Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на водонасыщенных биогенных грунтах и илах

5.1.(5.1). Основания, сложенные водонасыщенными биогенными гру­нтами (заторфованными, торфами и сапропелями) и илами или включаю­щие эти грунты, должны проектироваться с учетом их большой сжимаемости, медленного развития осадок во времени и возможности в связи с этим возникновения нестабилизированного состояния, существенной изменчивости и анизотропии прочностных, деформационных и фильтрацио­нных характеристик и изменения их в процессе консолидации основания, а также значительной тиксотропии илов.

Следует учитывать также, что подземные воды в биогенных грунтах и илах, как правило, сильно агрессивны к материалам подземных конструкций.

5.2. По характеру залегания биогенные грунты делятся на открытые, погребенные и искусственно погребенные.

К открытым относятся биогенные грунты не перекрытые естественно сформированными песчано-глинистыми отложениями.

К погребенным относятся биогенные грунты, залегающие в виде линз или слоев на различной глубине и перекрытые естественно сформированными отложениями.

Искусственно погребенными следует называть биогенные грунты, перекрытые искусственно сформированными отложениями.

5.3. В зависимости от особенностей расположения .в пределах пятна застройки здания и по глубине основания слоев или линз биогенного гру­нта или ила можно выделить наиболее распространенные типы основа­ний, содержащих биогенные грунты или илы (рис. 63).

особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на водонасыщенных биогенных грунтах и илах - student2.ru

Рис. 63. Типовые схемы оснований, содержащих

Биогенные грунты и илы

I - в пределах всей сжимаемой толщи основания залегают биогенные грунты или илы; II - в верхней части сжимаемой толщи основания залегает слой биогенного грунта или ила; III - в нижней части сжинаемой толщи ос­нования залегают слои биогенного грунта или ила: IV - сжимаемая толща в пределах пятна застройки здания включает биогенные грунты или илы в виде линз односторонне или двусторонне вклинившихся; V - в пределах глубины сжимаемой толщи находится прослойка биогенного грунта, границы которой в плане выходят за пределы пятна застройки здания; VI - сжимаемая толща содержит множество прослоек я линз из биогенных гру­нтов или илов

5.4. При проектировании на илах необходимо учитывать их специфические свойства: тиксотропию и газовыделение.

5.5. Коэффициент пористости ила, расположенного ниже уровня подземных вод при неполном насыщении объема пор водой (),допускается устанавливать расчетомиз условия уменьшения пористости до ве­личины, при которой вся содержавшаяся в образце вода будет полностью заполнять уменьшенный объем пор, по формуле

(187)

где - влажность ила;

- плотность частиц грунта;

- плотность воды, принимаемая равной 1 г/см2.

5.6. Следует выделять пресноводные илы с содержанием более 10 % органического вещества - сапропели, образующиеся в водоемах в результате отмирания и разложения растительных остатков и животных организмов с участием минеральных частиц, заносимых водой и ветром.

В зависимости от условий залегания сапропели подразделяются на неуплотненные и уплотненные в природном залегании; по содержанию органического вещества - на минеральные, средне минеральные и слабо ми­неральные; по содержанию карбонатных веществ - на торфосапропели, детритовые, известковые и кремнеземистые. Нормативные значения характеристик сапропелей приведены в табл. 102.

Таблица 102

Тип Вид   Содержание веществ Влажность Плотность Коэффициент Модуль Сопротив-
залеганий сапропелей Разновидность органических Iom, % карбонатных CaCO3, % w частиц грунта ps, г/см3 пористости е деформации (при р=0,05 МПа Е, МПа, кгс/см2) ление вра­щательному срезу (при j=0) t, кПа, кгс/см2
Неуплотнен­ные в природном залегании:     Минеральные Известняковые 10-30 2-4,5 2,0-2,3 5-9 0,25-0,5 (2,5-5) 4-6 (0,04-0,06)
озерные под слоем   Кремнезе­мистые 10-30 1,5-3 2-2,5 9-12 0,3-0,6 (6-3) 4-5 (0,04-0,05)
воды Средне мине­ральные Известняковые 30-50 4,5-6 1,8-2,0 9-12 0,1-0,25 (1-2,5) 2-3 (0,02-0,03)
    Кремнезе­мистые 30-50 3-6 1,8-2,0 9-12 0,15-0,3 (1,5-3) 3-4 (0,03-0,04)
  Слабо мине­ральные Детритовые 6-20 1,4-1,8 12-25 0,03-0,1 (0,3-1) 2 (0,02)
болотные под слоем Минеральные Известняковые 10-30 1,5-3 2,0-2,3 4-9 0,4-0,6 (4-6) 12-18 (0,12-0,18)
торфа   Кремнезе­мистые 10-30 1,2-3,7 3,3-2,5 9-12 0,5-0,8 (5-8) 10-13 (0,1-0,13)
  Средне мине­ральные Известняковые 30-50 3-6 1,8-2,0 9-12 0,25-0,4 (2,5-4) 8-12 (0,08-0,12)
    Кремнезе­мистые 30-50 3,7-6 1,8-2,3 8-12 0,3-0,5 (3-5) 7-13 (0,07-0,13)
  Слабо мине­ральные Торфосапро­пели 9-12 1,4-1,6 16-20 0,1-0,25 (1-2,5) 12-13 (0,12-0,13)
    Детритовые 50-80 6-9 1,6-1,8 12-16 0,25-0,1 (1-2,5) 13-20 (0,13-0,20)
Уплотненные в природном Минеральные Известняковые 10-30 0,8-1,8 2,0-2,3 1,7-3,7 0,7-1,2 (7-12) 15-25 (0,15-0,25)
залегании (озерно-   Кремнезе­мистые 10-30 0,5-1,5 2,5-2,0 1,4-3,0 1-2 (10-20) 10-20 (0,10-0,20)
болотные под слоем Средне мине­ральные Известняковые 30-50 1,8-2,5 1,8-2,0 3,7-5,0 0,4-0,7 (4-7) 10-20 (0,10-0,20)
минеральных насосов)   Кремнезе­мистые 30-50 1,5-2 1,5-1,8 3-4 0,4-1,0 (4-10) 10-20 (0,10-0,20)
  Слабо мине­ральные Детритовые 1,5-3 1,4-1,8 4-6 0,3-0,5 (3-5) 0-20 (0,0-0,20)

5.7. Инженерно-геологические изыскания на площадках с илами должны проводиться методами, исключающими динамическое воздействие на грунт. Рекомендуется применение прессиометров. статического зондирования, приборов вращательного среза, зонда с радиоактивным излучением и т. д. При этом следует дополнительно устанавливать:

характер залегания биогенных грунтов и илов в плане сооружений и по глубине основания (расположение и толщину слоев, прослоек и линз этих грунтов);

содержание органического вещества в биогенных грунтах для выделения среди них заторфованных грунтов, торфов и сапропелей;

степень разложения органического вещества в торфах.

5.8.Расположение скважин в плане должно определяться из условия наиболее детального изучения основания в пределах пятна здания. Рассто­яние между отдельными скважинами не должно, превышать 20 м. При этом обязательно бурение скважин по углам здания. Скважины должны полностью прорезать толщу биогенных грунтов с заглублением не менее чем на 2 м в подстилающие минеральные грунты.

Определение характеристик биогенных грунтов и илов должно производиться не менее чем через 0,5 м по глубине каждого обнаруженного слоя.

5.9(5.2).Деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики биогенных грунтов в илов должны определяться при давлении или в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию основания проектируемого сооружения.

Характеристики биогенных грунтов и илов должны устанавливаться при испытаниях образцов грунта в вертикальном и горизонтальном нап­равлениях.

5.10. В качестве основного метода определения прочностных характеристик биогенных грунтов и илов, удельного сцепления с и угла внутреннего трения следует применять лабораторный метод среза образца гру­нта в условиях завершенной консолидации. Методику проведения испытания и обработки результатов опыта следует принимать в соответствии с ГОСТ 12248-78 (с изм.).

Характеристики прочности биогенных грунтов и илов могут быть также определены на приборах трехосного сжатия. При этом необходимо ис­пользовать методику консолидированно-дренированных испытаний (ис­пытание приоткрытой системе).

5.11. Деформационные характеристики биогенных грунтов и илов определяются в лабораторных условиях по данным компрессионных испытаний образцов ненарушенного сложения с природной плотностью и вла­жностью. Учитывая высокую сжимаемость этих грунтов, испытуемые об­разцы должны иметь начальную высоту 30-50 мм.

5.12. Ввиду текучести и легкой подвижности биогенных грунтов и илов, а также возможного отжатия таких грунтов через зазоры и перфорированные диски приборов, их нагружение при компрессионных испытаниях и в процессе предварительного уплотнения ори .подготовке к определению сопротивления срезу следует проводить ступенями 2,5-5-10-20-50-75-100-150-200 кПа (2 кгс/см2).

Каждую ступень давления необходимо выдерживать до условной стабилизации, за которую принимается приращение вертикальных деформаций образца, не превышающее 0,01 мм за 24 ч.

5.13. Максимальное давление на образец в компрессионном опыте до­лжно превышать проектное не менее чем на 10-20 %, но быть не менее 1 кгс/см2.

5.14. По результатам опыта устанавливается модуль деформации грунта для различных интервалов давлений, например от 0 до 50 кПа (0,5 кгс/см2), от 0 до 100 кПа (1 кгс/см2), от 0 до 150 кПа (1,5 кгс/см2), от 0,1 до 200 кПа (2 кгс/см2) и т. д. Значения модулей деформации используются в расчетах осадки в зависимости от фактических нормальных напряжений по глубине основания в пределах сжимаемой толщи.

5.15. Значение коэффициентов бокового расширения биогенных грунтов определяется путем стабилометрических испытаний или по табл. 103 и 104.

Таблица 103

Характеристика Обозна­чение Единица измерения Нормативные значения физико-механических характеристик отрытого торфа при степени разложения  
      верхового низинного          
      от 5 до 20 % от 20 до 30 % от 30 до 40 % более 40 % от 5 до 25 % от 25 до 40 % более 40 %  
Влажность, соответствующая водонасыщению   % 14,5 12,5 11,8 10,0 11,5 7,5 5,8  
Плотность частиц грунта   г/см3 1,62 1,56 1,49 1,40 1,58 1,51 1,5  
Модуль деформации при полной влагоемкости   МПа (гс/см2) 0,11 (1,1) 0,15 (1,5) 0,23 (2,3) 0,25 (2,5) 0,15 (1,5) 0,24 (2,4) 0,31 (3,1)  
Коэффициент бокового давления   - 0,12 0,19 0,28 0,35 0,22 0,43 0,50  
Коэффициент консолидации   м2/год  
                                 

Таблица 104

Характеристика Обозна­чение Единица измерения Нормативные значения физико-механических характеристик погребенного торфа при степе степени разложения , равном
      20-30 % 31-40 % 41-60 %
Плотность торфа   г/см3 1,0 1,05 1,2
Плотность частиц грунта   г/см3 1,5 1,60 1,80
Природная влажность     3,0 2,2 1,7
Коэффициент пористости е   5,5 4,0 3,0
Угол внутреннего трения   град
Удельное сцепление с кПа (кг/см2) 20(0,2) 25(0,25) 30(0,3)
Модуль деформации Е МПа (кг/см2) 1,1(11) 2,0(20) 3,0(30)
Коэффициент бокового давления     0,24 0,28 0,32

Коэффициент Пуассона v определяется по формуле

(188)

где - коэффициент бокового давления.

5.16. Если на площадке предполагаемой застройки, сложенной совоку­пностью водонасыщенных минеральных и биогенных грунтов при различном их сочетании по толщине слоев, глубине расположения .и размещению в плане, применяется комплекс мероприятий по предварительной по­дготовке основания (временная или постоянная огрузка, дренирование и т. п.), характеристики этих грунтов должны устанавливаться по результатам их испытаний после уплотнения.

5.17. Анизотропные свойства биогенных грунтов и илов должны учитываться при расчете оснований: по первому предельному состоянию, ес­ли плоскость скольжения грунта при потере устойчивости основания пересекает слой биогенного грунта как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях (рис. 64, а); по второму предельному состоянию - при определении горизонтальных смещений сооружений от горизонтальной составляющей нагрузки (рис. 64, б, в). Обозначения характеристик грунта с анизотропными свойствами должны иметь индекс, указывающий диапазо­ны давлений и их направление при испытании (горизонтальное или вертикальное ). Значения модулей деформации должны определяться в соответствии с требованиями ГОСТ 20276-74.

особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на водонасыщенных биогенных грунтах и илах - student2.ru

Рис. 64. Схемы условий, когда необходимо учитывать анизотропные свойства грунтов

а - поверхность скольжения пересекает слон биогенного грунта и ила; б и в - возможны горизонтальные перемещения фундаментов

В каждом месте следует отбирать не менее двух образцов для определения прочностных характеристик в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. Коэффициент фильтрации также должен определяться для этих двух направлений.

5.18(5.3). Расчет оснований, сложенных биогенными грунтами и илами, должен производиться в соответствии с требованиями разд. 2 с учетом скорости передачи нагрузки на основание, изменения эффективных нап­ряжений в грунте в процессе консолидации основания, анизотропии свойств грунтов. При этом допускается использовать методы теории лине­йной консолидации грунтов.

Примечание. Анизотропию свойств биогенных грунтов и илов допу­скается не учитывать, если значения характеристик для вертикального и горизонтального направлений отличаются не более чем на 40 %.

5.19. В расчетах по первому и второму предельным состояниям оснований, сложенных биогенными грунтами и илами, должны использоваться расчетные значения характеристик грунтов, устанавливаемые, как правило, на основе непосредственных испытаний грунтов в полевых или лабораторных условиях.

Для ориентировочных расчетов оснований значения физико-механиче­ских характеристик для сапропелей допускается принимать по табл. 102, для верховых и низинных торфов - по табл. 103, для погребенных торфов - по табл. 104, для грунтов с примесью органических веществ - по табл. 105, для илов - по табл. 106.

Таблица 105

Пределы Характеристики Нормативные значения характеристик пылевато-глинистых грунтов с при коэффициенте пористости е
нормативных грунтов    
значений   0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25 1,35
  Е, МПа (кгс/см2) 13,5 (135) 12 (120) 11 (110) 10 (100) 8,5 (85) 8 (80) 7 (70) 5,5 (55)
  - - -
  с, кПа (кгс/см2) 29 (0,29) 33 (0,3) 37 (0,37) 45 (0,45) 48 (0,48) - - -
  Е, МПа (кгс/см2) 11 (110) 10 (100) 8,5 (85) 7,5 (75) 7 (70) 6 (60) 5,5 (55) 5 (50)
 
  с, кПа (кгс/см2) 21 (0,21) 22 (0,22) 24 (0,24) 31 (0,31) 33 (0,33) 36 (0,36) 39 (0,39) 42 (0,42)
  Е, МПа (кгс/см2) 8,5 6,5 5,5 4,5
 
  с, кПа (кгс/см2) 18 (0,18) 19 (0,19) 19 (0,19) 21 (0,21) 23 (0,23) 24 (0,24) 26 (0,26) 28 (0,28)
  Е, МПа (кгс/см2) 4,5 4,5 4,2 -
  - - - -
  с, кПа (кгс/см2) - - - 15 (0,15) 16 (0,16) 17 (0,17) 18 (0,18) -

Таблица 106

Ил Коэффициент пористости е Модуль деформации Е, МПа (кгс/см2)
Супесчаный 0,8 5,1 (51)
  1,2 3,3 (33)
Суглинистый 0,9 2,0 (20)
  1,6 1,2 (12)
Глинистый 1,2 1,6 (16)
  2,0 0,8 (8)

5.20. При наличии дренирующих слоев в основании необходимо учитывать фильтрацию поровой поды в сторону дренирующего слоя, а при наличии песчаной подушки под фундаментом - также в сторону этой подушки. Учитывать действие дренирующего слоя допускается только в том случае, если этот слой не представляет собой замкнутую линзу, а дрениру­ющей подушки под фундаментом - если обратная засыпка пазух произведена также дренирующим грунтом или грунт выше подошвы песчаной по­душки является дренирующим.

5.21. Силу предельного сопротивления основания , сложенного ме­дленно уплотняющимися водонасыщенными биогенными грунтами при действии вертикальной нагрузки; для ленточного фундамента допускается определять по формуле

(189)

где - приведенная ширина фундамента, вычисляемая по формуле (94 (13));

q - пригрузка;

- расчетное значение удельного сцепления грунта.

Силу предельного сопротивления однородного основания для прямоу­гольных фундаментов при вертикальной нагрузке допускается определять по формуле (97 (16)), полагая и

(190)

5.22.Если основание, сложенное биогенными грунтами или илами, является дном водоема, то на его поверхность необходимо намыть через во­ду песчаный слой, обеспечивающий свободный выход воды из грунта и его уплотнение при действии на грунт нагрузки от веса намытого песка и от сооружения.

Толщина песчаного слоя должна определяться необходимыми планировочными отметками с обязательным расчетом несущей способности основания и учетом возможности возникновения нестабилизированного состояния.

5.23. В расчете по деформациям основания, содержащего биогенные грунты или илы, границу сжимаемой толщи рекомендуется принимать на такой глубине, где дополнительное напряжение составит 3 кПа (0,03 кгс/см2).

Модуль деформации грунтов для предварительных расчетов осадок до­пускается принимать по табл. 102-106.

5.24(5.4). Опирание фундаментов непосредственно на поверхность си­льнозаторфованных грунтов, торфов, слабоминеральных сапропелей и илов не допускается. Если непосредственно под подошвой фундамента за­легает слой грунта с модулем деформации E<5 МПа (50 кгс/см2) толщиной более ширины фундамента, осадка основания должна определяться с учетом полного давления под подошвой фундамента.

5.25.Расчет оснований, включающих водонасыщенные биогенные грунты и илы по деформациям выполняется в соответствии с требованиями п. 2.172 (2.39). При этом предельно допустимые деформации основания допускается принимать по табл. 72 (прил. 4).

5.26. Расчетные схемы оснований для определения конечных осадок фундаментов на основаниях, включающих биогенные грунты и илы, принимаются по п. 2.173 (2.40).

Дополнительную осадку фундаментов за счет разложения (минерали­зации) органических включений допускается не учитывать, если в период срока службы сооружения уровень грунтовых вод не будет понижаться.

Осадка слоя сильнозаторфованного грунта или торфа при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяется по пп. 5.36-5.43.

5.27. При расчете оснований, включающих водонасыщенные биогенные грунты и илы по деформациям, среднее давление под подошвой фундамента р от нагрузок не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по п. 2.174 (2.41).

Коэффициент условий работы грунтового основания при определении расчетного сопротивления R принимается по табл. 107.

Таблица 107

  Грунты Коэффициент условий работы грунтового основания
Пески мелкие водонасыщенные при степени заторфованности:  
  0,85
  0,8
Пески пылеватые водонасыщенные при степени заторфованности:  
  0,75
  0,7
Пылевато-глинистые грунты водонасыщенные при степени заторфованности с консистенцией  
  1,05
 
Пылевато-глинистые грунты водонасыщенные при степени заторфованности с консистенцией  
  0,9
  0,80

5.28. Для предварительного определения размеров фундаментов зданий и сооружений всех классов на заторфованных песчаных грунтах и око­нчательного для зданий и сооружений III класса на основаниях, сложенных горизонтальными, выдержанными по толщине (уклон не более 0,1) слоями заторфованных песчаных грунтов, сжимаемость которых не увеличивается с глубиной в пределах двойной ширины наибольшего фундамента ниже проектной глубину его заложения, допускается пользоваться условными расчетными сопротивлениями (табл. 108).

Таблица 108

Песчаные грунты средней плотности Значения МПа, в зависимости от степени заторфованности грунта
       
Пески мелкие:      
маловлажные 0,25 0,18 0,09
очень влажные и насыщенные водой 0,15 0,1 0,07
Пески пылеватые:      
маловлажные 0,2 0,12 0,08
очень влажные 0,1 0,08 0,05
насыщенные водой 0,08 0,06 0,04

5.29. При использования в расчетах значений по табл. 108 для окон­чательного назначения размеров фундаментов зданий, величина расчетного сопротивления грунта основания R, определяется с поправками на глубину заложения и ширину подошвы фундамента.

5.30(5.5). При расчетных деформациях основания, сложенного биоген­ными грунтами и илами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания, должны предусматриваться следующие меропри­ятия в соответствии с указаниям пп. 2.291 (2.71):

полная или частичная прорезка слоев биогенных грунтов и илов глубокими фундаментами;

полная или частичная замена биогенного грунта или ила песком, гравием, щебнем я т.д.;

уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания сооружения или всей площади строительства насыпным (намывным) гру­нтом или другим материалом (с устройством фильтрующего слоя или дрен при необходимости ускорения процесса консолидации основания);

закрепления илов буро смесительным способом.

Примечание. Значения условных расчетных сопротивлении в табл. 108 относятся к грунтам со степенью разложения растительных остат­ков %.При % значения принимаются с коэффициентом 0,8.

5.31. В зависимости от типа основания, степени заторфованности, глубины залегания и толщины биогенных грунтов и илов, а также конструкти­вных особенностей проектируемого здания и предъявляемых к нему эксп­луатационных требований рекомендуются следующие варианты специаль­ных мероприятий:

уплотнение основания временной или постоянной нагрузкой, в том числе с устройством дренажа - для оснований I и II типов;

прорезка полная или частичная слоя биогенных грунтов фундаментами, в том числе свайными - для оснований II, IV, и V типов;

выторфовка линз или слоев биогенного грунта с заменой его минера­льным грунтом - для оснований II, IV, V и VI типов;

устройство фундаментов (столбчатых, ленточных и т.п.) на песчаной, гравийной, щебеночной подушке или на предварительно уплотненной по­дсыпке из местного материала - для всех типов оснований;

устройство зданий (сооружений) на плитных фундаментах, перекрестных монолитных или сборно-монолитных лентах и т.п., с конструктивными мероприятиями по повышению пространственной жесткости здания - для всех типов оснований.

Мероприятия выбирают на основе технико-экономического сравнения вариантов.

5.32.В отдельных случаях основание, содержащее биогенные грунты, может быть использовано с применением конструктивных

мероприятий (соблюдение определенной скорости передачи нагрузки, введение поясов жесткости, разбивка здания на отдельные секции и т.п.).

5.33. Песчаные подушки устраиваются под фундаментами с целью замены биогенных грунтов, уменьшения давления на нижележащие слои и повышения, в случае необходимости, отметки подошвы фундаментов. Пе­счаные подушки устраиваются, как правило, из песков крупных и средней крупности и, выполняя роль дренажа, способствуют ускорению процесса консолидации (уплотнения) нижележащих грунтов.

В отдельных случаях допускается применение щебня, гравия или естес­твенной гравийно-песчаной смеси. Мелкие пески не рекомендуются для устройства подушек.

Плотность сухого грунта в подушках из песка крупного и средней кру­пности рекомендуется не менее 1,65 т/м3.

При назначении необходимых величин прочностных характеристик уплотненного грунта в подушках следует учитывать указания п. 2.188 (2.44).

5.34. Для намыва слоя грунта в качестве основания сооружения могут применяться супеси и песчаные грунты любой крупности. Для ускорения консолидации намываемого слоя пылеватых песков или супесей необходимы предварительный намыв или укладка на маловодопроницаемое естественное основание, сложенное биогенными грунтами и илами, дренирующего слоя, например, из среднего песка.

5.35(5.6). Проектирование пригрузки должно производиться с учетом требований п. 5.16 (5.3). При этом должны быть установлены толщина, раз­меры в плане пригрузочного слоя и время, необходимые для достижения заданной степени консолидации основания, а также конечная осадка основания под пригрузкой.

5.36. Конечная осадка и время консолидации слоя биогенного грунта или ила при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяются без учета осадки подстилающего слоя, если его модуль деформации в 10 и бо­лее раз превышает модуль деформации биогенного грунта или ила.

Величина нагрузок от намыва или отсыпки и порядок их учета в расчетах конечной осадки и время консолидации слоя биогенного грунта или ила определяется в соответствии с принятым проектом организации работ.

5.37. Величина конечной осадки слоя биогенного грунта или ила в стабилизированном состоянии s, вызванной намытым или отсыпанным слоем песка, определяется по формуле

(191)

где р - давление от .песчаной, насыпи на поверхность биогенного грунта или ила, кПа (тс/м2);

Е - модуль деформации биогенного грунта или ила при полной влагоемкости, кПа (тс/м2);

h - толщина слоя биогенного грунта или ила, м.

Размер насыпи в плане должен быть не менее 5/1.

5.38. В случае если основание, содержащее биогенные грунты или илы, состоит из нескольких горизонтальных слоев с различными модулями деформации, осадка всей толщи в конце периода стабилизации определяется как сумма осадок отдельных слоев.

5.39.Осадка слоя биогенного грунта или ила, вызванная намытым или отсыпанным слоем песка, в любой момент времени определяется по фор­муле

(192)

где s - конечная осадка слоя биогенного грунта или ила в стабилизированном состоянии, определяемая по формуле (191);

- степень консолидации, определяемая соотношением

(193)

- относительное среднее избыточное давление в поровой воде, определяемое по табл. 109 в зависимости от факторов времени и .

Таблица 109

  Относительное среднее избыточное давление для слоя грунта в условиях двухстороннего дренажа при , равном
  0,1 0,2 0,3
0,05 0,83 0,83 0,83
0,1 0,76 0,76 0,76
0,2 0,56 0,66 0,66
0,3 0,44 0,5 0,59
0,4 0,34 0,39 0,45
0,5 0,27 0,31 0,35
0,6 0,21 0,24 0,27
0,7 0,16 0,19 0,21
0,8 0,13 0,14 0,17
0,9 0,10 0,12 0,13
0,08 0,09 0,10
1,1 0,06 0,07 0,08
1,2 0,05 0,05 0,06
1,3 0,04 0,04 0,05
1,4 0,03 0,03 0,04
1,5 0,03 0,02 0,03
1,6 0,02 0,02 0,02
1,7 0,01 0,02 0,02
1,8 0,01 0,01 0,01
1,9 0,01 0,01 0,01
0,01 0,01 0,01

Примечание. Для промежуточных значений и величина определяется по интерполяции.

5.40. Величины факторов времени и определяются по формулам:

(194)

(195)

где - коэффициент консолидации грунта при вертикальном дренировании, м2/год, определяемый по п. 5.50;

Н - длина пути фильтрации, м, равная: при двухстороннем дренаже - половине толщины слоя биогенного грунта или ила, при односторонней - толщине этого слоя грунта;

- заданное время консолидации, год;

- время, соответствующее прекращению возрастания нагрузки от песчаной насыпи или намыва, год.

5.41. Для расчетов времени консолидации слоистых оснований должны быть определены приведенные коэффициенты консолидации i-ro слоя грунта, м2/год, по формуле

(196)

где Н - общая толщина слоистых напластований биогенного грунта или ила, м;

- толщина отдельного слоя, м.

Пример. Определить величину осадки слоя торфа толщиной h=4 м через t=0,5 года после окончания намыва. Время намыва песка = 0,l года. Коэффициент консолидации торфа =3·104 см2/год (3 м2/год); модуль деформации торфа при полной влагоемкости E=250 кПа (2,5 кгс/см2). Пло­тность песка, намываемого на торфяной слой, =2 т/м3, высота намывного слоя =2 м. Давление р от слоя песка на торф равно: = 2·2=40 кПа (0,4 кгс/см2).

Определим конечную величину осадки слоя торфа по формуле (191)

s=3·40·4/(3·250+4·40)=52 см.

По формулам (194) и (195) вычислим значения факторов времени и при двухсторонней фильтрации: =3·0,5/22=0,4; =3·0,1/4=0,075.

При полученных значениях и по табл. 109 определяем относительное среднее избыточное давление =0,34.

Степень консолидации, вычисленная по формуле (193), составляет =1-0,34=0,66.

Определим осадку слоя торфа при двухстороннем дренаже через 0,5 года по формуле (192) =0,66·52=34 см.

При односторонней фильтрации величины факторов времени и по формулам (194) в (195) равны:

=3·0,5/42=0,1; =3·0,1/16=0,02.

По табл. 109 определяем относительное среднее избыточное давление =0,76. Степень консолидации по формуле (193) равна:

=1-0,76=0,24.

Осадка слоя торфа при одностороннем дренаже через 0,5 года по формуле (192) составляет =0,24·52=12,5 см.

Пример 2. Определить время, в течение которого осадка основания, со­стоящего из двух разнородных слоев грунта, пригруженных песчаной насыпью, составит 0,9 стабилизированной, если толщина первого слоя =lм, =0,5м2/год, а толщина второго слоя =3 м, =4 м2/год.

Приведенный коэффициент консолидации по формуле (196) равен м2/год.

По табл. 110 при =0,9=0,852, тогда при одностороннем дренаже =42·0,852/l,92=7,09 года, при двухстороннем дренаже = =(4/2)2·0,852/1,92=1,77 года.

5.42. В тех случаях, когда относительные средние избыточные давления не могут быть определены по табл. 109, они должны вычисляться по формулам:

при

(197)

при

(198)

где - фактор времени, соответствующий любому заданному времени t;

- фактор времени, соответствующий времени прекращения возрастания нагрузки ;

2H - толщина слоя грунта под подошвой песчаной насыпи до кровли подстилающего слоя (длина пути фильтрации);

z - расстояние по вертикали от подошвы песчаной насыпи до рассматриваемой точки.

5.43.Для предварительных расчетов, когда отсутствуют сроки огрузки слоя водонасыщенного биогенного грунта или ила песчаным слоем, осадку основания в любой момент времени t допускается определять в предположении, что огрузка происходит, мгновенно (=0).В этом случае значения при различных значениях принимаются по табл. 110.

Таблица 110

   
0,25 0,051
0,35 0,097
0,50 0,197
0,60 0,288
0,70 0,403
0,80 0,569
0,85 0,665
0,90 0,852
0,95 1,133
0,98 1,500
0,99 1,800

Примечание. Промежуточные значения величин и , приведен­ных в табл. 110 определяются по интерполяции.

Пример 3. Требуется определить время, при котором осадка слоя верхового торфа с коэффициентом консолидации =5 м2/год составит 0,5 и 0,99 стабилизированной осадки. Толщина слоя торфа равна 3 м.

Для =0,5 по табл. 110 находим =0,2, откуда t=0,2=0,2·9/5= =0,36 года.

Для =0,99 находим =1,8, откуда t=0,2=1,8·9/5=3,24 года.

5.44. При толщине слоев биогенных грунтов, превышающей 3 м, их рекомендуется уплотнять с использованием вертикальных дрен.

План расположения дрен, их сечение и шаг устанавливаются расчетом из условия 90 % консолидации основания или в зависимости от назначаемых сроков уплотнения строительной площадки. В плане дрены располагают в вершинах квадратов или равносто­ронних треугольников с шагом: для песчаных дрен 1,5-3 м, для дрен заводского изготовления 0,5-2 м,

5.45. При использовании вертикальных дрен, полностью прорезающих уплотняемый слой грунта и наличии дренирующих слоев на концах дрены, консолидация грунта под нагрузкой происходит за счет отжатия поровой воды в дрену и дренирующие слои. Эквивалентный диаметр зоны влияния дрен , в этом случае следует принимать равным при расположении дрен: по квадратной сетке =1,13d; по гексагональной сетке =1,05d; d - расстояние между осями дрен (шаг дрен).

5.46. При использовании совершенных дрен и наличии дренирующих. слоев на концах дрены, определение степени консолидации необходимо производить с учетом фильтрации воды в радиальном и вертикальном направлениях след<

Наши рекомендации