Особенности строительства на засоленных грунтах (опыт строительства в центральном Казахстане).

Засоленными называются грунты, в которых содержится более 5% среднерастворимых солей или более 0,3% легкорастворимых солей от веса сухого грунта. К легкорастворимым солям относятся хлористые соли натрия NaCI, калия КСl кальция СаС12 и магния MgCl2, бикарбонаты натрия NaHCO3 сульфаты натрия Na2S04 и магния МgS04 . К среднерастворимым солям относятся гипс CaS04*2H20 и ангидрит CaS04.

Засоленные грунты занимали около 10% территории б. Советского Союза и залегают с поверхности в районах Средней Азии, Казахстана, Приднепровья, Северного Кавказа, Западно-Сибирской низменности и Урала. Эти грунты могут быть маловлажными твердой консистенции, водонасыщенными и зачастую cильнocжимaeмыми.

Сложность строительства на засоленных грунтах обусловлена тем, что деформации проявляются как в процессе возведения сооружений, так и в период их эксплуатации. На засоленных глинистых грунтах твердой консистенции деформации происходя при замачивании и проявляются в виде резкой просадки зданий Это объясняется тем, что при водонасыщении грунтов и растворении солей резко уменьшается прочность контактов отдельных частиц, в результате чего изменяются характеристики прочности, значение модуля общей деформации. В ряде случаев процесс растворения солей в грунтах происходит очень быстро (особенно при взаимодействии легкорастворимых солей с горячей водой), и суффозионная просадка происходит в течение небольшого промежутка времени.

При строительстве на водонасыщенных глинистых грунтах процесс вымывания из них солей (химическая суффозия) протекает длительное время. Однако уплотнение (консолидация) засоленных водонасыщенных глинистых грунтов в натурных условиях занимает значительно меньший период, чем по расчету осадки с использованием теории фильтрационной консолидации. Но и в этих случаях деформации грунтового массива часто бывают значительными, протекают локально, что вызывает неравномерные осадки соседних фундаментов и нарушает эксплуатационную пригодность зданий и сооружений. В некоторых случаях процесс растворения солей происходит в течение очень небольшого промежутка врмени, особенно тогда, когда в состав засоленных грунтов входят легкорастворимые соли.

Проблема строительства промышленных и гражданских сооружений на засоленных грунтах в Центральном Казахстане стала особенно актуальной в последние годы, поскольку вследствие интенсивной мелиорации засушливых районов большие площади ранее маловлажных засоленных грунтов оказались обводненными, что привело к их просадкам. В результате деформации получили не только построенные здания, но и еще строящиеся.

Следует отметить, что проектировщики обычно не получают информации о специфике засоленных грунтов, так как до сих пор не разработаны нормы и рекомендации по проведению инженерно-геологических изысканий на строительных площадках, сложенных засоленными грунтами. Геологи часто указывают только на агрессивность подземных вод, не проводя специальных исследований о характере, виде и свойствах солей, содержащихся в грунте. Поэтому проектировщики принимают меры лишь по защите тела фундамента от вероятной коррозии, указывая в проекте о необходимости защиты поверхности бетонных конструкций. Строители, не получив специальных указаний в проекте на производство строительных работ в засоленных грунтах, проводят работы по таким же технологическим схемам, как и при строительстве на обычных грунтах. В результате при производстве работ поверхностные и подземные воды часто затопляют котлован и попадают в материал обратной засыпки фундаментов и подвальных стен. Строители откачивают воду из котлована, не устраивая зумпфов, вследствие чего засоленные грунты в основании строящихся зданий обессоливаются и получают свойства, существенно отличающиеся от свойств грунтов, первоначально описанных инженерами-геологами. Сжимаемость обессоленных грунтов существенно увеличивается, а прочность в несколько раз уменьшается и в результате фактические осадки строящихся сооружений иногда в несколько раз превышают расчетные значения.

Железобетонные фундаменты под промышленные и гражданские сооружения, строящиеся на засоленных грунтах, проектируются теми же методами, что и для строительства на незаселенных грунтах. При этом не учитываются особенности распределения контактных напряжений по подошве жестких фундаментов, закладываемых на маловлажных засоленных грунтах, и возможность изменения эпюры контактных напряжений при обводнении засоленных грунтов основания.

Осадки фундамента на засоленных грунтах рассчитываются таким же образом, как и осадки фундаментов на незасоленных грунтах, поскольку до настоящего времени не проведены экспериментальные исследования по изучению глубины сжимаемой зоны в основании фундамента на засоленных грунтах и изменения ее мощности при обводнении.

До настоящего времени не разработаны способы устройства искусственных оснований на засоленных глинистых грунтах, что очень важно, особенно при содержании в грунтах легкорастворимых солей. Обычно в таких грунтах применяются свайные фундаменты, которые часто подвергаются коррозионному воздействию.

Сложность исследования свойств засоленных глинистых грунтов заключается в том, что соли присутствуют в грунтах в виде отдельных друз, прожилок, концентрированных солевых растворов. Чтобы найти общую закономерность для таких грунтов, необходимо целенаправленно исследовать засоленные глинистые грунты различных регионов.

По результатам анализа причин деформаций, а в ряде случаев и аварий различных сооружений, которые произошли в процессе их строительства и эксплуатации, изучены результаты работы различных экспертных комиссий по разбору аварий и деформаций сооружений, проанализированы обобщены различные случаи деформаций сооружений по опубликованным и ведомственным материалам. В результате предложены следующие мероприятия и способы устройства искусственны оснований и фундаментов на засоленных глинистых грунтах:

1. Прорезка толщи засоленных грунтов (6—8 м) железобетонными сваями. Погрузить сборную железобетонную сваю в прочные твердые засоленные грунты очень трудно, поэтому приходится сначала бурить лидирующие скважины. Опыт применения буронабивных свай из бетона на портландцементе оказался неудачным поскольку бетон подвергался солевой коррозии. Применение буронабивных свай целесообразно только при использовании сульфатостойких, бариестойких и низкоалюминатных цементов, надежной гидроизоляции тела свайного фундамента и при несущей способности сваи не менее 1200 кН.

2. Проведение водозащитных мероприятий, таких же как и пpи строительстве на лессовых грунтах, — устройство отмосток вокруг здания, перекрывающих обратную засыпку; прокладка водоводов в железобетонных лотках; ограничение поливов зеленых насаждений вокруг здания и т.п. Как показал опыт строительств; на засоленных грунтах, полагаться только на водозащитные мероприятия нельзя, поскольку в процессе эксплуатации зданий и сооружений подтопление их оснований неизбежно, поэтому водозащитные мероприятия следует применять совместно с другими методами.

3. Применение конструктивных мероприятий — приспособление зданий к неравномерным осадкам; усиление подземной и надземной частей здания жесткими железобетонными поясами; разрезка здания осадочными швами на отдельные жесткие блоки (при локальном выщелачивании солей в засоленных глинистых грунтах) . Поскольку железобетонные конструкции имеют значительную открытую поверхность, в подземной и цокольной частях здания возможна солевая коррозия бетона и поэтому применение монолитного железобетона в подземной и цокольной частях здания или сооружения следует сочетать с водозащитными мероприятиями.

4. Уплотнение и искусственное закрепление грунтов. Опыт эксплуатации сооружений на основаниях, уплотненных песчаными дренами или электроосмотическим осушением, показал большую экономичность и целесообразность этих методов по сравнению с устройством свайных фундаментов. В результате применения такого уплотнения сокращается расход цементов и металла и повышается надежность основания.

Принципы расчёта деформаций основания в засоленных грунтах.

Засоленные грунты характеризуются изменением физико-механических свойств (пластичности, гранулометрического состава, пористости, плотности) в процессе выщелачивания солей. Эти грунты при длительной фильтрации способны давать суффозионную осадку или просадку. Одной из основных характеристик этого вида грунтов является относительное суффозионной сжатие εsf , определяемое обычно полевыми испытаниями и лабораторными методами.

При расчете суффозионной осадки необходимо принять схему фильтрационного потока в основании фундамента.

При расчете по схеме 1 определяют распределение гипса в расчетный момент времени в пределах сжимаемой зоны. По этим значениям строят ступенчатую функцию d0 (z) = const, а вся зона разбивается на слои по 0,5 м.

Зона суффозионной осадки в основании ограничивается глубиной Нс где суммарные вертикальные напряжения от нагрузки фундамента и собственного веса равны начальному давлению суффозионного сжатия psf . Слой, в котором содержание гипса будет равно начальному, является нижней границей выщелачиваемой зоны. Для нижележащих слоев расчет растворения гипса не проводят. При превышении деформациями предельно допустимых значений или недостаточной несущей способности необходимо предусматривать водозащитные мероприятия с возможным устройством подушки из глинистых грунтов, прорезкой толщи засоленных грунтов свайным фундаментом, закрепление или уплотнение грунтов, предварительное рассоление с использованием песчаных дрен.

При проектировании фундаментов в засоленных грунтах особое внимание следует уделить антикоррозионным мероприятиям для защиты тела фундамента от агрессивного воздействия вод и грунтов. Для этого применяют особоплотный бетон на сульфатостойком портландцементе, вводят в бетон различные добавки.