Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на засоленных грунтах

7.1(7.1). Основания, сложенные засоленными грунтами, должны прое­ктироваться с учетом их особенностей, обуславливающих:

образование при длительной фильтрации воды и выщелачивании солен суффозионной осадки ;

изменение в процессе выщелачивания солей физико-механических свойств грунта, сопровождающееся, как правило, снижением его прочностных характеристик;

набухание или просадку грунтов при .замачивании;

повышенную агрессивность подземных вод к материалам подземных конструкций за счет растворения солей, содержащихся в грунте.

7.2. В результате проведения инженерно-геологических изысканий в районах распространения засоленных грунтов должны быть установлены:

условия залегания засоленных грунтов (толщина слоя, литологические особенности, распространение по площади и глубине);

форма, размер, характер распределения солей (прослои, линзы, точечные вкрапления н их скопления и т. д.); степень кристаллизации и дисперсности солей (кристаллы, друзы, тонкодисперсные присыпки, соли в виде цемента или обволакивающие частицы);

качественный и количественный состав солей в грунте; типы засолен­ных грунтов, их генезис, взаимосвязь степени и характера засоленности с литологическим составом и условиями залегания;

значение относительного суффозионного сжатия и начального да­вления суффозионного сжатия , количественные закономерности из­менения физико-химических и механических свойств засоленных грунтов во времени в процессе выщелачивания солей;

гидрогеологические, гидрологические и гидрохимические условия площадки строительства (минерализация и состав поверхностных и подзе­мных вод); характер возможного передвижения подземных вод в грунтах (гравитационное, капиллярное, осмотическое);

прогноз схемы фильтрационного потока в основании фундаментов сооружения (вертикальная, горизонтальная); скорость движения потока, проницаемость грунтов;

прогноз повышения уровня подземных вод или длительного обводне­ния засоленных грунтов в основании фундаментов сооружений в процес­се их эксплуатации;

влияние климатических и геоморфологических условий, а также хозяйственной деятельности человека (техногенных факторов) на развитие процессов засоления и расселения грунтов, формы и размеры их проявления;

опыт строительства в аналогичных грунтовых условиях;

данные о деформациях существующих зданий и сооружений, возведе­нных и эксплуатируемых в аналогичных грунтовых условиях.

7.3. Образцы засоленных грунтов отбирают при инженерно-геологиче­ских изысканиях для определения химических и физико-механических свойств и установления в лабораторных условиях характера изменения этих свойств в процессе выщелачивания солей.

Для этой цели необходимо вначале отобрать характерные типовые образцы, предназначенные для подробных химических анализов. В дальнейшем отбирают образцы для массовых химических анализов, при которых определяют только степень засоления грунтов и качественный состав солей. По специальному заданию определяются емкость поглощения и сос­тав обменных катионов засоленного грунта. Образцы, предназначенные для химического анализа, могут иметь нарушенную структуру и отбирать­ся при относительно равномерном распределении солей в грунте в виде сплошной бороздовой пробы массой в 1-1,5 кг. В грунтах, содержащих со­ли в виде линз, прослоев, скоплений и т.д., опробование должно произво­диться из каждого характерного участка толщи.

В отчетах об инженерно-геологических изысканиях следует давать дета­льное описание солевых включений (их количество на единицу площади или объема, размеры и т.д.).

Для лабораторных исследований механических свойств засоленных грунтов следует отбирать образцы природной структуры.

7.4. Содержание легкорастворимых солей следует определять с помощью водной вытяжки, а среднерастворимых - с помощью соляно-кислой вытяжки.

Водная вытяжка. Отбирают среднюю пробу грунта (300-500 г), растирают его и просеивают через сито в 1 мм. Определяют гигроскопичес­кую влажность грунта. Отбирают «среднюю аналитическую пробу» - 50 или 100 г (в зависимости от качественно-количественной пробы на Сl^— и SO₄^2—). К навеске прибавляют пятикратное (1:5) количество дистиллиро­ванной воды, лишенной СО₂ (если в грунте содержится большое количес­тво сульфата натрия, то лучше приготовить вытяжку 1:10). Смесь взбалты­вают в течение 5 мин, после чего вытяжку полностью отфильтровывают через фильтр из плотной бумаги.

Соляно-кислая вытяжка. Из воздушно-сухого грунта, просеянного че­рез сито 0,25 мм, берут навеску 2,5 г из расчета на абсолютно сухую мас­су. Разрушают карбонаты крепкой соляной кислотой (1:1). Замачивают на­веску в 125 см² соляной кислоты 0,2 н концентрации (соотношение грунта к кислоте 1:50), тщательно перемешивают и оставляют в течение 12 ч. За­тем раствор отфильтровывают в мерную колбу (250 мл). Остаток на фильт­ре промывают соляной кислотой (0,2 н) до отрицательной реакции на Са²⁺ и SO₄^2—. Фильтр с осадком прокаливают в тигле и определяют силикатную часть грунта. Фильтрат в колбе доливают до отметки дистиллированной водой и используют для дальнейших определений.

Анализ водной вытяжки производят по общепринятым методикам с определением величины сухого остатка, рН и содержания ионов СO₃^—, НСО₃^—, Сl^—, SO₄^2—, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ в мг-экв на 100 г породы или в про­центах к массе породы.

По результатам анализа соляно-кислой вытяжки определяют содержа­ние гипса, а также сульфат-, кальций- и магний-ионов в процентах к массе абсолютно сухого грунта.

7.5. При проектировании оснований следует учитывать, что в процессе выщелачивания солей из грунта изменяются его физико-механические и химические свойства: пластичность, гранулометрический состав, пористость, плотность частиц, фильтрационные свойства, прочностные и дефо­рмационные характеристики, солевой состав и степень засоления грунта.

7.6(7.2). Засоленные грунты характеризуются относительным суффозионным сжатием , определяемым, как правило, полевыми испытаниями статической нагрузкой с длительным замачиванием, а для детального изу­чения отдельных участков

строительной площадки - дополнительно лабораторными методами (компрессионно-фильтрационными испытаниями).

При наличии результатов изысканий и опыта строительства в аналоги­чных инженерно-геологических условиях относительное суффозионное сжатие допускается определять только лабораторными методами.

7.7. Значения относительного суффозионного сжатия и начально­го давления суффозионного сжатия следует определять в лаборатор­ных условиях по ГОСТ 25585-83, а в полевых условиях - с учетом «Рекоме­ндаций по определению деформационных свойств засоленных грунтов в полевых и лабораторных условиях. НИИОСП, М., 1980».

Количество полевых и лабораторных испытаний по определению относительного суффозионного сжатия назначается в зависимости от класса и конструктивных особенностей сооружения, инженерно-геологических условий площадки, сроков проведения и стадии изысканий, опыта строительства в аналогичных грунтовых условиях.

При наличии сопоставимых результатов полевых и лабораторных исс­ледований допускается при расчете величины относительного суффозио­нного сжатия ; использовать эмпирические коэффициенты, корректи­рующие данные лабораторных испытаний засоленных грунтов по резуль­татам полевых испытаний в аналогичных грунтовых условиях.

Для предварительных расчетов суффозионной осадки основания при строительстве сооружений I и II классов и для окончательных расчетов при строительстве сооружений III класса допускается определять значение относительного суффозионного сжатия глинистых загипсованных грунтов (суглинки - =0,02-0,04; =0,08-0,l2; =1,2-1,б г/см³; е=0,75-1,1; супеси - =0,01-0,03; =0,03-0,07; =1,4-1,45 г/см³; е=0,9-1) по формуле

(212)

где - коэффициент (зависящий от вида грунта, содержания гипса и дав­ления), принимаемый по табл. 127;

- начальное содержание гипса в грунте, доли единицы;

- начальная плотность сухого грунта, г/см³;

- плотность частиц гипса, г/см³;

- степень выщелачивания, доли единицы;

п - коэффициент, принимаемый для суглинков n=1, для супесей n=¹/₃.

7.8 (7.3). Нормативное значение следует определять в соответствии с требованиями обязательного прил. 2 (см. п. 7.24 (26прил.2)).

Расчетное значение допускается принимать равным нормативно­му значению, полагая в формуле (1) коэффициент надежности по грунту =1.

Таблица 127

Вид грунта	Содер­жание гипса,	Значение коэффициента при давлении, МПа
	доли ед.	0,1	0,2	0,3	0,4
	0,1	0,86	0,70	0,52	0,43
Супесь	0,2	0,95	0,90	0,83	0,76
	0,3	0,97	0,95	0,90	0,85
	0,1	0,08	0,15	0,30	0,46
	0,2	0,15	0,27	0,50	0,84
Суглинок	0,3	0,45	0,60	0,80	1,10
	0,4	0,85	0,96	1,07	1,30
	0,5	1,08	1,15	1,22	1,38

7.9(7.4). Расчет оснований, сложенных засоленными грунтами, должен производиться в соответствии с требованиями разд. 2. Если засоленные грунты являются просадочными или набухающими, следует учитывать со­ответственно требования разд. 3 и 4.

Деформации основания необходимо определять с учетом осадки от внешней нагрузки, просадки, набухания или усадки и суффозионной осад­ки.

Суффозионную осадку следует определять в соответствии с указаниями пп. 7.24-7.28 (обязательного прил. 2).

При, отсутствии возможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей деформации основания определяются как для незасоленных грунтов исходя из деформационных характеристик грунтов при по­лном водонасыщении.

7.10. Осадка уплотнения грунта определяется как для обычных незасоленных грунтов с использованием деформационных характеристик грунтов естественной влажности.

При проектировании оснований, сложенных засоленными просадоч­ными грунтами, необходимо учитывать, что мероприятия, ликвидирую­щие просадочность (предварительное замачивание, уплотнение трамбов­ками, химическое закрепление), практически исключают возможность ра­звития суффозионной осадки. Расчет суффозионной осадки в этих грунтах должен производиться в том случае, когда фактическое среднее давление на основание под фундаментами сооружения не превышает начального просадочного давления грунта и отсутствуют мероприятия, устраняющие просадочные свойства грунта.

7.11.Максимальные к средние суффозионные осадки, разность осадок и крены отдельных фундаментов и сооружения в целом необходимо расс­читывать с учетом неравномерности замачивания основания, схемы фи­льтрационного потока в пределах отдельного фундамента или контура со­оружения, неоднородности распределения солей в грунте по площади и по глубине основания.

Расчет суффозионной осадки основания, сложенного грунтами с легкорастворимыми солями и загипсованными песками, следует выполнять в пределах зоны суффозионной осадки, условно ограничиваемой глубиной сжимаемой толщи п. 2.218 (6 прил. 2) или линейно деформируемого слоя конечной толщины в соответствии с указаниями разд. 2.

В случае длительного обводнения таких грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения принимается, что в пределах сжимаемой толщи или линейно деформируемого слоя грунты подвергаются полному расселению, т.е. степень выщелачивания =1.

7.12. При расчете суффозионных осадок оснований, сложенных загипсованными пылевато-глинистыми грунтами, принимается, что:

длина зоны, в пределах которой возможно выщелачивание гипса (вы­щелачиваемая зона ), ограничена условием предельного насыщения гипсом фильтрующей жидкости;

в процессе фильтрации происходит развитие выщелачиваемой зоны, т.е. увеличивается ее длина и уменьшается содержание гипса в грунте в направлении движения фильтрационного потока;

суффозионные осадки основания имеют место только в пределах выщелачиваемой зоны и нарастают по мере ее развития.

7.13. При расчете суффозионных деформаций основания, сложенного загипсованными пылевато-глинистыми грунтами, необходимо принять схему фильтрационного потока в основании фундамент (рис. 69).

Рис. 69. Схемы замачивания основания фундаментов

а - равномерная вертикальная фильтрация в бесконечность; б - горизонта­льная фильтрация в слое ограниченной толщины

При расчете суффозионных осадок основания по схеме 1 вначале следует определить состояние выщелачиваемой зоны, т.е. ее длину и распределение в ней гипса в расчетный момент времени. Для этого в пределах сжимаемой толщи основания необходимо выделить слои с различным со­держанием гипса (рис. 70). При этом начальное распределение гипса в грунте представляется в виде ступенчатой функции . Выделенные слои разбиваются на более мелкие, толщиной 0,5 м, для которых производится расчет процесса расселения.

Рис. 70. Схема для расчета расселения неоднородного основания при вертикальной фильтрации

1 - границы слоев с различным содержанием гипса; 2 - границы расчетных слоев; 3 - расчетный слой; 4 - направление фильтрации; 5 - начальная эпюра относительного содержания гипса

Если основание сложено однородным грунтом, то начальное содержа­ние гипса принимается постоянным в пределах зоны суффозионной осад­ки , а вся зона разбивается на слои по 0,5 м (рис. 71).

Рис. 71. Схема для расчета рассоления однородного основания при вертикальной фильтрации

1 - границы расчетных слоев; 2 - направление фильтрации; 3 - началь­ная эпюра .относительного содержания гипса

При расчете суффозионных деформаций в случае фильтрации по схеме 1 (см. рис. 69) зона суффозионной осадки в основании фундамента ограничивается глубиной п. 2.218 (6, прил. 2), где суммарные вертикальные напряжения от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному давлению суффозионного сжатия .

Значение , соответствует давлению, при котором =0,01. Если на расчетный момент времени , расчет суффозионной осадки сле­дует производить только в пределах выщелачиваемой зоны. При расчет осадки необходимо выполнять в пределах сжимаемой толщи (рис. 72). Распределение напряжений в грунте от веса фундамента (сооруже­ния) принимается в первом случае по схеме линейно деформируемого слоя конечной толщины, а во втором - линейно деформируемого полу­пространства.

Рис. 72. Схема для расчета деформаций при вертикальной фильтрации

После разбивки основания на слои следует определить количество оставшегося в твердой фазе гипса в расчетный момент времени последовательно в каждом слое, начиная с верхнего. При этом слой, в котором соде­ржание гипса будет равно начальному, является нижней границей выще­лачиваемой зоны. Для нижележащих слоев расчет растворения гипса про­изводить не следует.

Количество оставшегося в твердой фазе гипса в i-ом слое на расчетный момент времени t следует определять по формуле

(213)

где - начальное массовое содержание гипса в i-ом слое, доли единицы;

- координата середины i-го слоя, м;

- приведенное время;

- приведенная координата для середины i-го слоя;

- приведенная масса.

Значения т, следует определять по формулам

(214)

(215)

(216)

где t - время эксплуатации сооружения (расчетный момент времени), сут;

- коэффициент растворения, сут^-1;

- плотность сухого грунта, т/м³;

- скорость фильтрации, м/сут;

- недостаток насыщения, доли единицы;

- концентрация насыщения фильтрующей воды гипсом, т/м³;

- концентрация гипса в воде на участке входа ее в загипсованный грунт, т/м³;

- число слоев, лежащих выше i-го слоя

Методика определения коэффициента растворения в полевых условиях приведена в «Рекомендациях по расчету суффозионных деформаций оснований зданий и сооружений, возводимых на загипсованных грунтах. НИИОСП. М., 1983 г.», а в лабораторных условиях - в «Методических указанных по оценке растворения засоленных грунтов в теле и основании гид­ротехнических сооружений. ВНИИ ВОДГЕО. М., I960».

Недостаток насыщения определяется по формуле

(217)

где - коэффициент фильтрации, м/сут.

Недостаток насыщения имеет следующие ориентировочные значе­ния: для песков, у которых равно 0,1; 0,2 и 0,5 мм ( - диаметр частиц грунта, составляющих 50% по массе), значение , соответственно равно 0,18; 0,25 и 0,28, для супесей =0,05-0,015, для суглинков =0,01-0,1.

Степень выщелачивания для каждого слоя определяется по форму­ле

(218)

Для каждого расчетного слоя определяется значение относительного суффозионного сжатия соответствующего данной степени выщелачи­вания.

7.14. Деформации оснований при фильтрации по схеме 2 (см. рис. 69) следует рассчитывать с учетом развития во времени выщелачиваемой зо­ны в горизонтальном направлении и изменяющейся неоднородности де­формационных свойств грунтов основания в пределах площади фундаме­нта или контура сооружения.

Вначале необходимо установить состояние выщелачиваемой зоны в основании фундамента на расчетный момент времени. Для установлен­ного состояния выщелачиваемой зоны следует определить осадку сторон фундамента и его крен.

При расчете состояния выщелачиваемой зоны начальное содержание гипса в грунте принимается постоянным ( ) как по глубине загипсованной толщи, так и по площади фундамента и в его окрестности (рис. 73), и равным среднему значению загипсованности толщи.

Разбивку основания на вертикальные слои шириной по 0,5 м следует производить в пределах от до , где - расстояние от входного участка фильтрационного потока до фундамента, м, - ширина фундамента, м. Входным участком фильтрационного потока ( ) считается вертикальная плоскость, примыкающая к источнику замачивания.

Расчет состояния выщелачиваемой зоны следует производить в соответствии с указаниями п. 7.13, при этом направление формирования и пе­ремещения выщелачиваемой зоны принимается горизонтальным.

Рис. 73. Схема для расчета расселения основания при горизонтальной фильтрации

1 - входной участок фильтрационного потока; 2 - границы расчетных слоев; 3 - расчетный слой; 4 - направление фильтрации

7.15 (7.5). Расчетное сопротивление R основания, сложенного засолен­ными грунтами, при возможности длительного замачивания грунтов и вы­щелачивания солей вычисляется по формуле (33(7)) с использованием ра­счетных значений прочностных характеристик ( и ), полученных для грунтов в водонасыщенном состоянии после выщелачивания солей.

При невозможности длительного замачивания грунтов и выщелачива­ния солей расчетное сопротивление основания следует определять по фо­рмуле (33(7)) с использованием прочностных характеристик, полученных для засоленных грунтов в водонасыщенном состоянии.

7.16. При расчете значения R для частично или полностью выщелочен­ных грунтов коэффициент условий работы грунтового основания в фор­муле (33(7)) для загипсованных суглинков с начальным содержанием гип­са <20 % принимается =l,1, а для суглинков с >20 % и для всех загипсованных супесей =1.

Коэффициент условий работы сооружения во взаимодействии с основанием принимается =1.

Коэффициент k при определении прочностных характеристик в лабораторных условиях в приборах трехосного сжатия и в полевых условиях методом сдвига целика принимается k=1, а при определении в лаборатор­ных условиях в приборах одноплоскостного среза и по таблицам - k=1,1.

7.17(7.6). При расчетных деформациях основания, сложенного засоле­нными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей спосо­бности основания должны предусматриваться водозащитные мероприя­тия и в случае необходимости следующие мероприятия в соответствии с указаниями пп, 2.291-2,295 (2.67-2.71):

конструктивные мероприятия;

частичная или полная срезка засоленных грунтов с устройством поду­шки из глинистых грунтов;

прорезка толщи засоленных грунтов глубокими фундаментами;

закрепление или уплотнение грунтов;

предварительное расселение грунтов;

комплекс мероприятий, включающий водозащитные и конструктивные мероприятия, а также устройство грунтовой подушки.

7.18. При устройстве подушки из глинистых грунтов в основании соо­ружений предельное содержание солей и степень уплотнения грунта дол­жны устанавливаться по данным специальных исследований и зависят от значений действующих на основание нагрузок, свойств грунта, класса и конструктивных особенностей сооружения, возможных условий замачивания основания.

Прорезку засоленных грунтов столбчатыми фундаментами целесооб­разно производить при толщине слоя не более 4-5 м. При наличии в осно­вании сооружения грунтов «гипсового» горизонта (осодержанием гипса >35-40 %) заглубление фундамента в нижележащие грунты должно составлять не менее 0,2 м для суглинков н супесей и 0,3 м - для песков.

7.19. При толщине слоя засоленных грунтов свыше 4-6 м рекоменду­ется устраивать фундаменты из забивных или буронабивных свай. В этом случае при проектировании необходимо учитывать некоторое уменьше­ние прочности грунта вдоль боковой поверхности сваи в результате выще­лачивания солей, а также возможное снижение сопротивления сваи дейст­вию горизонтальной нагрузки при наличии в пределах верхней части осно­вания грунтов «гипсового» горизонта.

При проектировании свай в засоленных грунтах особое внимание следует уделять антикоррозионным мероприятиям для защиты тела сваи от агрессивного воздействия вод и грунтов. При работе свай в сильнозасоле­нных грунтах, а также при наличии высокоминерализованных грунтовых вод обязательным условием является применение свай из особо плотного бетона (с В/Ц£<0,45, водопроницаемостью В-8) на сульфатостойком портландцементе. Если степень агрессивности среды превышает норму, допу­стимую для особо плотного бетона на сульфатостойком портландцементе, следует предусматривать защитные покрытия, пропитку или введение в бетон недорогих добавок (отходов различных производств). Для повыше­ния стойкости буронабивных свай в высокоминерализованных водах реко­мендуется изготовлять их с применением барий содержащего портланд­цемента (бспц), обладающего высокой стойкостью в агрессивных средах. Допускается применять буронабивные сваи, изготовленные из бетона с В/Ц-0,55 на БСПЦ, в водонасыщенных грунтах при содержании в воде су­льфатов (SO₄^2-) до 10000 мг/л без дополнительных антикоррозионных ме­роприятий.

7.20. При строительстве на загипсованных грунтах, имеющих повыше­нную пористость и неоднородный гранулометрический состав следует применять гидроизолирующие составы, которые образуют на поверхнос­ти частиц покрытия, исключающие растворение а вынос гипса. К таким относятся, например, маловязкие неводные растворы на основе лака эти­ноля, включающие следующие компоненты: лак этиноль, битум БН-IV. ксилол, хлорпарафин или 5 %-ный раствор NaOH в этиловом спирте.

7.21. При проектировании оснований, сложенных загипсованными пе­сками и глинистыми грунтами, содержащими большое количество легко­растворимых солей ( >5 %), рекомендуется предусматривать предвари­тельное замачивание (расселение) грунтов и последующее их уплотнение. При расселении глинистых грунтов в котловане рекомендуется устраивать песчаные дрены.

7.22.При проектировании сооружений на крупнообломочных засоле­нных грунтах, имеющих небольшую толщину, рекомендуется осуществ­лять прорезку толщи засоленного грунта с установкой фундаментов на не­засоленные грунты или предусматривать конструктивные мероприятия.

7.23.В случае если основание сложено грунтами «гипсового» горизо­нта или крупнообломочными грунтами, имеющими большую мощность, рекомендуется предусматривать комплекс мероприятий, включающий во­дозащитные и конструктивные мероприятия, а также устройство грунто­вой подушки.

При высокой степени засоления грунтов рекомендуется применять следующие мероприятия:

прекращение или замедление движения фильтрационного потока (гли­нистые,. силикатные, битумные, цементные водонепроницаемые завесы);

снижение растворяющей способности грунтовых вод (искусственное насыщение фильтрационного потока солями).