2.1 Основные принципы строительства в просадочных грунтах.

Просадочные грунты широко распространены в Южной и Северной Америке, Новой Зеландии, Северной Африке, Средней Азии, в Европе и Азии. На Украине они занимают свыше 70 % территории. На Северном Кавказе и Закавказье просадочные грунты встречаются в районах земледелия, промышленного и гражданского строительства. Распространены они на территории ЦЧР.

Характерными внешними признаками лессовых и лессовидных пород являются: видимая невооруженным глазом пористость, обусловленная наличием тонких, более или менее вертикальных канальцев; способностью держаться вертикальными обрывами значительной высоты; быстрая размокаемость в воде; отсутствие мелкой слоистости; светлая окраска в сухом состоянии; наличие ходов мелких животных (кротовин); большие неравномерные деформации (просадки) при увлажнении под действием веса здания или только от действия собственного веса; существенное изменение физико-механических свойств под влиянием влаги и напряженного состояния. Отмечается высокая изменчивость основных характеристик просадочности: относительной просадочности ε_sl и начального просадочного давления р_sl. среднее квадратичное отклонение просадки от собственного веса

где σ_εsl – среднее квадратичное отклонение ε_sl .

Осреднение ε_sl и р_sl выполняется двумя способами. Первый заключается в осреднении опытных значений в пределах выделенных на площадке ИГЭ. По второму способу по всем техническим скважинам вычисляется средняя зависимость ε_sl =f(n) для разных нагрузок, а также средняя зависимость p_sl=f(n)

Под действием нагрузки и замачивания наблюдаются вертикальные деформации провального характера, связанные с коренным нарушением структуры. Абсолютные величины просадок часто превышают предельно допустимые. Замачивание, как правило, неравномерно по площади. По этой причине возникают значительные неравномерные деформации. Замачивание грунта приводит к изменению напряженного состояния в массиве грунтов. Происходит это вследствие: увеличения влажности при аварийном замачивании; уплотнения грунтов при ликвидации их просадочных свойств; устройства обратных засыпок котлованов (в двух последних случаях плотность грунта в сухом состоянии возрастает с 1,35 ... 1,5 до 1,75 ... 1,95 г/см3); применения фундаментов из забивных, набивных и буронабивных свай; устройства фундаментов под технологическое оборудование; постоянной и временной нагрузки на полы, от веса зданий и сооружений (их необходимо учитывать не только в пределах активной и деформируемой зон, но в пределах всей просадочной толщи, в том числе и при сжатии подстилающих ее грунтов); динамических воздействий от работающих внутри и вокруг зданий технологического оборудования, железнодорожного и автомобильного транспорта.

Слайд

При устройстве планировочных насыпей вертикальные напряжения в просадочной толще возрастают. Срезы грунта, устройство подвалов, тоннелей приводит к разгрузке грунтовой толщи. Увеличение напряженного состояния приводит к дополнительным осадкам подстилающих просадочную толщу непросадочных грунтов. В случае подъема подземных грунтовых вод просадки грунтов происходят со значительным запаздыванием и водонасыщенный грунт сохраняет остаточную просадочность. При снижении быстро поднявшегося УПВ интенсивность прироста просадок возрастает.

Для оценки технического состояния зданий, построенных на просадочных грунтах, часто используют критерий Е. С. Руденко, включающий пять степеней:

I – наличие в стенах и фундаментах волосяных трещин, с раскрытием не более 3 мм;

II – то же, с раcкрытием трещин до 10 мм, имеющих протяженность в пределах двух-трех этажей;

III – то же, в большом количестве, с раскрытием 10 … 30 мм, в пределах двух и более этажей;

IV – аварийное состояние здания с раскрытием сквозных трещин более 20 мм, с опасностью разрушения отдельных узлов конструкций;

V – разрушение здания или его части.

Причинами значительных деформаций зданий на свайных фундаментах в сложных инженерно-геологических условиях являются: неполная прорезка сваями просадочных грунтов, расположение концов свай в слабых грунтах (торфы, сапропели, илистые грунты), подъем свай в пучинистых грунтах, расположение концов свай в грунтах разной плотности и на крутопадающем рельефе, изменение гидрогеологических условий (подтопление), провоцированные подвижки больших масс грунта, многократное приложение значительных временных нагрузок, внецентренное приложение временных нагрузок (разгрузка и загрузка силосных банок).

В случаях, когда исключается замачивание просадочных грунтов сверху или вследствие подъема уровня грунтовых вод, а возможно лишь медленное повышение влажности, основания и фундаменты проектируют как на обычных непросадочных грунтах.

При возможности и неизбежности замачивания нормальная эксплуатация здания и сооружения достигается применением одного из следующих принципов:

• устранения просадочных свойств грунтов;

• прорезки просадочных грунтов глубокими фундаментами;

• комплекса мероприятий, включающих подготовку основания, водозащитные и конструктивные мероприятия.

Устранение просадочных свойств достигается путем уплотнения и закрепления.

Для уплотнения просадочных грунтов с I типом грунтовых условий по просадочности применяют: поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками, вытрамбовывание котлованов, устройство грунтовых подушек.

На площадках со II типом применяют: предварительное замачивание, в том числе, с глубинными взрывами, глубинное уплотнение пробивкой скважин (грунтовыми сваями) и др. Закрепляют просадочные грунты силикатизацией, обжигом. Прорезкой просадочных грунтов глубокими фундаментами обеспечивается передача нагрузки фундаментов на подстилающий грунт. Она выполняется свайными фундаментами из забивных и набивных свай, столбами из закрепленного грунта. Водозащитные мероприятия применяются, как правило, на площадках со вторым типом грунтовых условий по просадочности с целью снижения вероятности замачивания грунтов, исключения интенсивного замачивания на всю толщину, контроля за состоянием сетей, обеспечения своевременного предотвращения замачивания.

В комплекс водозащитных мероприятий входит: компоновка генплана, планировка застраиваемой территории, устройство под зданиями и сооружениями маловодопроницаемых экранов, качественная засыпка пазух котлованов и траншей, устройство уширенных отмосток, прокладка коммуникаций, несущих воду, в непроницаемых лотках, отвод аварийных вод за пределы здания.

Для обеспечения прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности зданий, возводимых в грунтовых условиях II-го типа по просадочности, необходимы расчеты на воздействие:

• искривления основания под зданием вследствие просадки грунта от собственной массы;

• неравномерных просадок основания от нагрузки фундаментов в случае неполного устранения просадочности грунтов в деформируемой зоне основания;

• горизонтальных деформаций основания;

• усилий, возникающих в контактных устройствах крупнопанельных домов при замыкании деформационных швов.

Конструктивные мероприятия применяют при строительстве зданий на просадочных грунтах II типа по просадочности, возводимых с использованием комплекса мероприятий, которые направлены на:

• повышение прочности и общей пространственной жесткости зданий и сооружений;

• увеличение податливости зданий и сооружений за счет применения гибких или податливых конструкций;

• обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений при возможных неравномерных просадках грунтов

основания.

Мероприятия первой группы включают: разрезку здания осадочными швами на отдельные отсеки, устройство железобетонных поясов и армированных швов, повышение степени армирования отдельных железобетонных элементов, устройство жестких горизонтальных диафрагм, усиление фундаментно-подвальной части зданий и сооружений путем применения монолитных или сборно-монолитных фундаментов.

Мероприятия второй группы состоят в обеспечении гибкой связи между отдельными элементами конструкций, повышении площади опирания отдельных конструктивных элементов, увеличении устойчивости элементов конструкций при повышенных деформациях оснований, повышении влаго- и водонепроницаемости стыков между отдельными элементами конструкций.

Мероприятия третьей группы заключаются в применении таких конструктивных решений отдельных узлов и деталей, которые позволяют в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуатацию кранов, лифтов и т.д., увеличении габаритов между отдельными конструкциями, обеспечивающими восстановление нормальной эксплуатации оборудования.

При частичном устранении просадочных свойств грунтов поверхностным уплотнением тяжелыми трамбовками, химическим закреплением, устройством грунтовых подушек в пределах всей площади здания в основании образуется маловодонепроницаемый экран. Интенсивность увлажнения грунта резко снижается.

Существует метод организованного увлажнения просадочных грунтов оснований здания. Увлажнение грунта производится после возведения коробки здания и набора им проектной массы и жесткости. Для обеспечения изгибной жесткости устраиваются железобетонные или армокирпичные пояса в нижней зоне (в подошве фундамента, поверх сборных бетонных блоков, в уровне перекрытия цокольного этажа) на случай реализации деформаций прогиба и в уровнях междуэтажных перекрытий верхних этажей на случай реализации деформации выгиба. Под фундаментами устраивается гравийно-песчаная дренирующая подушка, разделенная на "захватки" длиной около 10 м при помощи глиняных замков. Водораспределительная система состоит из подводящего трубопровода диаметром 100 … 150 мм с водомером, задвижкой, ответвлениями труб диаметром 70 … 100 мм с раздаточными штуцерами и водоприемниками.

Вычисляется объем воды, необходимый для полного водонасыщения, время увлажнения грунта. Организуются работы по геодезическому наблюдению за деформациями здания. В течение одного-полутора месяцев после начала работ по увлажнению деформации грунтового основания стабилизируются: скорость просадки не превышает 1 мм/сут. В период развития просадок определяются значения относительного прогиба (выгиба) и кручения. При приближении их к критическим величинам изменяют режим увлажнения. Величина просадки может достигать одного метра. Вследствие этого зданию придают начальный строительный подъем на величину ожидаемых просадок.

Для бескаркасных зданий высотой до 12 этажей, рассчитанных и запроектированных на просадочных грунтах с комплексом мероприятий, предельными деформациями являются:

• средняя суммарная осадка и просадка u_s = 20 см;

• относительная разность суммарных просадок ( Δ_s/l ) = 0,002;

• крен i_u = 0,008.

Допустимые наклоны лифтовых шахт в десять раз ниже величины предельного крена. Вследствие этого предусматривают соответствующие зазоры вокруг лифтовых шахт.

Просадка грунта вызывает горизонтальные перемещения и дополнительные сжимающие и растягивающие усилия в фундаментах, стенах и конструкциях перекрытий. Возможны горизонтальные перемещения отдельных зданий в целом или секций.