Набухающие и просадочные грунты

Сильносжимаемые, просадочные и набухающие грунты, которые иногда называют «слабыми грунтами», относятся к категории грунтов с неустойчивой структурой, которая может существенно изменяться под влиянием внешних факторов как в период постройки сооружений, так и во время их эксплуатации. Такими факторами являются механические и физические воздействия на грунт. К механическим воздействиям относятся статические и динамические нагрузки, к физическим — изменения степени влажности грунта.

Сильносжимаемые грунты значительно уплотняются под воздействием внешней нагрузки. К таким грунтам относят илы, торфы, заторфованные и насыпные грунты, ленточные озерно-ледниковые глины. Просадочные грунты характеризуются быстро протекающим уплотнением (просадкой) в результате замачивания толщи и воздействия приложенной к ней внешней нагрузки или только собственного веса. Этими свойствами обладают лессовые и лессовидные грунты. Набухающим грунтам, преимущественно глинам, свойственно увеличение объема при их замачивании.

Илы являются глинистыми грунтами в начальной стадии их формирования, образовавшимися в результате осаждения в относительно спокойной воде мелких минеральных частиц при одновременном протекании в этих осадках микробиологических процессов. Отличительным признаком илов является также наличие органического вещества в виде гумуса (полностью разложившихся остатков растительных и животных организмов), содержание которого в илах, как правило, не превышает 10%. Различают илы современные — менее уплотненные, залегающие в большинстве случаев непосредственно на дне водоемов, и древние — более уплотненные, покрытые позднейшими отложениями.

Заторфованные грунты и торфы занимают примерно 20% территории СССР преимущественно на севере и северо-западе страны, в Сибири и в Белоруссии. Различают открытые торфы, представляющие сплошные торфяные залежи, и погребенные торфы, которые прикрыты или переслаиваются наносными отложениями минеральных грунтов. Вследствие длительного процесса уплотнения под воздействием веса вышележащей толщи грунтов погребенные торфы по сравнению с открытыми имеют большую на 20—30% плотность, почти в 5 раз меньшую влажность и в 30—40 раз меньший коэффициент сжимаемости. По мере отжатия воды из торфов и заторфованных грунтов резко возрастает их осадка без увеличения внешней нагрузки. Особенно наглядно это проявляется в случае понижения уровня подземных вод при дренажных работах, когда наблюдается быстрый и неравномерный рост осадки построенных на таких грунтах сооружений. Например, построенные на торфах отдельные деревянные здания с давлением на грунт менее 50 кПа при дренажном осушении территории просели на 2—3 м и одновременно перекосились на 0,3—1,3 м, что вызвало их полное разрушение. Было отмечено, что наибольшая часть осадки (0,7—2 м) произошла в период рытья осушительных канав. В дальнейшем за 1—2 года осадка достигла 10—50% толщины сжимаемого слоя торфа и распространилась, постепенно уменьшаясь, на 10—20 м в стороны от дренажных канав.

Ленточные озерно-ледниковые отложения образовались в период таяния ледников в спокойных водных бассейнах, в которых осаждались взвешенные осадки, перемещаемые талыми водами: в период летнего таяния — более крупные песчаные и пылеватые частицы, в зимний период — глинистые частицы. В результате этого сформировались ленточные отложения с ярко выраженными перемежающимися тонкими горизонтально расположенными песчаными и глинистыми слоями толщиной от нескольких миллиметров до 1 см. По механическому составу ленточные отложения представляют собой глины, суглинки и супеси. Они залегают пластами мощностью от нескольких десятков сантиметров до нескольких десятков метров. Ленточные глины распространены на территории, которая в ледниковый период была покрыта льдом, главным образом на северо-западе европейской части СССР и северо-западе Сибири. Удельный вес глин 17,5—20 кН/м 3 , консистенция в большинстве случаев пластичная, а также текучая. При нарушении структуры (перемятии) пластичных глин они становятся текучими. Ленточные глины подвержены морозному пучению. Общая толщина прослоек льда в них может достигать 10—20 см и более на 1 м глубины промерзания.

Иногда возникает необходимость возводить фундаменты на насыпных грунтах. К насыпным относятся однородные грунты, отсыпанные с послойным уплотнением (или намытые методом гидромеханизации); грунты, получаемые при рытье котлованов или проходке горных выработок, а также шлаки, золы, отходы обогащения полезных ископаемых, строительный мусор и бытовые отбросы. Сжимаемость насыпных грунтов может сильно различаться даже в пределах небольшого участка. Характерной особенностью насыпных грунтов является их постепенное самоуплотнение под влиянием естественного периодического увлажнения атмосферными осадками и под действием силы тяжести. По давности отсыпки насыпные грунты подразделяют на слежавшиеся, в которых процесс самоуплотнения закончился, и неслежавшиеся, в которых этот процесс продолжается. Самоуплотнение песчаных грунтов протекает от 2 до 5 лет, глинистых — 5—10 лет и более, различных отходов производства — от 2 до 15 лет.

Просадочные лессовые грунты образовались преимущественно из отложений пыли, переносимой ветром на соседние с пустынями и полупустынями области с сухим климатом и соответствующей растительностью. Характерной особенностью лессовых грунтов является наличие видимых глазом мелких и крупных вертикальных пор, называемых макропорами, размеры поперечного сечения которых (более 0,5 мм) значительно больше размеров частиц грунта (0,05—0,005 мм). В сухом состоянии лессовые грунты хорошо сохраняют вертикальные откосы, которые при замачивании быстро размокают и оползают.

Лессовые грунты имеются на всех материках, но особенно много их в Европе, Азии, Северной и Южной Америке. Ими заняты значительные площади в Средней Азии, на Украине, на Кавказе и в других районах страны — примерно около 15% территории СССР. Лессовые грунты залегают массивами толщиной от нескольких десятков метров до 100 м и даже более. Чаще встречаются массивы толщиной 10—25 м. Эти грунты, как правило, подстилаются песками, галечниками или глинами.

По характеру сложения лессовые грунты разделяются на слоистые и неслоистые. В их толще часто встречаются два-три погребенных почвенных горизонта, которые разделяют ее на ярусы. Кроме того, в толще могут быть прослойки и линзы из супесей, песка, галечника и гравия. Такие включения более свойственны толщам, расположенным вблизи гор. Пористость лессовых грунтов колеблется от 30 до 58%, но чаще бывает 44—53%. Непросадочные грунты имеют пористость менее 40%. С глубиной их пористость уменьшается. Удельный вес лессовых грунтов природной влажности, зависящий от их минерального состава, структуры и содержания воды в грунту, колеблется от 13,3 до 20,3 кН/м 3 (чаше 14,3—15Д кН/м 3 ). Природная влажность грунтов изменяется от 5 до 30%. С увеличением влажности лессовые грунты из твердых становятся пластичными и текучими. При этом их несущая способность снижается в 2—10 раз и более. Примерно во столько же раз увеличивается осадка, которую в этом случае называют просадкой. Характерной особенностью просадки является быстрое протекание осадки вследствие интенсивного ослабления внутренних связей между частицами грунта в результате его замачивания. Величина просадки зависит как от степени просадочности грунтов, так и от мощности просадочной толщи и степени ее увлажнения. Преобладающая часть просадки происходит непосредственно при продвижении фронта замачивания. Процесс замачивания может происходить при увлажнении толщи грунта сверху (атмосферными, техническими или хозяйственными водами) или снизу (при подъеме уровня подземных вод).

По характеру реагирования на увлажнение различают непросадочные и просадочные лессовые грунты. Непросадочные лессовые грунты распространены достаточно широко и часто встречаются в понижениях рельефа, в местах постоянных и периодически действующих водотоков. Непросадочными обычно являются нижние части лессовых толщ. К непросадочным относят грунты, которые, находясь в напряженном состоянии от воздействия внешней нагрузки или их собственного веса, при замачивании водой дополнительно деформируются незначительно — дают просадку величиной менее 0,01 (относительной просадочности).

К набухающим грунтам относятся глинистые отложения, характерной особенностью которых является повышенная плотность и высокое содержание (65—85%) глинистых частиц размером менее 0,005 мм. Такие грунты встречаются в Поволжье, на Северном Кавказе, в Казахстане, Крыму. Районы значительного распространения набухающих грунтов имеются в Индии, Ираке» Канаде, США и других странах. В природном залегании эти грунты (глины) характеризуются твердой и тугопластичной консистенцией при удельном весе от 19,5 до 20,5 кН/м 3 . Пористость грунтов находится в пределах от 41 до 48% при влажности 15—18% в кровле и 25—30% в средних слоях и подошве толщи. В результате увлажнения этих глин их объем увеличивается на 12—25%, а в отдельных случаях на 30—36%. Вследствие набухания удельный вес глин уменьшается до 17,7—18,7 кН/м 3 , а пористость увеличивается до 50—58%. Влажность грунта возрастает до 36—48% и указывает на переход глин в пластичное состояние, что резко снижает их несущую способность.

Значение нормальных сил набухания глин в природном залегании достигает под торцом свай 350—400 кПа, а касательных (по боковой поверхности свай) — 30— 37 кПа. Разуплотняясь при набухании, глины поднимают толщу вышележащих покровных грунтов, которые, в свою очередь, стремятся поднять плиту фундамента или торец свай.

КАЧЕСТВЕННО

БЫСТРО

SEO оптимизация

адаптивная верстка

Ремонт в регионах

1. Главная
2. Строительство
3. Земляные работы
4. Просадочные и набухающие грунты

Согласно СНиП П-15-74, среди глинистых грунтов выделяются илы, просадочные и набухающие грунты. Илы представляют собой глинистые грунты, образовавшиеся в виде структурного осадка (при наличии микробиологических процессов), влажность которых в обычном состоянии превышает влажность на границе текучести. Илы бывают: супесчаные — с коэффициентом пористости е>9; суглинистые — с e>1 ; глинистые — с е>1,5.

Просадочные — грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственной массы при их замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку)
К просадочным грунтам относят лессы и лессовидные грунты со степенью влажности менее 0,8. Для этих грунтов величину показателя просадочности П определяют по формуле:

П=(el — e) : (1+e)
где e — коэффициент пористости грунта природных сложения и влажности;
el — коэффициент пористости при влажности на границе текучести менее нижеприведенных значений.

При числе пластичности Jр от 0,01 до 0,1—величина П менее 0,1; при Jp равном от 0,1 до 0,14 — величина П менее 0,07 и приJр от 0,14 до 0,22 — величины П менее 0,24.

Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью и начальным просадочным давлением.
Относительную просадочность грунта определяют по формуле
δпр = h’ — hпр
. . hо

где h’ —высота образца грунта природной влажности, обжатого давлением Р, с учетом массы грунта, воды и сооружения;
hпр— высота того же образца после замачивания при сохранении давления Р;
hо — то же, при естественных влажности и давлении, равных бытовому (собственная масса грунта без массы сооружения).

Виды слабых структурно неустойчивых грунтов, усложняющих условия строительства объектов

Cтруктурно-неустойчивыми называют грунты, у которых при определенных условиях резко нарушается природная структура. К ним относят грунты:

лессовые,структура к-ых нарушается при замачивании их под нагрузкой; мерзлые и вечномерзлыеструктура к-ых нарушается при их от­таивании; рыхлые пески, резко уплотняющиеся при динамических воздействи­ях; илы и чувствительные глинистые грунты, деформационные и прочно­стные св-ва к-ых резко изменяются при перемятии;набухаю­щие, к-ые при увлажнении способны существенно увеличиваться в объеме даже под нагрузкой.

Лессовые отложения, обычно залегающие под растительным слоем, они имеют небольшую влаж­ность (0,08—0,16) и сравнительно небольшой коэф-т водонасыщенности, обычно не превышающий 0,5. При замачивании загруженного лессового грунта наблюдается резкое уменьшение его объема, что приводит к просадки дневной поверхности и возведенных соор-ий. Просадка – это быстро развивающая осадка, вызванная резким изменением структуры грунта.

Наличие в мерзлом грунтенезамерзшей воды существенно отражается на его св-вах (прочность, деформативность и др.) При строител-ве часто приходится учитывать возможность увеличения объема грунта при промерзании — его морозное пучение.

Вечномерзлые грунтымогут находиться в твердомерзлом, пластичномерзлом, сыпучемерзлом состоянии.

Рыхлые пескиприродная структура легко нарушается при динамических возд-й ( вибр-и или сотрясении)

Илы и чувствительные глинырезко меняют свои прочностные и деформационные характеристики при нарушении их природной структуры даже без изменения влажности. Поэтому при разработке котлованов и возведении фундаментов в таких грунтах иногда прим-т специальные меры для сохранения их природной структуры.

Набухающие грунты.Многие глинистые грунты меняют свой объем с изменением влажности. Набухающие грунты при высыхании дают усадку к-ая может приводить к деформации сооружений, особенно выделяющее тепло.

Особенности строительства на просадочных грунтах

Обеспечение прочности и нормальной эксплуатации зданий и сооружений на просадочных грунтах достигается применением соответствующих принципов и методов строительства, которые основываются на учете природы, механизма просадочности, закономерности развития просадочных деформаций.
При проектировании оснований, фундаментов и зданий на просадочных грунтах прежде всего учитывают возможность их замачивания и возникновения просадочных деформаций. Поэтому в тех случаях, когда исключается замачивание просадочных грунтов сверху или вследствие подъема уровня грунтовых вод и возможно лишь медленное повышение влажности до установившейся за счет застройки территории, основания и фундаменты проектируют как на обычных непросадочных грунтах. Подобные условия обычно имеют место при строительстве зданий и сооружений, необорудованных водопроводом и канализацией, у которых внешние сети и возможные источники замачивания расположены на расстояниях, больших полуторной величины просадочной толщи.
При возможности и неизбежности замачивания просадочных грунтов в основании прочность и нормальная эксплуатация зданий и сооружений достигаются применением одного из следующих принципов:
а) устранения просадочных свойств грунтов;
б) прорезки просадочных грунтов глубокими фундаментами;
в) комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, водозащитные и конструктивные мероприятия.
Устранение просадочных свойств грунтов достигается применением различных методов уплотнения и закрепления и направлено на изменение природной структуры, повышение плотности, прочности, исключение просадочности грунтов и превращение их в обычные непросадочные грунты с более высокими значениями прочностных и деформационных характеристик. Основными методами уплотнения просадочных грунтов с I типом грунтовых условий по просадочности являются: поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками, вытрамбовывание котлованов, устройство грунтовых подушек, а на площадках со II типом: предварительное замачивание, в том числе с глубинными взрывами, глубинное уплотнение пробивкой скважин (грунтовыми сваями) и др. Закрепляют просадочные грунты однорастворной силикатизацией и обжигом.
Прорезка просадочных грунтов глубокими фундаментами предусматривает передачу нагрузки от фундаментов на подстилающие грунты и тем самым полное или частичное исключение влияния просадочности грунтов на осадки фундаментов. Она выполняется свайными фундаментами из забивных или набивных свай различных конструкций, столбами из закрепленного грунта.
Комплекс мероприятий направлен на частичное снижение величин просадок грунтов и приспособление конструкций зданий и сооружений к возможным просадкам грунтов в основании. При этом подготовка оснований выполняется путем уплотнения грунтов различными методами с целью полной или частичной ликвидации просадок грунтов в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов и создания в основании маловодопроницаемого экрана из уплотненного грунта, препятствующего замачиванию нижележащих просадочных грунтов и промачиванию всей просадочной толщи. Водозащитные мероприятия направлены на снижение возможности замачивания грунтов, промачивания всей просадочной толщи и тем самым снижение максимальных просадок до минимально возможных величин. Конструктивные мероприятия выполняются с целью приспособления зданий и сооружений к возможным просадкам грунтов и принимаются по расчету конструкций на неравномерные просадки в основаниях.
При выборе принципов и методов их осуществления по обеспечению прочности и нормальной эксплуатации зданий и сооружений на просадочных грунтах учитывают тип грунтовых условий по просадочности, вероятность замачивания основания на всю величину просадочной толщи или ее части, возможную величину просадки, взаимосвязь проектируемых зданий и сооружений с соседними объектами и коммуникациями и т. п. на основе, технико-экономического обоснования.
На просадочных грунтах с I типом грунтовых условий по просадочности вполне возможно применять частичное устранение просадочных свойств грунтов, а также неполную прорезку просадочных грунтов глубокими фундаментами, но с обязательным обеспечением того, чтобы суммарные величины осадок и просадок не превышали предельно допустимых для зданий и сооружений величин как по их абсолютному значению, так и степени неравномерности. В отличие от этого на просадочных грунтах со II типом грунтовых условий в связи с необходимостью учета сил нагружающего трения должно применяться только полное устранение просадочных свойств грунтов и их полная прорезка.
Устранение просадочных свойств грунтов обычно целесообразно применять для зданий и сооружений, осадки фундаментов которых на уплотненных и закрепленных грунтах не превышают допустимых для них величин, а прорезку просадочных грунтов — в грунтовых условиях, характеризующихся наличием ниже просадочной толщи слоев грунта с повышенной плотностью и несущей способностью. Комплекс мероприятий применяется, как правило, при проектировании и привязке малочувствительных к неравномерным деформациям оснований зданий и сооружений с несущими продольными и поперечными стенами.

3.Особенности строительства зданий на набухающих грунтах

При проектировании фундаментов надо решить две задачи: исключить воздействие набухания и усадки слоя сезонного увлажнения и высыхания и обеспечить неизменность объема грунта под фундаментами или добиться, чтобы перемещения фундаментов при набухании указанного грунта были меньше предельно допустимых.

Снижения интенсивности набухания удается добиться за счет максимального сокращения сроков работ по возведению фундаментов, используя при этом водонепроницаемые материалы и слабо фильтрующие обратные засыпки, а также применяют компенсирующие песчаные подушки, позволяющие частично сглаживать неравномерное набухание грунта вследствие более раномерного распределения давления на большую площадь. В некоторых случаях прибегают к предварительному замачиванию в пределах толщи набухающих грунтов. Исключить влияние неблагоприятных воздействий от набухания или усадки удается с помощью полной или частичной замены слоя набухающего грунта ненабухающим.

Применение свайных фундаментов с частичной прорезкой толщи набухающих грунтов приводит к существенному уменьшению поднятия фундаментов в случае, если нижележащий слой набухающего грунта имеет небольшую мощность и загружен значительной нагрузкой от прорезаемой толщи. При прорезке сваями набухающего грунта следует учитывать развитие сил трения по их боковым поверхностям. Если эти силы окажутся больше нагрузки, приходящейся на сваи, то фундамент может подняться, вызвав деформацию сооружения. Для полного исключения влияния возможных сезонных вертикальных колебаний поверхности грунта часто устраивают фундаменты из буронабивных свай с уширением.Основания, сложенные насыпными грунтами, необходимо проектировать с учетом их неравномерной сжимаемости, значительной неоднородности по составу, возможности самоуплотнения, особенно при динамических воздействиях, изменения гидрогеологических условий, а также возможности разложения органических включений. Насыпные грунты из шлаков и глин следует рассчитывать с учетом возможности набухания при замачивании водой.

При определении деформаций основания осадка его от внешней нагрузки и возможная осадка от уменьшения влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта определяется в предположении, что осадки основания от внешней нагрузки стабилизировались

Помимо требований II группы предельных состояний насыпные грунты должны удовлетворять основным условиям расчета и по несущей способности (I группа предельных состояний).