Особенности проектирования фундаментов на пучинистых грунтах

Интенсивное освоение природных ресурсов в различных регионах нашей страны ставит в разряд актуальных вопросов о надежности и долговечности зданий и сооружений, возводимых на пучинистых и вечномерзлых грунтах.

8.1.Особенноти проектирования фундаментов на пучинистых грунтах.

Морозное пучение грунтов относиться к физико-механическим процессам, в результате которых промерзающий грунт приобретает напряженно-деформированное состояние под действием термодинамических изменений.

Напряжения, возникающие при пучении грунтов, настолько значительны, что могут вызвать:

-деформации промышленных зданий и сооружений;

-смещение(и искривление)железнодорожной колеи,опор мостов и линий электропередачи;

-разрушение покрытий автомобильных дорог, аэродромов и др.

8.1.1. Общие сведения.

Пучинистыми и морозоопасными называют грунты, которые при промерзании увеличивают свой объем.

На рис.2 показаны силы пучения, возникающие при сезонном п ромерзании грунтов.

Рис.2. Силы пучения, действующие на фундамент при промерзании грунта:

- σ - нормальные;

- τ – касательные.

К пучинистым грунтам относят пески мелкие и пылеватые, суглинки и глины, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, содержащие в своем составе более 30%(по массе) частиц размером менее 0.1 мм и промерзающие в условиях увлажнения.

По степени морозоопасности (в зависимости от гранулометрического состава , природной влажности, глубины промерзания и уровня подземных вод) пучинистые грунты подразделяются на 5 групп[25],приведенных в табл.8.1.

Пучинистые грунты характеризуются деформацией морозного пучения h_f ,равной высоте поднятия поверхности слоя промерзшего грунта,а также относительным пучением f,определяемым по отношению

d_f-слой промерзающего грунта, подверженного морозному пучению.

Параметром R_f оценивают принадлежность глинистого грунта к одной из вышеуказанных групп, при этом определяют

(8.1)

где -влажности в пределах слоя промерзающего грунта, соответствующие природной, на границе текучести и раскатывания доли единиц; -расчетная критическая влажность, ниже которой перераспределение влаги в промерзающем грунте прекращается доли единиц (определяются по рис.8.2); -безразмерный коэффициент, определяемый также как и (по СНиП[44]п.2.27).

4) 9.5.4. Климатические факторы.

Под влиянием ежегодного промерзания и оттаивания, высыхания и увлажнения грунт может менять свой объем. Многие грунты при промерзании испытывают пучение. Пучение часто, как отмечено в п. 3.3.3, сопровождаются образованием линз и прослоек льда вследствие миграции влаги к фронту промерзания; такое явление может развиваться и при промерзании грунтов под фундаментом. Однако некоторые грунты пучиноопасные и непучиноопасные. К пучиноопасным относятся все пылевато-глинистые грунты, а также пылеватые и мелкие пески. Непучиноопасными являются пески средней крупности, крупные и гравелистые, гравий, галька и скальные породы.

Для определения возможности промерзания грунтов под фундаментом необходимо прежде всего знать нормативную глубину промерзания d f.n. Ее значение принимают по данным наблюдений как среднюю из ежегодных (не менее 10 лет) максимальных глубин сезонного промерзания под оголенной от снега поверхностью или по карте СНиП 2.01.01. – 82, либо по формуле (9.2).

d f.n. =do √Mt, (9.2).

где Mt – безразмерный коэффициент, равный сумме абсолютных среднемесячных отрицательных температур за зимний период в районе строительства; do – глубина промерзания при Mt = 1, принимаемая равной 23 см. для глин и суглинков, 28 см. – для супесей и песков пылеватых и мелких, 30 см. – для песков средней крупности, крупных и гравелистых, 34 см. – для крупнообломочных грунтов (при котлованах со значительным развитием их за наружную грань стены do принимают в зависимости от грунта обратной засыпки).

Таблица 9.1. Глуби заложения подошвы фундамента d в зависимости от расчетной глубины промерзания d f.

Грунты под подошвой фундаментов до глубины d f	Расстояние от поверхности планировки до уровня подземных вод dw, м	Глубина заложения подошвы фундамента d, м
Скальные (медленно выветривающиеся), пески гравелистые, крупные и средней крупности. Пески мелкие и пылеватые, супеси твердые Пески мелкие и пылеватые Суглинки и глины полутвердые и Твердые Супеси пластичные и текучие, суглинки и глины текучие, текуче-, мягко- и тугопластичные.	Любое     > df +2   ≤ df +2 > df +2 ≤ df +2 Любое	Любая     То же   ≥ df ≥ 0,5df ≥ df ≥ df

Так как пучинистость грунтов зависит от положения уровня подземных вод и состояния грунтов по показателю текучести глубина заложения фундаментов наружных стен устанавливается по табл. 9.1 в зависимости от расчетной глубины промерзания df, которая определяется по формуле:

d f =kh V c d f.n, (9.3)

где kh – коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен; V c – коэффициент условий работы; учитывающий изменчивость климата в районе строительства.

Величину kh определяют для наиболее неблагоприятных условий, к которым относятся промерзания грунтов с северной стороны здания и около выступающих углов. Правильнее находить kh теплотехнических расчетов, однако можно принимать kh по СНиП 2.02.01 – 83. при этом следует учитывать вынос фундаментов за наружную грань стены.

Введение в формулу (9.3) коэффициента V c вносится поправка на глубину промерзания в холодные зимы. Величина d f.n обеспечивает лишь в 50 % случаев не промерзания грунта под фундаментом. При возведении капитальных сооружений такую обеспеченность нельзя считать достаточной. Поэтому в районах, где сумма среднемесячных отрицательных температур воздуха за отдельную суровую зиму в 1.5 раза и более превышает средние многолетних наблюдений, целесообразно принимать V c>1. в настоящие время в указанных районах рекомендуется брать V c = 1.1.

5) 8.1.2.Типы фундаментов.

Фундаменты, возводимые на пучинистых грунтах, представлены на рис. 3 .К фундаментам мелкого заложения относят такие, отношение высоты которых к ширине подошвы не превышают 4.

Малозаглубленными^*называют фундаментыглубиной заложения 0,5…0,7 от нормативной глубины промерзания.

Незаглубленные фундаменты из монолитных ( сборно - монолитных)плит применяют для зданий с отношением длины к высоте менее 4.Фундаментные плиты укладывают на подсыпки(подушки) из непучинистых материалов. В качестве материала при устройстве подушки используют песок крупный и средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак либо медный материал, подвергнутый тепловой обработке.

В качестве мероприятий против морозного выпучивания в настоящее время широко применяют заложение фундамента ниже расчетной глубины промерзания. Однако такое решение не только приводит к значительному удорожанию стоимости строительства, но и не исключает(для малонагруженных фундаментов)больших неравномерных перемещений фундамента, что приводит к повреждению конструктивных элементов здания. Это обусловлено тем, что нагрузки, передаваемые на фундаменты малоэтажных зданий, как правило, значительно меньше касательных сил морозного пучения, действующих по боковой поверхности заглубленных фундаментов.

*Малозаглубленные и (незаглубленные) фундаменты рекомендуют для одно и двухэтажных зданий.

При проектировании фундаментов на пучинистых грунтах ,кроме фундаментов на естественном основании(столбчатых, ленточных) и свайных нашли применение фундаменты на локально уплотненных основаниях . Они представлены фундаментами из забивных блоков и фундаментами в вытрамбованных котлованах(ФТК).

Особенность метода ФТК состоит в том, что котлованы под отдельные фундаменты не отрываются, а вытрамбовываются на необходимую глубину с последующим заполнением монолитным бетоном враспор или установкой сборных элементов.

Выбор конструкции фундамента следует производить, исходя из конкретных условий строительной площадки на основе результатов технико-экономического сравнения возможных вариантов фундаментов:

Фундаменты на пучинистых грунтах
По характеру заглубления:	По типу фундаментов:	По виду изготовления:
-мелкого заложения; -малозаглубленные; -незаглубленные.	-на естественном основании: -сборно-монолитные; а) столбчатые; б) ленточные; -свайные; -на локально-уплотненном основании : а) забивные блоки; б)фундаменты в вытрамбованных котлованах.	- монолитные; -сборно-монолитные.