Фундаменты на лессовых и просадочных фундаментах

• Трудность строительства сооружений на лессовых просадочных грунтах состоит в том, что при обводнении грунтов в основании сооружений происходят большие и часто не равномерные деформации, называемые просадками.

В результате сооружения разрушаются и становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации.

• Просадки лессовых грунтов возникают при одновременном воздействии двух факторов:

1.    нагрузок от сооружений и собственного веса грузовой  просадочной толщи, и

2.    замачивания при подъеме горизонта подземных вод или за счет внешних источников (атмосферные осадки, промышленые сбросы, утечки и т.д.)

• Просадочные свойства проявляются в лессах только при достижении влажностью некоторого предела  , называемого начальной просадочной влажностью.
• Просадочность грунтов часто оценивается показателем просадочности

          П:                                        

где e - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности

        - коэффициент пористости, соответcтвующий влажности на границе текучести   и определяемый по формуле:

где   и  - соотвецтвенно плотность твердых частиц и воды

Показатель просадочности является номенклатурным признаком и лишь определяет склонность грунта к просадкам, не позволяя достоверно дать величину возможной просадки грунта.

• Явление просадки можно наглядно представить на рисунке

Рис. 15.8. Осадка фундамента на лессовом грунте

Рис. 15.9. Зависимость деформаций (а) и относительной просадки (б)лессового грунта от нормального давления

аб – практически прямолинейный участок представляет зависимость осадков от давления под подошвой фундамента

бв – участок соотвецтвующей полной просадке грунта под нагрузкой после замачивания

• Важно отметить, что если увеличение осадков связано с ростом нагрузки, то просадка развивается при постоянной нагрузке.
• Полная деформация просадочного основания  равна сумме осадки S при естественной влажности грунта и просадки  грунта при его замачивании

Характеристики просадочных свойств.

• К числу основных характеристик относится относительная просадочность , начальное просадочное давление  , начальная просадочная влажность .
• Относительная просадочность определяется по результатам испытаний грунтов в компрессионных приборах с замачиванием образцов.

Она представляет собой относительное сжатие грунта при заданых давлениях и степени повышения влажности и определяется по формуле:

 – применяется при природном W, после замачивания

 - примняется после замачивания 

 - применяется при природном W,после обжатия

Грунт считается просадочным при условии  0.01

Относительная просадочность зависит от давления, степени плотности грунта природной влажности и его состава, степени повышения влажности.

• Начальное просадочное давление  - это давление, при котором относительная просадочность , т.е. при котором грунт считается просадочным.

легко устанавливается из графика зависимости  от давления Р (рис.15.9. б), который в свою очередь строится при испытаниях образцов лессового грунта в компрессионных испытаниях с замачиванием при различных нагрузках. Эта характеристика является очень важной при расчете просадок.

• За начальную просадочную влажность  по аналогии принимается влажность, при которой в условиях заданных давлений относительная просадочность равна 0.01.                                                               
• При расчете оснований и фундаментов на просадочных грунтах  по II предельному состоянию требуется выполнение условия :    , при этом давление   зависимости от предпологаемого состояния грунтов по влажности, т.к. замачивание приводит к значительному снижению прочностных характеристик, а следовательно, существенному уменьшению их расчетного сопротивления и несущей способности.

Так например, за счет разрушения структурных связей особенно резко (в 6…10 раз) снижается сцепление при относительно небольшом (в 1,05…1,2 раза) уменьшении угла внутреннего трения.

Принципы  строительства на просадочных грунтах

      В первую очередь при проектировании оснований и фундаментов зданий на просадочных грунтах учитывают возможность их умачивания и возникновения просадочных деформаций.

       Надежность и нормальная эксплуотация зданий достигается применением одного из следующих принципов:

• Осуществление комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, (в водозащитные и конструктивные мероприятия входят: компановка генплана; планировка застраиваемых территорий; устройство под зданиями маловодопроницаемых экранов; качественная засыпка водонепроницаемых котлованов и траншей; устройство вокруг зданий водонепроницаемых отмосток; отвод аварийных вод за прделы зданий и в ливнесточную сеть.)

Конструктивные мероприятия объединяют в группы по составу и способам осуществления традиционных, для строительства, в особых грунтовых условиях.

Для жестких зданий:

-       эта разрезка зданий осадочными швами на отсеки

-       устройство железо – бетонных поясов и армированных швов

-       усиление фундаментно – подвальной части путем применения монолитных или сборно – монолитных фундаментов

Для податливых и гибких зданий:

-       мероприятия по дополнительному увеличению потдатливости (введение гибких связей;повышение площади операния)

-       место, обеспечивающие нормальную эксплуотацию зданий при возможных, часто неравномерных просадок. Для этого применяют конструктивные решения, позволяющие в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуотаию кранов, лифтов, оборудования, путем рихтовки подкрановых путей и направляющих лифтов, поднятия опор домкратом.

Улучшение строительных свойств  просадочных  грунтов

достигается их уплотнением или закреплением, устройством грунтовых подушек.

-       Эффективным способом является уплотнение тяжелыми трамбовками. Но следует помнить, что удары тяжелых трамбовок создают колебания в грунтовом массиве и учитывать при уплотнении грунта внутри существующих зданий.

-       Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание в основании фундаментов слоя непросадочного грунта.

-       Двухслойное уплотнение путем сочетания поверхностного уплотнения тяжелой трамбовкой и устройства по верху уплотненного слоя грунта грунтовой подушки

-       Могут устраиваться и фундаменты в вытрамбованных котлованах, фундаментов в виде пирамидальных свай и забивных блоков.

-       Применяются поверхностное уплотнение подводными взрывами.

-       Уплотнение предварительным замачиванием (на больших территориях вновь застраиваемых площадках)

-       Широко используют уплотнение оснований пробивкой скважин (грунтовые сваи) и глубинными взрывами

-       Для закрепления просадочных грунтов применяют матоды однорастворной силикатизации или термообжига.

• Прорезка просадочных грунтов обычно осуществляется с помощью свайных фундаментов.

-       Целесообразно применение забивных и, особенно, конических и пирамидальных свай, а также набивных свай в пробитых или полученных путем уплотнения грунтов взрывами зарядов в скважинах.

-       Сваи должны полностью прорезать просадочную толщу и опираться на подстилающие грунты повышенной сложности и НС (плотные глинистые грунты, гравий, плотные пески).

-       Неполная прорезка просадочных грунтов сваями допускается лишь в тех случаях, если расчетные деформации не превышают допустимых величин.

-       НС свай в просадочных грунтах определяют, как правило, путем статических испытаний, возможно воспользоваться также и данными статического зондирования. В обоих случаях перед началом испытаний грунт замачивают до полного водонасыщения.