15
0,048
8

7

5,5

0,25 <  IL ≤ 0,5 E, МПа
φ, град
с, МПа
11
21
0,021
10
21
0,022
8,5
20
0,024
7,5
17
0,031
7
17
0,033
6
16
0,036
5,5
15
0,039
5
13
0,042
0,5 < IL ≤ 0,75 E, МПа
φ, град
с, МПа
8,5
21
0,018
7
21
0,019
6,5
21
0,019
5,5
18
0,021
5
18
0,023
5
17
0,024
4,5
16
0,026
4
15
0,028
0,75 < IL ≤ 1 E, МПа
φ, град
с, МПа
6

5

4,5

4,2
18
0,015
3
18
0,016
3
18
0,017
3
17
0,018


ТАБЛИЦА 11.7. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САПРОПЕЛЕЙ (ПО ДАННЫМ И.Е. ЕВГЕНЬЕВА, В.Е. СЕСЬКОВА, В.Н. ЯРОМКО)

Грунты Вид сапропелей Разновидность Содержание веществ, % Влажность ω Плотность час грунта ρ, г/с Коэффициент пористости е Модуль деформации Е, МПа (р = 0,05, МПа) Сопротивление вращательному срезу τ, кПа (при γ = 0)
органических Iот карбонатных СаСО3
Неуплотненные в природном залегании (озерные под слоем воды) Минеральные Известковистые 10—30 > 30 2—4,5 2,3—2,0 5—9 0,5—0,25 6—4
Кремнеземистые 10—30  < 30 1,5—3 2,5—2 9—12 0,6—0,3 5—4
Среднеминеральные Известковистые 30—50 > 30 4,5—6 2,0—1,8 9—12 0,25—0,1 3—2
Кремнеземистые 30—50  < 30 3—6 2,0—1,8 9—12 0,3—0,15 4—3
Слабоминеральные Детритовые > 50  < 30 6—20 1,8—1,4 12—25 0,1—0,03 3
То же (болотные под слоем торфа) Минеральные Известковистые 10—30 >30 1,5—3 2,3—2,0 4—9 0,6—0,4 18—12
Кремнеземистые 10—30  < 30 1,2—3,7 2,5—2,3 9—12 0,8—0,5 13—10
Среднеминеральные Известковистые 30—50 > 30 3—6 2—1,8 9—12 0,4—0,25 12—8
Кремнеземистые 30—50  < 30 3,7—6 2,3—1,8 8—12 0,5—0,3 13—7
Слабоминеральные Торфосапропели > 80  < 10 9—12 1,6—1,4 16—20 0,25—0,1 13—12
Детритовые 50—80  < 30 6—9 1,8—1,6 12—16 0,25—0,1 13—20
Уплотненные в природном залегании (озерно-болотные под слоем минеральных наносов) Минеральные Известковистые 10—30 30 0,8—1,82 2,3—2 1,7—3,7 1,2—0,7 25—16
Кремнеземистые 10—30 30 0,5—1,5 2,5—2 1,4—3 2—1 30—20
Среднеминеральные Известковистые 30—50 > 30 1,8—2,5 2—1,8 3,7—5 0,7—0,4 20—10
Кремнеземистые 30—50  < 30 1,5—2 1,5—1,8 3—4 1—0,4 20—10
Слабоминеральные Детритовые > 50  < 30 1,5—3 1,8—1,4 4—6 0,5—0,3 20—0
 

Длина дрен в этом случае устанавливается на основе данных инженерно-геологических изысканий. Предпостроечное уплотнение грунтов с использованием вертикальных дрен может быть использовано при инженерной подготовке территории с целью обеспечения надежной эксплуатации инженерных коммуникаций и дорожных покрытий, а также для уменьшения воздействия сил отрицательного трения на свайные фундаменты и другие заглубленные в грунт сооружения.

ТАБЛИЦА 11.8. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОТКРЫТЫХ ТОРФОВ

Характеристика торфов Нормативные значения физико-механических характеристик открытого торфа
верхового низинного
при степени разложения Dpd, %
5—20 20—30 30—40 40 5—25 25—40 40
Влажность при полной влагоемкости ωsat
Плотность частиц грунта ρs, г/см3
Модуль деформации при полной влагоемкости E0, МПа
Коэффициент бокового давления ξ
Коэффициент консолидации сv, м2/год
14,5
1,62
0,11
0,12
10,0
12,5
1,56
0,15
0,19
5,0
11,8
1,49
0,23
0,28
2,0
10,0
1,40
0,25
0,35
1,0
11,5
1,58
0,15
0,22
5,0
7,5
1,51
0,24
0,43
2,0
5,8
1,50
0,31
0,50
1,0

ТАБЛИЦА 11.9. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОГРЕБЕННЫХ ТОРФОВ

Характеристика торфов Нормативные значения физико-механических характеристик погребенных торфов при степени его разложения Dpd, %
20—30 31—40 41—60
Природная влажность ω 3 2,2 1,7
Плотность грунта ρ, г/см3 1 1,05 1,2
Плотность частиц грунта ρs, г/см3 1,50 1,6 1,8
Коэффициент пористости e 5,5 4 3
Модуль деформации Е, МПа 1,1 2 3
Угол внутреннего трения φ, град 22 12 10
Удельное сцепление с, МПа 0,02 0,025 0,03
Коэффициент бокового давления ξ 0,24 0,28 0,32
 

Кроме общепринятых исследований грунтов должны быть дополнительно проведены испытания по определению следующих физико-механических свойств каждого практически однородного слоя грунта: модуля деформации сильносжимаемого грунта при отсутствии бокового расширения Е0; коэффициентов пористости грунта при полной влагоемкости е1 и минимальной влажности e2, коэффициенты консолидации сv и ch при фильтрации поровой воды в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Уплотнение сильносжимаемого грунта фильтрующей пригрузкой и вертикальными дренами
Рис. 11.1. Уплотнение сильносжимаемого грунта фильтрующей пригрузкой и вертикальными дренами
1 — фильтрующая пригрузка; 2 — сильносжимаемый грунт; 3 — водоупор; 4 — фильтрующий слой

В целях уточнения границ расположения слоев сильносжимаемого грунта рекомендуется применять статическое зондирование. Для уточнения изменений сопротивлений грунта сдвигу до и после уплотнения целесообразно использовать лопастный прибор.

Проектирование предпостроечного уплотнения производится на стадии технического проекта по данным первичных инженерно-геологических изысканий. Целесообразность предпостроечного уплотнения устанавливается на основе вариантного проектирования. В проекте предпостроечного уплотнения грунтов основания должны быть указаны: временная нагрузка на основание, превышающая на 10 % среднее давление под подошвой фундамента возводимого сооружения (с целью ускорения сроков консолидации временная нагрузка может значительно превышать эксплуатационную); форма и размеры временной пригрузочной насыпи с обеспечением устойчивости ее откосов на сильносжимаемых грунтах в нестабилизированном состоянии; план расположения вертикальных дрен, их сечение и шаг, места установки глубинных марок (шаг и сечение дрен устанавливаются расчетом из условия 90 %-ной консолидации основания); литологические разрезы по уплотняемому основанию с нанесенными на них дренами и глубинными марками; расчетная конечная осадка основания от временной пригрузки и величина упругого подъема основания после ее снятия (определяется по ветви разгрузки компрессионной кривой); схема производства работ по устройству временной пригрузки, погружению дрен и снятию пригрузки.

В плане дрены располагаются в вершинах квадратов или равносторонних треугольников. Шаг песчаных дрен 1,5—3 м, заводских дрен 0,8—1,4 м.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения