CC BY
3УДК 691 Пожеданов С.Ю., Федосеева И.П.
Пожеданов С.Ю.
студент (магистратуры) промышленное и гражданское строительство: технологии и организация строительства Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова
(г. Чебоксары, Россия)
Федосеева И.П.
старший преподаватель кафедры строительных технологий,
геотехники и экономики строительства Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова
(г. Чебоксары, Россия)
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА СТРУКТУРНО-НЕУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ
Аннотация: к структурно-неустойчивым грунтам относят мерзлые и вечномерзлые грунты, лессовые просадочные грунты, слабые водонасыщенные, пылевато-глинистые, засоленные, заторфованные грунты. В определенной мере сюда могут быть отнесены и насыпные грунты. Несмотря на различие в условиях образования грунтов этой группы их объединяет общее свойство - в природном состоянии эти грунты обладают структурными связями, которые при определенных воздействиях резко снижают свою прочность или полностью разрушаются (это может быть от быстро возрастающих, динамических, вибрационных нагрузок или физических процессов - повышение иры мерзлых грунтов, обводнение лессовых или засоленных грунтов и т.п.)
Структурно-неустойчивые грунты часто называют региональными, т.к. эти грунты группируются преимущественно в определенных географо-климатических зонах (регионах).
Ключевые слова: грунты, неустойчивые грунты, строительство, укрепление, структура, оттаивание.
Структурно-неустойчивые грунты - слабые сильносжимаемые глинистые, лёссовые просадочные, набухающие и вечномерзлые грунты. При определенных воздействиях резко снижают свою прочность или полностью разрушаются (это может быть от быстро возрастающих, динамических, вибрационных нагрузок или физических процессов - повышение ^ры мерзлых грунтов, обводнение лессовых или засоленных грунтов и т.п.). На этой основе разрабатываются соответствующие мероприятия по обеспечению устойчивости зданий и сооружении.
При строительстве на таких грунтах кроме общепринятых для обычных условий решений требуется проведение комплекса специальных мероприятий, учитывающих их особые свойства:
1. Меры, предпринимаемые для исключения неблагоприятных воздействий на грунты.
2. Способы искусственного улучшения структурных свойств оснований, с помощью которых нейтрализуются последствия воздействия неблагоприятных факторов.
3. Конструктивные мероприятия, понижающие чувствительность зданий к неравномерным деформациям основания.
4. Применение специальных типов фундаментов.
Вечномерзлые грунты
Характерной особенностью вечномерзлых грунтов является то, что их свойства существенно зависят не только от вещественного состава и влажности, но и от их температуры, так как при оттаивании мерзлых грунтов может наблюдаться склонность к просадочности и разжижению, а при промораживании - морозное пучение.
Принципы строительства на вечномерзлых грунтах:
I принцип - вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраненном в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения, применяется в тех случаях, когда расчетные деформации основания в предположении его оттаивания превышают предельное
их не удается привести в нормальное состояние конструктивными мерами или улучшением строительных свойств основания. Принцип эффективен, когда грунты находятся в твердомерзлом состоянии и такое состояние может быть сохранено при экономически разумных затратах.
Для сохранения вечномерзлого состояния оснований используются различные методы:
1. Подсыпка применяется при вертикальной планировке территорий или устраивается под отдельными зданиями,
2. Телпоизоляция в сочетании с другими методами для сооружений, занимающих небольшую площадь,
3. Вентилируемые подполья - является основным и наиболее распространенным способом регулирования теплового влияния здания на температурный режим основания, открытые подполья имеют сообщение с наружной средой.
4. Подсыпки с тубами воздушного охлаждения применяют, главным образом для тепловыделяющих зданий значительных, в плане, размеров. Трубы прокладывают в пределах насыпного слоя и выводятся наружу - в подполье или вблизи стен здания. Охлаждение основания достигается движением по трубам холодного наружного воздуха.
5. Промораживающие колонки применяют для предпостроечного промораживания оснований, а также для последующего поддержания в основании заданного температурного режима.
II принцип - в качестве оснований знаний и сооружений используются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие в период эксплуатации сооружения. Рекомендуется применять при неглубоком расположении (залегании) скальных грунтов, а также при малосжимаемых мерзлых грунтах при оттаивании (плотные крупнообломочные грунты и пески, пылевато-глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции).
1. Предпостроечное оттаивание. Для повышения температуры грунта наиболее часто используют игловое гидро- или парооттаивание, или
электрический прогрев с применением электроосмоса и иглофильтрового понижения, оттаивание может быть произведено как в пределах всей площади застройки, так и под отдельными фундаментами, если это обосновано расчетом по деформациям.
2. Оттаивание грунтов в процессе эксплуатации сооружений должно применяться с большой осторожностью и подкрепляться тщательным прогнозом температурного режима деформаций оттаивающего основания.
Лессовые и просадочные грунты
При обводнении грунтов в основании сооружений происходят большие и часто не равномерные деформации.
В первую очередь при проектировании оснований и фундаментов зданий на просадочных грунтах учитывают возможность их замачивания и возникновения просадочных деформаций.
Принципы строительства на просадочных грунтах:
1. Осуществление комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, (в водозащитные и конструктивные мероприятия входят: компоновка генплана, планировка застраиваемых территорий, устройство под зданиями маловодопроницаемых экранов, качественная засыпка водонепроницаемых котлованов и траншей, устройство вокруг зданий водонепроницаемых отмосток, отвод аварийных вод за пределы зданий и в ливнесточную сеть.)
2. Конструктивные мероприятия объединяют в группы:
Для жестких зданий:
1) эта разрезка зданий осадочными швами на отсеки,
2) устройство железобетонных поясов и армированных швов,
3) усиление фундаментно-подвальной части путем применения монолитных или сборно-монолитных фундаментов.
Для податливых и гибких зданий:
1) мероприятия по дополнительному увеличению податливости (введение гибких связей, повышение площади опирания),
2) место, обеспечивающие нормальную эксплуатацию зданий при возможных, часто неравномерных просадках - применяют конструктивные решения, позволяющие в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуатацию кранов, лифтов, оборудования, путем рихтовки подкрановых путей и направляющих лифтов, поднятия опор домкратом.
3. Улучшение строительных свойств просадочных грунтов:
1) Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание в основании фундаментов слоя непросадочного грунта.
2) Двухслойное уплотнение путем сочетания поверхностного уплотнения тяжелой трамбовкой и устройства по верху уплотненного слоя грунта грунтовой подушки
3) Могут устраиваться и фундаменты в вытрамбованных котлованах, фундаментов в виде пирамидальных свай и забивных блоков.
4) Применяются поверхностное уплотнение взрывами.
5) Уплотнение предварительным замачиванием (на больших территориях вновь застраиваемых площадках).
6) Широко используют уплотнение оснований пробивкой скважин (грунтовые сваи) и глубинными взрывами.
7) Для закрепления просадочных грунтов применяют методы однорастворной силикатизации или термообжига.
4. Прорезка просадочных грунтов обычно осуществляется с помощью свайных фундаментов.
1) Целесообразно применение забивных и, особенно, конических и пирамидальных свай, а также набивных свай в пробитых или полученных путем уплотнения грунтов взрывами зарядов в скважинах.
2) Сваи должны полностью прорезать просадочную толщу и опираться на подстилающие грунты повышенной сложности и НС (плотные глинистые грунты, гравий, плотные пески).
Конструкции и методы устройства фундаментов, возводимых по принципу I.
Применение ФМЗ в этом случае не всегда оправдано по технологическим и экономическим соображениям. Прорезка оттаивающего слоя с заглублением фундамента в вечномерзлые грунты практикуется редко из-за трудоемкости.
Наибольшее распространение получили свайные фундаменты, при условии специальных способов их устройства.
- Буроопускные сваи (рис. а) применяют во всех грунтовых условиях при температуре грунта - 0,5 С. Сначала в основании пробуривают скважины d на 5.. .10 см привышающий поперечный размер сваи. Затем скважины заполняют грунтовым раствором, после чего погружают в них сваи. После замерзания грунтового раствора свая оказывается в вечномерзлом грунте.
- Бурозабивные сваи (рис. б) устраивают забивкой свай в предварительно пробуренные лидерные скважины, имеющие d несколько меньший . Такие сваи эффективны в пластичномерзлых грунтах, не содержащих крупнообломочных включений.
- Опускные сваи (рис. в) изготавливают методом вмораживания и применяются в твердомерзлых грунтах. Суть метода заключается в том, что сначала производится локальное оттаивание грунта паровой иглой, а затем в оттаивший грунт погружается готовая свая. После промерзания грунта вокруг свая она оказывается вмороженой в грунт.
Сопряжение несущих конструкций со сваями обычно осуществляется с помощью высоких ростверков или специальных свайных оголовков. Иногда совмещают сваю со стойкой каркаса в одну конструкцию - сваю колонну.
■ Конструкция и методы устройства фундаментов, возводимых по принципу II, практически не отличаются от применяемых на немерзлых основаниях.
• Мероприятия по борьбе с морозным пучением. Для уменьшения касательных сил пучения фундаменты в пределах деятального слоя покрывают незамерзающими обмазками на основе битума или эпоксидной смолы. Приемлемы и противопучинистые засыпки из сухого гравия, гальки, шлака или засоленной глины, имеющей пониженную температуру замерзания. Конструктивным мероприятием является заанкерирование фундаментов в вечномерзлый грунт, что достигается увеличением глубины заложения. При этом проверяется прочность фундамента на разрыв от действия сил пучения.
Характеристики просадочных свойств.
К числу основных характеристик относится относительная просадочность, начальное просадочное давление , начальная просадочная влажность .
• Относительная просадочность определяется по результатам испытаний грунтов в компрессионных приборах с замачиванием образцов.
Она представляет собой относительное сжатие грунта при заданых давлениях и степени повышения влажности и определяется по формуле:
- применяется при природном W, после замачивания
- примняется после замачивания
- применяется при природном W,после обжатия
Грунт считается просадочным при условии 0.01
Относительная просадочность зависит от давления, степени плотности грунта природной влажности и его состава, степени повышения влажности.
• Начальное просадочное давление - это давление, при котором относительная просадочность , т.е. при котором грунт считается просадочным.
легко устанавливается из графика зависимости от давления Р (рис.15.9. б), который в свою очередь строится при испытаниях образцов лессового грунта в компрессионных испытаниях с замачиванием при различных нагрузках. Эта характеристика является очень важной при расчете просадок.
• За начальную просадочную влажность по аналогии принимается влажность, при которой в условиях заданных давлений относительная просадочность равна 0.01.
При расчете оснований и фундаментов на просадочных грунтах по II предельному состоянию требуется выполнение условия : , при этом давление зависимости от предпологаемого состояния грунтов по влажности, т.к. замачивание приводит к значительному снижению прочностных характеристик, а следовательно, существенному уменьшению их расчетного сопротивления и несущей способности.
Так например, за счет разрушения структурных связей особенно резко (в 6.10 раз) снижается сцепление при относительно небольшом (в 1,05.1,2 раза) уменьшении угла внутреннего трения.
Принципы строительства на просадочных грунтах.
В первую очередь при проектировании оснований и фундаментов зданий на просадочных грунтах учитывают возможность их умачивания и возникновения просадочных деформаций.
Надежность и нормальная эксплуотация зданий достигается применением одного из следующих принципов:
• Осуществление комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, (в водозащитные и конструктивные мероприятия входят: компановка генплана, планировка застраиваемых территорий, устройство под зданиями маловодопроницаемых экранов, качественная засыпка водонепроницаемых котлованов и траншей, устройство вокруг зданий водонепроницаемых отмосток, отвод аварийных вод за прделы зданий и в ливнесточную сеть.)
Конструктивные мероприятия объединяют в группы по составу и способам осуществления традиционных, для строительства, в особых грунтовых условиях.
Для жестких зданий:
- эта разрезка зданий осадочными швами на отсеки
- устройство железо - бетонных поясов и армированных швов
- усиление фундаментно - подвальной части путем применения монолитных или сборно - монолитных фундаментов
Для податливых и гибких зданий:
- мероприятия по дополнительному увеличению потдатливости (введение гибких связей,повышение площади операния)
- место, обеспечивающие нормальную эксплуотацию зданий при возможных, часто неравномерных просадок. Для этого применяют конструктивные решения, позволяющие в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуотаию кранов, лифтов, оборудования, путем рихтовки подкрановых путей и направляющих лифтов, поднятия опор домкратом.
Улучшение строительных свойств просадочных грунтов.
достигается их уплотнением или закреплением, устройством грунтовых подушек.
- Эффективным способом является уплотнение тяжелыми трамбовками. Но следует помнить, что удары тяжелых трамбовок создают колебания в грунтовом массиве и учитывать при уплотнении грунта внутри существующих зданий.
- Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание в основании фундаментов слоя непросадочного грунта.
- Двухслойное уплотнение путем сочетания поверхностного уплотнения тяжелой трамбовкой и устройства по верху уплотненного слоя грунта грунтовой подушки
- Могут устраиваться и фундаменты в вытрамбованных котлованах, фундаментов в виде пирамидальных свай и забивных блоков.
- Применяются поверхностное уплотнение подводными взрывами.
- Уплотнение предварительным замачиванием (на больших территориях вновь застраиваемых площадках)
- Широко используют уплотнение оснований пробивкой скважин (грунтовые сваи) и глубинными взрывами
- Для закрепления просадочных грунтов применяют матоды однорастворной силикатизации или термообжига.
• Прорезка просадочных грунтов обычно осуществляется с помощью свайных фундаментов.
- Целесообразно применение забивных и, особенно, конических и пирамидальных свай, а также набивных свай в пробитых или полученных путем уплотнения грунтов взрывами зарядов в скважинах.
- Сваи должны полностью прорезать просадочную толщу и опираться на подстилающие грунты повышенной сложности и НС (плотные глинистые грунты, гравий, плотные пески).
- Неполная прорезка просадочных грунтов сваями допускается лишь в тех случаях, если расчетные деформации не превышают допустимых величин.
- НС свай в просадочных грунтах определяют, как правило, путем статических испытаний, возможно воспользоваться также и данными статического зондирования. В обоих случаях перед началом испытаний грунт замачивают до полного водонасыщения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Тер-Мартиросян А.З., Кивлюк В.П., Исаев И.О., Шишкина В.В. Анализ расчетных предпосылок геотехнического прогноза нового строительства на окружающую застройку // Жилищное строительство. 2022. № 9. С. 57-66. БО!: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2022-9-57-66;
2. Мангушев Р.А., Никифорова Н.С. Технологические осадки зданий и сооружений в зоне влияния подземного строительства. М.: АСВ, 2017. 168 с;
3. Соколов Н.С. Технологические приемы устройства буроинъекционных свай с многоместными уширениями // Жилищное строительство. 2016. № 10. С. 54-57;
4. Соколов Н.С. Технология увеличения несущей способности основания // Строительные материалы. 2019. № 6. С. 67-72. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-771-6-67-71;
5. Соколов Н.С., Соколов А.Н., Соколов С.Н., Глушков В.Е., Глушков А.В. Расчет буроинъекционных свай ЭРТ повышенной несущей способности // Жилищное строительство. 2017. № 11. С. 20-25;
6. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Опыт восстановления здания Введенского кафедрального собора в городе Чебоксары // Геотехника. 2016. №2 1. С. 60-65;
7. Никонорова И.В., Соколов Н.С. Строительство и территориальное освоение оползнеопасных склонов Чебоксарского водохранилища // Жилищное строительство. 2017. № 9. С. 13-19;
8. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Технология устройства монолитного железобетонного ростверка в стесненных условиях функционирующего объекта // Строительные материалы. 2023. № 7. С. 12-16. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-815-7-12-16;
9. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Практика строительства в особо стесненных условиях // Жилищное строительство. 2023. № 9. С. 41-47. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2023-9-41-47
Pozhedanov S. Yu., Fedoseeva I.P.
Pozhedanov S.Yu.
Chuvash State University (Cheboksary, Russia)
Fedoseeva I.P.
Chuvash State University (Cheboksary, Russia)
FEATURES OF DESIGN AND CONSTRUCTION OF BUILDINGS AND STRUCTURES ON STRUCTURALLY UNSTABLE SOILS
Abstract: structurally unstable soils include frozen and permafrost soils, loess subsidence soils, weak water-saturated, dusty-clay, saline, stagnant soils. To a certain extent, bulk soils can also be included here. Despite the difference in the conditions of formation of soils of this group, they share a common property - in their natural state, these soils have structural bonds that, under certain influences, sharply reduce their strength or completely collapse (this may be from rapidly increasing, dynamic, vibrational loads or physical processes - an increase in the temperature of frozen soils, watering of loess or saline soils, etc.)
Structurally unstable soils are often called regional, because these soils are grouped mainly in certain geographical and climatic zones (regions).
Keywords: soils, unstable soils, construction, reinforcement, structure, thawing.
