Особенности проектирования фундаментов на набухающих и дающих усадку грунтах, на ленточных глинах.

Набухающие грунты (некоторые глинистые грунты) увеличивают свой объем (набухают) при повышенной влажности и уменьшают его при последующем снижении влажности. Напряжения при пучении грунтов велики, они вызывают подъем зданий и сооружений с последующей мгновенной (катастрофической) осадкой, ведущей к деформациям, трещинам, кренам и др.

Выбор конструкции фундамента на пучинистых промерзающих грунтах производят на основе технико-экономического сравнения вариантов фундаментов исходя из инженерно-геологических условий строительной площадки. При этом основными характеристиками пучинистых грунтов являются высота поднятия поверхности промерзшего грунта и относительное пучение.
Основным мероприятием, предотвращающим морозное пучение, является заложение подошвы ниже расчетной глубины промерзания. Но такое решение не исключает морозного пучения малонагруженных фундаментов, поэтому для таких фундаментов нужно применять мероприятия по исключению пучения (например, устройство подушек из непучинистых материалов, наклонных граней с прокладкой двух слоев изоляции для предотвращения действия больших касательных усилий). Можно применять фундаменты из забивных блоков и в вытрамбованных котлованах. При устройстве подушки используют песок крупный или средней крупности, мелкий щебень и др. Вместе с тем при технико-экономическом обосновании возможно применение малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах при выполнении комплекса необходимых мероприятий.
При проектировании фундаментов назначается глубина заложения фундамента с учетом предупреждения промерзания и пучения грунта под подошвой; при применении подушки из непучинистого материала задаются размерами подошвы фундамента и толщиной подушки; рассчитывают основания и фундаменты (по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения, по деформации промерзающих грунтов).
Пучинистые промерзающие грунты в качестве оснований лучше не использовать. Но если в результате технико-экономического сравнения появится необходимость сокращения стоимости и времени работ, то может быть рассмотрен один из вариантов использования пучинистых промерзающих грунтов в качестве оснований малозаглубленных фундаментов, например с использованием грунтовой подушки. Для этого необходимо, во-первых, проверить условие, что среднее давление под подошвой фундамента не превышает расчетного сопротивления материала подушки, а давление по низу подушки — расчетного сопротивления грунта; во-вторых, проверить фундамент по устойчивости на воздействие касательных сил морозного пучения; в-третьих. определить деформации пучения ненагруженного основания; в-четвертых, после определения температурного режима и динамики сезонного промерзания рассчитать основание по деформациям пучения. Для снижения сил морозного пучения проводят мероприятия, осушающие грунт или не допускающие их водонасыщение в зоне сезонного промерзания и ниже этой зоны на глубине 2...3 м.
При малонагруженных фундаментах целесообразно применять конструктивные решения, направленные на снижение сил морозного пучения и деформаций конструктивных элементов зданий, а также приспособление зданий к неравномерным деформациям оснований. Боковые грани фундамента лучше выполнять наклонными. Для уменьшения влияния касательных сил пучения выполняют обратную засыпку непучинистым грунтом или покрывают боковые поверхности изолирующим от смерзания материалом. Для снижения чувствительности к возможным неравномерным осадкам устраивают армированные пояса в фундаментах из сборных блоков. При возведении малозаглубленных столбчатых фундаментов фундаментные балки необходимо укладывать с зазором между ними и грунтом, величина которого не меньше расчетной величины подъема ненагруженного грунта при пучении. Этот зазор должен быть заполнен непучинистым грунтом.
При проектировании фундаментов на набухающих грунтах необходимо учитывать возможное набухание при подъеме уровня грунтовых вод; набухание и усадку грунтов в результате изменения водно-теплового режима, усадку грунтов в процессе их высыхания. На величину набухания оказывают влияние влажность и плотность грунтов. Увеличение начальной влажности способствует уменьшению набухания; с увеличением начальной плотности линейно возрастает набухание грунта. Основными характеристиками набухающих грунтов являются давление набухания, влажность набухания, относительное набухание при заданном давлении; относительная усадка при высыхании/
Нормативные значения относительного набухания и относительной усадки определяют по результатам лабораторных опытов при невозможности бокового расширения или по данным полевых испытаний.
При расчете оснований из набухающих грунтов деформации уплотнения основания от внешней нагрузки и возможную осадку от уменьшения влажности суммируют. Подъем основания при набухании грунтов рассчитывают в предположении полной стабилизации осадок уплотнения грунтов от внешней нагрузки.  Если расчетные деформации оснований больше допустимых, то вводят водозащитные мероприятия (планировку территории со стоком атмосферных вод в канализацию, организованный отвод воды с кровель, устройство отмосток с уклоном не менее 3° и др.); предварительное замачивание набухающих грунтов в пределах всей зоны или ее части; устройство компенсирующих песчаных подушек; замену набухающего грунта не набухающим полностью или частично; полную или частичную прорезку фундаментами слоя набухающих грунтов.
Применяют следующие способы устройства фундаментов на сильносжимаемых водонасыщенных грунтах:
1) устройство железобетонных поясов в стенах или фундаментах. Эти пояса должны воспринимать изгибающие моменты, действующие на здание при его прогибе или перегибе вследствие неравномерной осадки основания. При таком расчете необходимо знать неравномерность осадок, чтобы выявить перераспределение контактных давлений, которое вызывает действие изгибающих моментов. Для определения неравномерности осадок нужны подробные данные по инженерно-геологическим изысканиям, которые дают возможность вычислить осадки и определить их неравномерность;
2)  устройство песчаных дрен в слабом грунте для уменьшения расстояния движения воды из глинистого слабого грунта в целях сокращения времени уплотнения основания. Песчаные дрены диаметром 400...600 мм и глубиной до 20 м выполняют на расстояниях 2,5 м и объединяют по верху горизонтальным дренирующим слоем в виде песчаной подушки толщиной до 1 м, причем для ускорения процесса отжатия воды сверху устраивают пригрузочную насыпь. Там, где нет песка, можно применять картонные дрены или дрены из других искусственных материалов. Вместо песчаных дрен можно устраивать песчаные сваи путем забивки стальных труб с последующим заполнением полости уплотняемым песчаным грунтом;
3)  устройство известковых свай с заполнением негашеной известью проделанных с помощью обсадных труб скважин, что ведет к ее гашению грунтовой водой и увеличению в объеме на 60...80% с уплотнением грунта;
4)  выполнение дренирующих прорезей в виде траншей шириной 60...80 см и глубиной до 5,5 м, заполняемых песком, при большой площади уплотняемого основания толщиной до 7 м. Над прорезями также устраивается песчаная подушка;
5)  устройство песчаных подушек в целях сокращения глубины заложения подошвы фундаментов и передачи давления на большую площадь. Для устройства подушек используют среднезернистый или крупнозернистый песок, а также щебень, гравий или песчано-гравийные смеси. Размеры подушек определяют исходя из необходимости передачи на слабый грунт небольшого давления от фундаментов, меньшего, чем несущая способность слабого грунта;
6) выполнение жесткого сплошного фундамента под всем зданием, выравнивающего неравномерные осадки. Такой фундамент может быть выполнен коробчатым и «плавающим», учитывающим подъемную силу грунтовых вод;
7)  применение свайных фундаментов с развитой боковой поверхностью с учетом эффекта засасывания (вторичное повышение сопротивления во времени по боковой поверхности). Этот эффект нужно устанавливать экспериментально, путем статических испытаний свай на строительной площадке. При некоторых грунтовых напластованиях необходим учет отрицательного трения, если часть грунта, контактирующего с боковой поверхностью свай, будет испытывать большие осадки (будет стремиться переместиться вниз относительно боковой поверхности свай и зависать на боковой поверхности, создавая дополнительную нагрузку на сваю).