11.2.3. Проектирование оснований на насыпных грунтах (ч. 1)
Основания и фундаменты на насыпных грунтах проектируются с учетом:
а) использования насыпных грунтов в качестве естественных оснований;
б) использования насыпных грунтов в качестве оснований с применением методов подготовки оснований по снижению сжимаемости насыпных грунтов как по абсолютной величине, так и по степени их неравномерности;
в) прорезки насыпных грунтов свайными фундаментами.
В качестве естественных оснований практически любых зданий и сооружений могут быть использованы слежавшиеся насыпные грунты, представляющие собой планомерно возведенные насыпи, возведенные с достаточным уплотнением, а также отвалы грунтов и отходов производств, состоящие из крупных песков, гравелистых и щебеночных грунтов, гранулированных стойких шлаков. Кроме того, для легких зданий и сооружений с нагрузкой на фундаменты до 400 кН или до 80 кН/м в качестве естественных оснований могут быть использованы практически все виды слежавшихся планомерно возведенных насыпей, а также отвалов грунтов и устойчивые в отношении к разложению отходы производств, содержащие органические включения не более 0,05.
Свалки грунтов и отходов производств могут быть использованы в качестве естественных оснований только для временных зданий и сооружений со сроком службы до 15 лет.
Подготовка оснований на насыпных грунтах применяется в случаях, когда полученная расчетом полная осадка используемых в качестве естественного основания насыпных грунтов окажется больше допустимой или несущая способность основания меньше требуемой для обеспечения нормальной эксплуатации проектируемых зданий и сооружений. Основными методами подготовки оснований на насыпных грунтах являются:
- – поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками на глубину до 3—4 м;
- – вытрамбовывание котлованов;
- – устройство песчаных и других подушек;
- – поверхностное уплотнение вибрационными машинами и вибраторами;
- – глубинное уплотнение пробивкой скважин;
- – гидровиброуплотнение глубинными вибраторами.
Поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками применяется при строительстве;
- – на планомерно возведенных насыпях, отсыпаемых с недостаточно высокой плотностью;
- – на отвалах грунтов и отходов производств, содержащих различные включения размером не более диаметра трамбовки;
- – на свалках грунтов и отходов производств, содержащих органические включения не более 0,05;
- – на участках, расположенных на расстояниях не менее 10 м от существующих зданий и сооружений;
- – на грунтах со степенью влажности не более 0,7.
Если необходимая глубина уплотнения превышает 3—4 м, поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками комбинируется с устройством подушки или выполняется в два слоя. Для этого котлован разрабатывают на 1—3 м глубже отметки заложения фундаментов и уплотняют насыпные грунты. По окончании уплотнения котлован засыпают местным грунтом, содержащим не более 0,03 растительных остатков и органических включений, до отметки, на 0,2—0,6 м превышающей глубину заложения фундаментов. После этого производится уплотнение второго слоя тяжелыми трамбовками. Общая толщина уплотненного слоя в этом случае может достигнуть 5—7 м.
Основания из насыпных грунтов, уплотненных тяжелыми трамбовками, проектируют по рекомендациям, данным в п. 10.1 для просадочных грунтов с I типом грунтовых условий. При расчете полной осадки фундаментов в пределах уплотненного насыпного слоя учитывается только осадка от нагрузки фундаментов, а осадки sf1, sf2, sf3 и sf4 принимаются равными нулю.
Вытрамбовывание котлованов в насыпных грунтах производится при строительстве на слежавшихся планомерно возведенных насыпях, отвалах грунтов и отходов производств, а также на свалках грунтов, относящихся по своему составу к глинистым грунтам со степенью влажности Sr ≤ 0,7. Форма, размеры в плане и глубина заложения фундаментов в вытрамбованных котлованах назначаются с учетом состава насыпного грунта, толщины его слоя, конструктивных особенностей зданий и сооружений. Для достижения максимальной глубины прорезки и уплотнения насыпных грунтов наиболее целесообразно принимать удлиненные фундаменты с глубиной вытрамбовывания 2,5—4 м и уширенным основанием, устраиваемым путем втрамбовывания в дно котлована местного грунтового материала до отказа.
Проектирование вытрамбовываемых котлованов и расчет фундаментов в вытрамбованных котлованах выполняется так же, как и на просадочных грунтах (см. п. 10.1). При этом в формуле (10.17) вместо psl принимается расчетное сопротивление подстилающего слоя насыпного грунта или грунта естественного сложения.
Песчаные, гравийные и другие подушки на насыпных грунтах устраиваются при необходимости замены сильно и неравномерно сжимаемых грунтов вследствие их повышенной влажности ( Sr ≥ 0,75÷0,8), содержания органических включений более 0,05—0,1, значительной разнородности состава и т.п. Как правило, грунтовые подушки должны проектироваться из местных материалов, в том числе из отходов промышленных производств, имеющих достаточно однородный состав и обеспечивающих после уплотнения низкую и равномерную сжимаемость. При залегании ниже насыпного слоя просадочных, засоленных или набухающих грунтов грунтовые подушки должны служить маловодопроницаемым экраном и возводиться, как правило, из глинистых грунтов оптимальной влажности.
Плотность грунтов в подушках назначается в зависимости от вида применяемых грунтов и должна быть не менее 0,95 максимальной плотности, получаемой опытным уплотнением грунтов с оптимальной влажностью в полевых или лабораторных условиях. При отсутствии результатов опытного уплотнения допускается плотность грунта в сухом состоянии принимать не менее: для подушек из однородных крупных и средних песков — 1,60 т/м 3 ; неоднородных крупных и средних песков — 1,65 т/м 3 ; мелких песков — 1,60 т/м 3 ; пылеватых песков — 1,65 т/м 3 ; супесей и суглинков — 1,65 т/м 3 .
Модули деформации грунтов в подушках, а также расчетные сопротивления основания принимаются, как правило, по результатам непосредственных их испытаний на опытных участках, а также по данным опыта строительства в аналогичных условиях. При отсутствии результатов непосредственных испытаний модули деформации грунтов в подушках в водонасыщенном состоянии и расчетные сопротивления допускается принимать по табл. 11.18.
Приведенные в табл. 11.18 значения E и R0 относятся к уплотненным грунтам в подушках с коэффициентом уплотнения kcom = 0,95.
ТАБЛИЦА 11.18. МОДУЛИ ДЕФОРМАЦИИ И УСЛОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОДУШКИ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ГРУНТОВ
| Грунт | Модуль деформации Е , МПа | Условное расчетное сопротивление R0 , МПа |
| Гравелистый, щебеночный Песок: крупный средний мелкий пылеватый Супеси, суглинки Шлак | 40 |
30
20
15
10
10
20
0,3
0,25
0,2
0,15
0,2
0,25
При уплотнении грунтов в подушках до kcom = 0,98 значения E увеличиваются в 1,5 раза, a R0 — в 1,2 раза.
Источник
11.2.2. Расчет оснований на насыпных грунтах
Основания и фундаменты зданий и сооружений на насыпных грунтах рассчитываются по деформациям исходя из того, чтобы полная осадка фундамента на насыпном грунте не превышала предельно допустимой для проектируемого здания или сооружения. При этом полная осадка sf фундамента подсчитывается как сумма осадок, вызванных его нагрузкой и дополнительными факторами:
где s — осадка фундамента от его нагрузки, определяемая по указаниям гл. 5; sf1 — дополнительная осадка основания от самоуплотнения насыпных грунтов от собственного веса; sf2 — то же, вследствие замачивания, снижения уровня подземных вод; sf3 — то же, при разложении органических включений; sf4 — то же, за счет уплотнения подстилающих грунтов от веса насыпи.
Дополнительные осадки sf1, sf2 приближенно допускается определять по формуле
где γc1,c2 — коэффициенты уплотняемости насыпного грунта, принимаемые по табл. 11.15; β = 0,8 — безразмерный коэффициент; σzg — среднее вертикальное напряжение в насыпном грунте от его собственного веса: σzg = 0,5γh ( γ — среднее значение удельного веса насыпного грунта в водонасыщенном состоянии); h — толщина слоя насыпного грунта под фундаментом; E — среднее значение модуля деформаций насыпного грунта.
| Насыпные грунты | γc1 | γc2 |
| Пески, шлаки и т.п.: неслежавшиеся слежавшиеся | 0,4 0,0  | 0,15 |
| Пылеватые пески, глинистые грунты, золы и т.п.: неслежавшиеся слежавшиеся |
0,6
0,0
Дополнительная осадка sf3 при содержании в насыпных грунтах органических включений от 0,03 до 0,1 вычисляется по формуле
где η — коэффициент, учитывающий условия залегания органических включении в насыпных грунтах, приближенно принимаемый равным 0,75; k0 — коэффициент, учитывающий возможность разложения органических включений и принимаемой: для водонасыщенных насыпных грунтов k0 = 0,2, а для остальных k0 = 0,5; w — среднее содержание органических включений а насыпных грунтах; γd — удельный вес грунта в сухом состоянии; γs — удельный вес частиц грунта; h — толщина лежащего ниже подошвы фундамента слоя насыпного грунта, содержащего органические включения, подвергающиеся разложению.
Дополнительные осадки за счет уплотнения подстилающих насыпь грунтов допускается не учитывать, если давность отсыпки насыпных грунтов превышает 1 год для песчаных грунтов, 2 года для глинистых грунтов, залегающих выше уровня подземных вод, и 5 лет, находящихся ниже уровня подземных вод.
Расчетные сопротивления насыпных грунтов, представляющих собой планомерно возведенные насыпи, а также отвалы грунтов и отходов производств, определяются по формуле (5.29) с учетом степени самоуплотнения грунтов, неоднородности их состава и сложения, принятых методов подготовки оснований с использованием прочностных характеристик грунтов при их полном водонасыщении. Предварительные размеры фундаментов зданий и сооружений, возводимых на слежавшихся насыпных грунтах, назначаются исходя из условий расчетных сопротивлений R0 (табл. 11.16).
| Виды насыпных грунтов | R0 , МПа | |||
| крупных, средних, мелких песков, шлаков и т.п. при Sr | пылеватых песков, глинистых грунтов, золы и т.п. при Sr | |||
| ≤ 0,5 | > 0,8 | ≤ 0,5 | > 0,8 | |
| Планомерно возведенные с уплотнением насыпи | 0,25 | 0,2 | 0,18 | 0,15 |
| Отвалы грунтов и отходов производств: после уплотнения без уплотнения | 0,25 0,18 | 0,2 0,15 | 0,18 0,12 | 0,15 0,1 |
| Свалки грунтов и отходов производств: после уплотнения без уплотнения | 0,15 0,12 | 0,12 0,1 | 0,12 0,1 | 0,1 0,08 |
Примечания: 1. Значения R0 относятся к фундаментам с глубиной заложения h1 = 2 м. При глубине заложения фундаментов h R0 умножаются на коэффициент γg = (h + h1)/(2h1) .
2. Значения R0 приведены для свалок грунтов и отходов производств с содержанием органических включений не более 0,01.
3. Для неслежавшихся отвалов и свалок грунтов и отходов производств значения R0 умножаются на 0,8.
4. Значения R0 для промежуточных значений Sr допускается определять по интерполяции.
Условными значениями R0 допускается пользоваться также и для назначения окончательных размеров фундаментов зданий с нагрузкой на столбчатые фундаменты до 400 кН и ленточные до 80 кН/м.
Наибольшие давления на насыпные грунты у края подошвы внецентренно загруженного фундамента не должны превышать для планомерно возведенных насыпей, песчаных и других подушек 1,2 R , а для отвалов и свалок грунтов и отходов производств — 1,1 R .
При устройстве песчаных, гравийных и других подушек, при уплотнении насыпных грунтов, а также при залегании в нижней части сжимаемой толщи грунтов с меньшими прочностными характеристиками расчетные сопротивления грунта основания уточняются из условия, чтобы полное давление от собственного веса лежащего выше грунта и нагрузки, передаваемой фундаментом на подстилающие насыпные (неуплотненные) или естественные грунты, не превышало расчетного сопротивления этих грунтов.
Пример 11.6. Определить полную осадку фундамента под колонну промышленного здания, имеющего размеры подошвы 3×4,2 м; среднее давление на грунт р = 0,18 МПа и глубину заложения h = 2 м. Здание возводится на участке, сложенном состоящими из отвалов золы ТЭЦ грунтами, образованными гидронамывом, давность намыва составляет 2 года. Толщина слоя намытых грунтов в месте расположения фундаментов равняется 8,7 м. Намытые грунты подстилаются мелкими пылеватыми песками. Среднее значение модуля деформации намытых грунтов по данным испытаний штампами на глубине 2 и 4 м равняется 8,5 МПа. Основные физико-механические характеристики намывных грунтов: γs = 26,2 кН/м 3 ; γd = 14 кН/м 3 ; γ = 17 кН/м 3 ; w = 0,21; ω = 0,08.
Решение. Определяем осадку фундамента от передаваемых им нагрузок на основание в соответствии с требованиями гл. 5. Результаты промежуточных вычислений сводим в табл. 11.17.
| z | ζ | α | σzg | σzp | σ´gp |
| 0 | 0 | 1 | 0,034 | 0,146 | 0,18 |
| 1 | 0,67 | 0,892 | 0,051 | 0,130 | 0,181 |
| 2 | 1,34 | 0,618 | 0,068 | 0,090 | 0,158 |
| 3 | 2 | 0,414 | 0,085 | 0,060 | 0,145 |
| 4 | 2,67 | 0,282 | 0,102 | 0,041 | 0,143 |
| 5 | 3,30 | 0,173 | 0,126 | 0,025 | 0,151 |
| 6,7 | 4,40 | 0,122 | 0,148 | 0,018 | 0,166 |
Глубина сжимаемой толщи Hc = 5,4 м. Осадка от нагрузки фундамента
По формуле (11.13) и табл. 11.17 определяем дополнительные осадки sf1 и sf2 как для неслежавшихся насыпных грунтов при σzp = 0,16 МПа
Определяем дополнительную осадку sf3 по формуле (11.14):
Полную осадку фундамента вычисляем по формуле (11.12) при sf4 = 0:
Источник