Тема 5. Строительство в условиях набухающих, вечномёрзлых, засоленных грунтов.

5.1 Определение характеристик набухающих грунтов.

Грунты, способные при увлажнении увеличиваться в объеме, а при понижении влажности давать усадку относятся к набухающим. К набухающим относятся пылевато-глинистые грунты, для которых величина относительного набухания без приложения внешней нагрузки ε₀ s_ω ≥ 0,04. Кроме относительного набухания при заданном давлении ε_sω эти грунты характеризуются давлением набухания р_sω , влажностью набухания ω_sω и относительной усадкой при высыхании. Для предварительной оценки набухающих грунтов используется показатель П = (е_l −e)/(1+e)(при П > 0,3 грунты относятся к набухающим).

Способностью набухать отличаются также некоторые виды шлаков и глинистых грунтов, замоченных химическими отходами производств (например, серной кислоты). В отмечается, что деформации набухания при замачивании растворами серной кислоты в 3,5 – 4 раза больше деформаций набухания при замачивании водой. Набухание песчаных грунтов может происходить при взаимодействии их с растворами щелочи.

Набухание грунтов в основании возможно за счет подъема уровня грунтовых вод, накопления влаги под сооружением за счет поверхностных и производственных вод, изменения водно-теплового режима. Величина набухания зависит от давления на основание, вида и состояния грунта, площади замачивания, толщины набухающего слоя.

Изменения влажности и вызванные ими неравномерные перемещения грунта часто приводят к трещинообразованию или разрушению. Особенно значительны деформации, вызванные подъемом основания при незначительном давлении на грунт.

Набухающие грунты классифицируются на:

• слабонабухающие 0,04 ≤ ε₀ s_ω ≤ 0,08;

• средненабухающие 0,08 ≤ ε₀ s_ω ≤ 0,12;

• сильнонабухающие ε₀ s_ω > 0,12,

1) при инфильтрации атмосферных и производственных вод – на глубине, где суммарное давление на слой грунта σ_z,t_ot равно давлению набухания р_sω;

2) при наличии подземных вод – на три метра выше установившегося уровня подземных вод, но не ниже установленного по п. 1;

3) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима – по экспериментальным данным, а при их отсутствии – на глубине пять метров от уровня планировки.

Расчёт деформации основания.

Расчет оснований сооружений на набухающих грунтах производится по деформациям, как на обычных грунтах, и, при необходимости – по несущей способности. При определении расчетного сопротивления рекомендуется увеличивать его значение в 1,2 раза, если осадка фундамента ≤ 0,4 [s_u], что будет способствовать уменьшению величины подъема фундамента при набухании грунта.

Конструктивные мероприятия по уменьшению и выравниванию деформации основания.

Если определяемая расчетом деформация основания окажется больше допустимой, то должны предусматриваться мероприятия, уменьшающие возможную величину деформаций за счет предварительного замачивания, применения компенсирующих песчаных подушек, замены слоя набухающего грунта другим, не набухающим грунтом. Скважины для предварительного замачивания располагают в шахматном порядке, диаметр скважин 10 … 25 см, глубина – на 0,5 м меньше требуемой по проекту толщины замачивания. Заполняют скважины дренирующим материалом. Процесс замачивания контролируют поверхностными марками. Замачивание прекращают, когда величина подъема поверхности составит 0,8 расчетной.

После замачивания верхний слой грунта снимают и устраивают песчаную подушку толщиной 0,3 … 1 м. Расчет оснований после их предварительного замачивания производится по характеристикам замоченного грунта.

Компенсирующие подушки устраивают на уровне в пределах слоя набухающего грунта только для ленточных фундаментов шириной до 1,5 м при давлении под подошвой не менее 0,1 МПа. При небольших вертикальных нагрузках применяют фундаменты на естественном основании с анкерами, свайные фундаменты из забивных и набивных свай. Наиболее рациональны фундаменты с уширением в пределах слоя набухающих грунтов.

Кроме этих мероприятий целесообразны конструктивные, приспосабливающие здания к восприятию неравномерных деформаций путем разбивки зданий на отдельные отсеки осадочными швами и устройства армированных железобетонных поясов в нескольких уровнях, а также водозащитные, для предотвращения локального замачивания грунтов атмосферными и производственными водами. Это обеспечивается планировкой территории, достаточными размерами и уклоном отмостки, изоляцией водонесущих трубопроводов и их доступностью для осмотра.