ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИМ. Н. М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

 

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

 

МОСКВА 1978

СОДЕРЖАНИЕ

Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений составлено в развитие главы СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений» и приводит рекомендации, детализирующие эти нормы проектирования по вопросам номенклатуры грунтов и методов определения расчетных значений их характеристик; принципов проектирования оснований и прогнозирования изменения уровня грунтовых вод; вопросов глубины заложения фундаментов; методов расчета оснований по деформациям и по несущей способности; особенностей проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых на региональных видах грунтов, а также расположенных в сейсмических районах и на подрабатываемых территориях.

Руководство предназначено для использования в проектных и изыскательских организациях, обслуживающих строительство промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений развивает требования главы СНиП II-15-74 и приводит рекомендации и примеры расчета оснований по вопросам, изложенным в этой главе норм, за исключением вопросов, касающихся особенностей проектирования оснований опор линий электропередачи, а также мостов и водопропускных труб.

Руководство составлено НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР при участии института «Фундаментпроект» Минмонтажспецстроя СССР, представившего материалы по расчету несущей способности оснований и осадок фундаментов, а также характеристикам грунтов, ПНИИИС Госстроя СССР - по прогнозированию уровня грунтовых вод и Днепропетровского инженерно-строительного института (ДИСИ) Минвуза УССР - по особенностям проектирования оснований, сложенных элювиальными грунтами.

Руководство разрабатывалось лабораториями НИИОСП: естественных оснований и конструкций фундаментов, методов исследования грунтов, механики грунтов, строительства на просадочных грунтах, строительства на слабых грунтах, динамики грунтов, физикохимии мерзлых грунтов.

Руководство составляли: раздел 1 «Общие положения» - канд. техн. наук М.Г. Ефремов; раздел 2 «Номенклатура грунтов» - канд. техн. наук О.И. Игнатова; раздел 3 «Проектирование оснований»: подразделы «Общие указания» и «Нагрузки» - канд. техн. наук А.В. Вронский; подраздел «Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов» - кандидаты техн. наук О.И. Игнатова и В.В. Михеев; подразделы «Глубина заложения фундаментов» и «Расчет устойчивости фундаментов при морозном пучении» - д-р техн. наук М.Ф. Киселев; подраздел «Грунтовые воды» - канд. техн. наук. М.Г. Ефремов, инж. З.П. Гавшина и канд. техн. наук Е.С. Дзекцер (ПНИИИС); подраздел «Расчетные давления на грунты основания» - канд. техн. наук М.Г. Ефремов; «Принципы расчета» и «Расчет деформаций» - кандидаты техн. наук А.В. Вронский и Т.А. Маликова, д-р техн. наук, проф. К.Е. Егоров; «Расчет оснований по несущей способности» - канд. техн. наук A.С. Снарский и инж. М.Л. Моргулис (Фундаментпроект); «Мероприятия по снижению влияния деформаций оснований»- канд. техн. наук А.В. Вронский; указания по прерывистым фундаментам - д-р техн. наук, проф. Е.А. Сорочан; указания по рыхлым пескам - кандидаты техн. наук Д.Е. Польшин и С.В. Довнарович; указания по натурным измерениям деформаций - инж. Е.М. Перепонова; разделы 4 - 12 «Особенности проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых: 4... на просадочных грунтах» - д-р техн. наук B.И. Крутов; 5... на набухающих грунтах» - д-р техн. наук, проф. Е.А. Сорочан; 6... на заторфованных грунтах» - канд. техн. наук П.А. Коновалов; 7... на илах»-канд. техн. наук Д.Е. Польшин; 8... на элювиальных грунтах» - д-р техн. наук, проф. В.Б. Швец, кандидаты техн. наук И.С. Швец и В.В. Павлов (ДИСИ); 9... на засоленных грунтах» - канд. техн. наук В.П. Петрухин; 10... на насыпных грунтах» - д-р техн. наук В.И. Крутов; 11... на подрабатываемых территориях»-канд. техн. наук А. И. Юшин; )2... в сейсмических районах» - д-р техн. наук В.А. Ильичев и канд. техн. наук Л.Р. Ставницер.

Руководство разработано под общей редакцией: д-ра техн. наук, проф. Е.А. Сорочана, кандидатов техн. наук В.В. Михеева, М.Г. Ефремова, А.В. Вронского.

Использованный в Руководстве текст главы СНиП И-15-74 выделен полужирным шрифтом и его пункты, формулы, таблицы и рисунки имеют двойную нумерацию: вначале по Руководству и затем в скобках по главе СНиП. В случае использования текста приложений к главе СНиП к номеру в скобках приписывается номер приложения.

Если внутри цитированного текста главы СНиП есть ссылка на какие-либо ее пункты, то их нумерация в этом тексте сохранена по главе СНиП, а для удобства пользования в скобках приведена нумерация по Руководству.

Раздел 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Руководство, составленное в развитие главы СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений», рекомендуется использовать при проектировании оснований промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений всех областей строительства, В том числе городского и сельскохозяйственного, промышленного и транспортного.

В Руководстве не рассматриваются вопросы проектирования оснований опор воздушных линий электропередачи и оснований мостов и водопропускных труб.

1.2(1.1). Нормы настоящей главы должны соблюдаться при проектировании оснований зданий и сооружений.

Примечание. Нормы настоящей главы, кроме разд. 2 «Номенклатура грунтов оснований», не распространяются на проектирование оснований гидротехнических сооружений, дорог, аэродромных покрытий, зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, а также оснований свайных фундаментов, глубоких опор и фундаментов под машины с динамическими нагрузками.

1.3(1.2). Основания зданий и сооружений должны проектироваться на основе:

а) результатов инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий и данных о климатических условиях района строительства;

б) учета опыта возведения зданий и сооружений в аналогичных инженерно-геологических условиях строительства;

в) данных, характеризующих возводимое здание или сооружение, его конструкции и действующие на фундаменты нагрузки, воздействия и условия последующей эксплуатации;

г) учета местных условий строительства;

д) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектного решения, имея в виду необходимость принятия оптимального решения, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов (или других подземных частей конструкций) с оценкой решений по приведенным затратам.

1.4(1.3). Инженерно-геологические исследования грунтов оснований зданий и сооружений должны проводиться в соответствии с требованиями главы СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства, а также с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий и сооружений.

1.5. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания должны выполняться согласно требованиям:

а) главы СНиП по инженерным изысканиям для строительства;

б) «Инструкции по инженерным изысканиям для городского и поселкового строительства» СН 211-62 и «Инструкции по инженерным изысканиям для промышленного строительства» СН 225-62;

в) ГОСТов на испытание грунтов:

55181-78 - Грунты. Метод лабораторного определения удельного веса

5182-78 - Грунты. Метод лабораторного определения объемного веса

5180-75 - Грунты. Метод лабораторного определения влажности

12536-67 - Грунты. Метод лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава

5183-77 - Грунты. Методы лабораторного определения границ раскатывания и текучести

10650-72 - Торф. Метод определения степени разложения

12248-66 - Грунты. Метод лабораторного определения сопротивления срезу песчаных и глинистых грунтов на срезных приборах в условиях завершенной консолидации

12374-77 - Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками

17245-71 - Грунты. Метод лабораторного определения временного сопротивления при одноосном сжатии

19912-74 - Грунты. Метод полевого испытания динамическим зондированием

20069-74 - Грунты. Метод полевого испытания статическим зондированием

20276-74 - Грунты. Метод полевого определения модуля деформации прессиометрами

23161-78 - Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности

20522-75 - Грунты. Метод статистической обработки результатов определений характеристик

1.6. Данные о климатических условиях района строительства должны применяться по указаниям главы СНиП по строительной климатологии и геофизике.

1.7. Для возможности учета при проектировании оснований опыта строительства необходимо иметь данные об инженерно-геологических условиях этого района, о конструкциях возводимых зданий и сооружений, нагрузках, типах и размерах фундаментов, давлениях на грунты основания и о наблюдавшихся деформациях оснований и сооружений.

Наличие указанных данных позволит в лучшей степени оценить инженерно-геологические условия проектируемого объекта, в том числе и характеристики грунтов, выбрать наиболее рациональные типы и размеры фундаментов, их глубину заложения и т. д.

1.8. Для возможности учета местных условий строительства должны быть выявлены данные о производственных возможностях строительной организации, ее парке оборудования, ожидаемых климатических условиях на весь период устройства оснований и фундаментов, а также всего нулевого цикла.

Эти данные могут оказаться решающими в вопросах выбора типа фундаментов (например, на естественном основании или свайного), глубины их заложения, метода подготовки основания и пр.

1.9. Конструктивное решение проектируемого здания или сооружения и условий последующей эксплуатации необходимо для выбора типа фундамента, учета влияния верхних конструкций на работу оснований, для уточнения требований к допустимой величине деформаций и пр.

1.10. Технико-экономическое сравнение возможных вариантов проектных решений по основаниям и фундаментам необходимо для выбора наиболее экономичного и надежного проектного решения, исключением необходимости в его последующей корректировке в процессе строительства с неизбежными при этом дополнительными затратами материальных средств и времени.

1.11(1.4). Результаты инженерно-геологических исследований грунтов должны содержать данные, необходимые для решения вопросов:

выбора типа оснований и фундаментов, определения глубины сложения и размеров фундаментов с учетом прогноза возможных изменений в процессе строительства и эксплуатация инженерно-геологических и гидрогеологических условий, в том числе свойств грунтов;

выбора в случае необходимости методов улучшения свойств грунтов основания;

установления вида и объема инженерных мероприятий по освоению площадки строительства.

1.12(1.5). Проектирование оснований зданий и сооружений без соответствующего инженерно-геологического обоснования или при его недостаточности для решения вопросов, предусмотренных в п. 1.4 настоящей главы (п. 1.11 Рук.), не допускается.

1.13. Результаты инженерно-геологических и гидрогеологических исследований, излагаемые в отчете об изысканиях, должны содержать:

а) сведения о местоположении территории предполагаемого строительства, о ее климатических и сейсмических условиях и о ранее выполненных исследованиях грунтов и грунтовых вод;

б) сведения об инженерно-геологическом строении и литологическом составе толщи грунтов и о наблюдаемых неблагоприятных физико- и инженерно-геологических и других явлениях (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные подработки и т. п.);

в) сведения о гидрогеологических условиях с указанием высотных отметок появившихся и установившихся уровней грунтовых вод, амплитуды их колебаний и величин расходов воды; сведения о наличии гидравлических связей горизонтов вод между собой и ближайшими открытыми водоемами, а также сведения об агрессивности вод в отношении материалов конструкций фундаментов;

г) сведения о грунтах строительной площадки, в которых приводится описание в стратиграфической последовательности напластований грунтов сжимаемой толщи основания. Должны быть отмечены форма залегания грунтовых образований, их размеры в плане и по глубине, возраст, происхождение и номенклатурные виды, состав и состояние грунтов, относящихся к различным номенклатурным видам; приведены для выделенных слоев грунта величины физико-механических характеристик.

К числу этих характеристик относятся:

удельный вес, объемный вес и влажность для всех видов грунтов;

коэффициент пористости для нескальных грунтов;

гранулометрический состав для крупнообломочных и песчаных грунтов;

число пластичности, консистенция и удельное сопротивление пенетрации для глинистых грунтов;

угол внутреннего трения, удельное сцепление и модуль деформации для всех видов нескальных грунтов;

коэффициент фильтрации;

коэффициент консолидации для водонасыщенных глинистых грунтов при консистенции I_L>0,5, заторфованных грунтов, торфов и илов;

временное сопротивление при одноосном сжатии, коэффициент размягчаемости и степень выветрелости для скальных грунтов;

относительная просадочность, а также величины начального давления и начальной критической влажности для просадочных грунтов;

относительное набухание, давление набухания и линейная усадка для набухающих грунтов;

коэффициент выветрелости для элювиальных крупнообломочных грунтов;

количественный и качественный состав засоления для засоленных грунтов и торфов;

содержание растительных остатков для нескальных грунтов (степень заторфованности) и степень разложения заторфованных грунтов.

В отчете обязательно указываются применяемые методы лабораторных и полевых определений характеристик грунтов.

К отчету прилагаются таблицы и ведомости показателей физико-механических характеристик грунтов, схемы установок, примененных при полевых испытаниях, а также колонки грунтовых выработок и инженерно-геологические разрезы. На последних должны быть отмечены все места отбора проб грунтов и пункты полевых испытаний грунтов;

д) прогноз изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий территории (площадки) строительства при возведении и эксплуатации зданий и сооружений.

Характеристики грунтов должны быть представлены их нормативными значениями, а удельное сцепление, угол внутреннего трения, объемный вес и временное сопротивление одноосному сжатию скальных грунтов - также и расчетными значениями. Правила вычисления нормативных и расчетных значений приведены в пп. 3.49-3.65 (3.10-3.16).

1.14. Прогноз возможных изменений гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации сооружений выполняется по указаниям пп. 3.105-3.112 (3.17-3.20), а учет возможных при этом изменений строительных свойств грунтов производится по указаниям пп. 3.98-3.103.

Раздел 2
НОМЕНКЛАТУРА ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ

2.1(2.1). Грунты оснований зданий и сооружений должны именоваться в описаниях результатов изысканий, проектах оснований, фундаментов и других подземных частей зданий и сооружений согласно номенклатуре грунтов, установленной настоящим разделом норм.

Наименования грунтов должны сопровождаться сведениями об их геологическом возрасте и происхождении.

В необходимых случаях к наименованиям грунтов и их характеристикам, предусмотренным номенклатурой грунтов, допускается вводить дополнительные наименования и характеристики (зерновой состав глинистых грунтов, степень и качественный характер засоления грунтов, вид скальных пород, из которых образовались элювиальные грунты, подверженность атмосферному выветриванию при обнажении поверхности, крепость при разработке и т. п.), учитывающие вид и особенности строительства, а также местные геологические условия. Эти дополнительные наименования и характеристики не должны противоречить номенклатуре грунтов настоящих норм.

2.2. При описании результатов изысканий, используемых для составления проектов оснований и фундаментов всех видов зданий и сооружений, следует использовать единую систему наименований грунтов.

Правильное наименование видов грунтов и определение всех характеристик их состояния необходимо для решения таких вопросов, как выбор наиболее экономичного типа фундамента, методов улучшения свойств грунтов основания, способов производства работ по устройству оснований и фундаментов и т. д.

Единая система наименований видов грунтов и единая терминология для описания их состояния дает возможность более полно использовать архивные материалы ранее выполненных изысканий и тем самым уменьшить объемы изыскательских работ, а также проводить статистические обобщения для составления таблиц характеристик грунтов.

2.3. В номенклатуре отражены лишь важнейшие подразделения грунтов и характеристики, наиболее определяющие поведение грунтов под нагрузкой.

В необходимых случаях разрешается вводить дополнительные подразделения грунтов и характеристики, которые, однако, не должны противоречить номенклатуре настоящего раздела. Эти дополнительные подразделения и характеристики, учитывающие вид и особенности строительства, приводятся в нормах проектирования соответствующих видов зданий и сооружений.

Примеры. При разделении глинистых грунтов на виды в настоящей номенклатуре используется число пластичности и выделяются три вида глинистых грунтов: супеси, суглинки и глины. В соответствии с «Указаниями по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог» (СН 449-72 глинистые грунты дополнительно подразделяются на разновидности и при этом наряду с числом пластичности используются данные зернового анализа (табл. 2.1). При этом в Указаниях подчеркивается, что в случаях расхождения вида грунта, устанавливаемого по содержанию песчаных частиц и по числу пластичности, следует принимать наименование грунта, соответствующее числу пластичности.

В этих же нормах содержится классификация засоленных грунтов по степени засоления (с учетом его качественного характера), разработанная применительно к дорожному строительству и учитывающая особенности этого вида строительства.

Дополнительные наименования и характеристики вечномерзлых грунтов, учитывающие особенности этих грунтов, приводятся в нормах проектирования оснований и фундаментов зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах и т. д.

Таблица 2.1

Примечание: Для супесей легких крупных учитывается содержание частиц размером 2 - 0,25 мм.

2.4. При описании грунтов в инженерно-геологическом отчете должны приводиться сведения о их геологическом возрасте и происхождении. Эти сведения необходимы для пользования таблицами прочностных и деформационных характеристик [табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.14 (3 прил. 2)].

2.5(2.2). Грунты подразделяются на скальные и нескальные:

а) к скальным грунтам относятся:

изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива;

б) к нескальным грунтам относятся:

крупнообломочные - несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу обломков кристаллических или осадочных пород с размерами частиц более 2 мм;

песчаные - сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (грунт не раскатывается в шнур диаметром 3 мм или число пластичности его I_P<0,01);

глинистые - связные грунты, для которых число пластичности I_P≥0,01.

Примечание. Числом пластичности грунта I_P называется разность влажностей, выраженных в долях единицы, соответствующих двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания (пластичности) W_P.

2.6. Скальные грунты в большинстве своем резко отличаются по своим свойствам от нескальных грунтов. Скальные грунты практически несжимаемы при тех величинах нагрузок, которые обычно имеют место в гражданских и промышленных зданиях и сооружениях. Поэтому при строительстве на этих грунтах расчет ведется только по первому предельному состоянию - по несущей способности (прочности) основания.

Для нескальных грунтов, как более слабых и сжимаемых, основным расчетом является расчет по второму предельному состоянию - по деформациям, а в ряде случаев, оговоренных нормами, делается также проверка несущей способности основания.

2.7(2.3). Скальные грунты подразделяются на разновидности согласно табл. 2.2(1) в зависимости от:

временного сопротивления одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии R_c;

коэффициента размягчаемое K_рз (отношение временных сопротивлений одноосному сжатию в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии);

степени выветрелости K_вс (отношение объемного веса образца выветрелого грунта к объемному весу невыветрелого образца того же грунта).

Для скальных грунтов, способных к растворению в воде (каменная соль, гипс, известняк и т. п.), следует устанавливать степень их растворимости.

Таблица 2.2(1)

2.8. Скальные грунты по происхождению подразделяются на изверженные (магматические), метаморфические и осадочные (табл. 2.3).

Таблица 2.3

2.9. Прочность скальных грунтов, характеризуемая временным сопротивлением одноосному сжатию K_вс, изменяется в широких пределах и зависит от условий образования скальных пород, их минерального состава и состава цемента, а также степени выветрелости. По значениям K_вс, определяемым на водонасыщенных образцах, скальные грунты подразделяются согласно табл. 2.2(1).

2.10. Для характеристики степени снижения прочности скальных грунтов при водонасыщении необходимо определять коэффициент размягчаемости в воде K_рз путем испытания образцов скальных пород в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии.

К скальным грунтам, значительно снижающим (до 2-3 раз) прочность при водонасыщении, следует отнести: глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. Перечисленные грунты относятся к полускальным.

2.11. Для скальных грунтов, растворяющихся в воде, необходимо указывать степень их растворимости, которая зависит от состава минеральных зерен и состава цемента. Магматические и метаморфические скальные породы, а также осадочные сцементированные породы с кремнистым цементом (кремнистые конгломераты, брекчии, песчаники, известняки, опоки) не растворяются в воде. К растворимым относятся следующие скальные грунты, перечисленные в порядке возрастания степени их растворимости:

труднорастворимые - известняки, доломиты, известковистые конгломераты и песчаники, растворимость которых в воде составляет от нескольких десятков до нескольких сотен миллиграммов на литр;

среднерастворимые - гипс, ангидрит, гипсоносные конгломераты, растворимость которых в воде составляет несколько граммов на литр;

легкорастворимые - каменная соль, имеющая растворимость более 100 г/л.

В результате фильтрации воды через трещины в растворимых скальных породах возможно образование карстовых полостей.

2.12. Скальные грунты, подвергаясь природным процессам выветривания, теряют свою сплошность в залегании, становятся трещиноватыми, а затем разрушаются до кусков различной крупности, промежутки между которыми заполняются мелкозернистым материалом. В результате выветривания свойства скального грунта ухудшаются.

Оценка скальных грунтов по степени выветрелости K_вс производится путем сопоставления объемного веса образца выветрелой породы в условиях природного залегания γ с объемным весом невыветрелой (монолитной) породы γ_м. Для магматических пород величина γ_м может быть принята равной удельному весу породы, взятому из справочных данных.

Пример. При изысканиях на одной из площадок на глубине 8 м под толщей четвертичных отложений были обнаружены известняки каменноугольной системы. При этом в верхней части известняки были выветрены в наибольшей степени, затем они сменялись трещиноватой скалой, которая переходила в невыветрелую (монолитную) породу. Из всех трех указанных зон были отобраны образцы для определения временного сопротивления одноосному сжатию, для которых был определен также объемный вес. Для верхнего наиболее выветрелого слоя известняков были получены по 9 образцам следующие значения объемного веса γ₁, гс/см³: 2,02; 2,09; 1,81; 1,96; 2,12; 2,34; 2,21; 2,00; 1,92. Среднее значение составило γ_м = 2,05 гс/см³.

Для невыветрелого монолитного известняка по семи образцам были получены следующие значения объемного веса γ_м, гс/см³: 2,58; 2,68; 2,54; 2,65; 2,84; 2,78; 2,98. Среднее значение составило  = 2,72 гс/см³. Отношение объемных весов  и  составляет 0,75, что менее 0,8. Следовательно, верхняя толща известняка относится к сильновыветрелому скальному грунту.

2.13. Для грунтов, находящихся на границе раздела скальных и нескальных грунтов (например, полускальные грунты и твердые прочные глины), допускается решать вопрос об отнесении их к одной из указанных групп на основе местного опыта исследований и строительства на этих грунтах.

2.14(2.4). Крупнообломочные и песчаные грунты в зависимости от зернового состава подразделяются на виды согласно табл. 2.4(2).

Таблица 2.4(2)

Наименования крупнообломочных и песчаных грунтов, установленные по табл. 2.4(2), должны дополняться указанием о степени неоднородности их зернового состава U, определяемой по формуле:

где d₆₀ - диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содержится (по весу) 60% частиц;

d₁₀ - диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содержится (по весу) 10% частиц.

При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30 % общего веса воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта должно приводиться также наименование вида заполнителя и указываться характеристики его состояния. Вид заполнителя устанавливается по табл. 2.4(2) или 2.12(6) после удаления из образцов крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.

Таблица 2.5

2.15. Для определения зернового (гранулометрического) состава производят ситовой анализ пробы грунта. Для песков гранулометрический состав определяют в соответствии с действующим ГОСТом. Для крупнообломочных грунтов применяется аналогичная методика, однако проба грунта увеличивается до 2-4 кгс и используются сита с большим диаметром отверстий.

В инженерно-геологической практике наиболее часто применяют наименования частиц грунта в зависимости от их крупности согласно табл. 2.5.

Для установления наименования грунта после рассева пробы последовательно суммируются проценты содержания частиц различной крупности.

Пример. Для песчаного грунта были получены результаты гранулометрического анализа, приведенные в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Суммарный состав частиц крупнее 2 мм составляет 0 %, значит песок не гравелистый;

суммарный состав частиц крупнее 0,5 мм составляет 14,9 %, значит песок не крупный;

суммарный состав частиц крупнее 0,25 мм составляет 55,1 %, что более 50 %, значит грунт является песком средней крупности.

2.16. Для определения степени неоднородности крупнообломочных и песчаных грунтов строят интегральную кривую гранулометрического состава (рис. 2.1). На оси абсцисс откладывают диаметры частиц в мм (для сокращения размеров графика по горизонтали рекомендуется логарифмический масштаб), а по оси ординат - процентное содержание частиц нарастающим итогом. При этом суммирование начинают с самой мелкой фракции.

Определение величины U в обязательном порядке требуется для проектирования гидротехнических сооружений и дорог.

Пример. На рис. 2.1 приведена интегральная кривая, построенная по данным табл. 2.6. Проведя горизонтальные прямые, соответствующие 10 и 60 %, до пересечения с кривой, получим, что d₁₀ = 0,09 и d₆₀ = 0,3 мм. Таким образом, (U = 3,3. Пески считают неоднородными при U>3.

Рис. 2.1. интегральная кривая гранулометрического состава песка в полулогарифмическом масштабе

2.17. Крупнообломочные грунты содержат заполнитель, к которому относят частицы мельче 2 мм. Свойства крупнообломочного грунта в значительной степени зависят от вида заполнителя (песчаный или глинистый), его процентного содержания и характеристик его состояния.

Вид заполнителя и характеристики его состояния необходимо указывать, если песчаного заполнителя содержится более 40%, а глинистого - более 30 %. При установлении расчетного давления на основания, сложенные крупнообломочными грунтами, допускается прочностные характеристики (c и φ) определять по заполнителю, если его содержание превышает указанные выше величины [п. 3.187(3.54)]. При меньшем содержании заполнителя свойства крупнообломочного грунта должны устанавливаться испытаниями грунта в целом. Для установления вида заполнителя из крупнообломочного грунта удаляют частицы крупнее 2 мм. Определяют следующие характеристики заполнителя: влажность, объемный вес и коэффициент пористости, а для глинистого заполнителя - дополнительно число пластичности и показатель консистенции.

Для определения объемного веса, коэффициента пористости и характеристик с и φ грунта-заполнителя отбирают пробы ненарушенного сложения из одного заполнителя. При этом для определения с и φ песчаного заполнителя в случае невозможности отбора проб ненарушенного сложения допускается формировать искусственные образцы той же плотности и влажности.

Таблица 2.7(3)

2.18(2.5). Крупнообломочные грунты, подвергшиеся природным процессам выветривания и содержащие более 10% частиц размером менее 2 мм, подразделяются по значениям коэффициента выветрелости K_вк согласно табл. 2.7(3).

Коэффициент выветрелости обломков крупнообломочных грунтов K_вк определяется испытанием грунта на истирание во вращающемся полочном барабане и вычисляется по формуле:

где K₁ - отношение веса частиц размером менее 2 мм к весу частиц размером более 2 мм после испытания на истирание;

K₀ - то же, до испытания на истирание.

Примечание. Величина K₀ характеризует собой природную степень распада крупнообломочного грунта.

2.19. Коэффициент выветрелости K_вк следует определять для элювиальных крупнообломочных грунтов, содержащих не менее 10 % по весу заполнителя (частиц размером менее 2 мм). Для этого берется проба крупнообломочного грунта нарушенного сложения весом 2-2,5 кгс. Пробу испытывают на истирание во вращающемся полочном барабане (рис. 2.2) с числом оборотов в интервале 50-70 в 1 мин.

Испытания проводят циклами вращения барабана по 2 мин, устанавливая каждый раз просеиванием на сите с диаметром отверстий 2 мм вес частиц размером менее 2 мм - g₁ и более 2 мм - g₂.

В тех случаях когда выход частиц менее 2 мм за первые два цикла вращения составляет не более 10 % веса всей испытываемой пробы, обломки оценивают как весьма прочные и дальнейшее испытание на истирание не производят. В этом случае грунт относят к невыветрелому (K_вк≤0,5). Если выход частиц менее 2 мм за первые два цикла находится в пределах 11-25 %, за природную степень разрушения K₀ принимается отношение весов g₁ и g₂ после четырехминутного испытания грунта в барабане. При выходе частиц, менее 2 мм за первые два цикла свыше 25 % за природную степень разрушения принимается значение K₀, установленное до начала испытания в барабане.

Испытания на истирание грунта во втором и третьем случаях продолжают до тех пор, пока выход частиц менее 2 мм после очередного двухминутного цикла не станет менее, или равным 1 % начального веса испытываемой пробы. Указанное соответствует отказу в истирании, достижение которого в зависимости от минералогического и зернового состава происходит обычно после 8-12 циклов вращения (с учетом начальных двух циклов).

Рис. 2.2. Полочный барабан для определения коэффициента выветрелости крупнообломочных грунтов

а - общий вид прибора; б - разрез барабана;

1 - шарниры; 2 - обечайки; 3 - уголок 50×50×5; 4 - боковые стенки; 5 - ребро жесткости; 6 - втулка

2.20. Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов, образовавшихся в результате выветривания осадочных пород: аргиллита, алевролита и мергеля, а также глинистых сланцев - допускается устанавливать путем выявления изменения зернового состава грунта при кратковременном дополнительном выветривании (в полевых или лабораторных условиях), состоящем из 3-4 циклов попеременного увлажнения и высушивания грунта. Значения коэффициентов K₁ и K₀ в формуле (2.2)(2) устанавливают при ситовом анализе соответственно после указанных циклов увлажнения и высушивания K₁ и до начала кратковременного выветривания K₀.

2.21. Предварительную оценку степени выветрелости элювиального крупнообломочного грунта, сформировавшегося как из магматических, так и осадочных пород, допускается делать приближенно на основе их зернового состава.

Невыветрелому состоянию соответствуют глыбовые и щебенистые грунты, в составе которых вес частиц крупнее 10 мм составляет более 50 %, а размером до 0,1 мм - менее 5 % по весу, при этом обломки не размягчаются в воде и не разламываются руками. Для слабовыветрелых грунтов вес частиц крупнее 10 мм составляет менее 50 %, а размером до 0,1 мм - от 5 до 10 %; обломки частично размягчаются в воде, но не растираются руками. Для сильновыветрелых грунтов вес частиц крупнее 2 мм составляет более 50 %, а размером до 0,1 мм - более 10 %; обломки размягчаются в воде, легко разламываются и растираются руками.

2.22(2.6). Крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются по степени влажности G (доле заполнения объема пор грунта водой) согласно табл. 2.8 (4).

Степень влажности G определяется по формуле:

где W - природная влажность грунта в долях единицы;

γ_s - удельный вес грунта;

γ_W - удельный вес воды, принимаемый равным 1;

е - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности.

Таблица 2.8(4)

Природную влажность крупнообломочного грунта W определяют испытанием его пробы без отделения обломков пород от заполнителя или раздельным испытанием как обломков, так и заполнителя.

В последнем случае влажность крупнообломочного грунта определяется по формуле:

где W₁ и W₂ - соответственно влажности заполнителя и крупнообломочных включений (частиц крупнее 2 мм);

η - содержание крупнообломочных включений в долях единицы;

K_вк - коэффициент выветрелости, определяемый по указаниям п. 2.5 настоящей главы (п. 2.18 Рук.)

Таблица 2.9

2.23. По формуле (2.3) (3) вычисляется степень влажности крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов.

Величину удельного веса песчаных и глинистых грунтов определяют в соответствии с действующим ГОСТом. Ориентировочные значения удельных весов песчаных и глинистых грунтов, не содержащих водорастворимых солей и растительных остатков, приведены в табл. 2.9.

Удельный вес крупнообломочных грунтов в целом определяют опытным путем, используя большие пикнометры, или рассчитывают в зависимости от удельных весов отдельно крупнообломочных включений и заполнителя и их процентного содержания в пробе грунта. Удельные веса крупнообломочных включений и заполнителя находят при этом опытным путем.

Формулы для определения некоторых физических характеристик грунтов приведены в табл. 2.10.

Таблица 2.10

2.24. Объемный вес песчаных и глинистых грунтов определяют в соответствии с действующим ГОСТом. Аналогично может быть определен объемный вес крупнообломочного грунта с глинистым заполнителем, для которого возможен отбор образца без нарушения его природного сложения. Для несвязных крупнообломочных грунтов (а также и связных) объемный вес определяют в полевых условиях методом «шурфа-лунки» или радиоизотопным методом.

2.25. Влажность песчаных и глинистых грунтов определяют в соответствии с действующим ГОСТом. Влажность крупнообломочного грунта в целом можно определить методом высушивания с использованием пробы грунта весом до 2-3 кгс. Допускается определять влажность крупнообломочного грунта в целом по формуле (2.4) (4), предварительно определив влажность крупнообломочных включений и заполнителя. Влажность обломков определяют высушиванием пробы из одних обломков. Влажность заполнителя определяют следующим образом. Отбирают пробу крупнообломочного грунта, состоящую преимущественно из заполнителя, откидывая наиболее крупные обломки. Влажность этой пробы находят высушиванием. Затем этот грунт просеивают через сито с диаметром отверстий 2 мм и определяют содержание частиц размером более 2 мм. Влажность заполнителя W₁ рассчитывают по формуле:

где W - влажность пробы в целом в долях единицы;

W₂ - влажность крупнообломочных включений в долях единицы;

η - содержание крупнообломочных включений в пробе в долях единицы.

Влажность заполнителя используется для характеристики его состояния, а в случае глинистого заполнителя - для вычисления показателя консистенции.

В формуле (2.4) (4) учитывается степень выветрелости крупнообломочных включений, определяющая их водопоглощающую способность. При наличии невыветрелых обломков K_вк = 0.

2.26(2.7). Пески по плотности их сложения подразделяются согласно табл. 2.11 (5) в зависимости от величины коэффициента пористости е, определенного в лабораторных условиях по образцам, отобранным без нарушения природного сложения грунта, или в зависимости от результатов зондирования грунтов.

2.27. При соответствующем обосновании в качестве дополнительной характеристики плотности песчаных грунтов допускается использовать степень плотности, получаемую путем сравнения коэффициента пористости грунта природного сложения с коэффициентами пористости того же грунта в предельно плотном и предельно рыхлом состояниях. Однако во всех случаях необходимо указывать наименование песка по плотности на основе коэффициента пористости по табл. 2.11 (5).

Отбор образцов грунта ненарушенного сложения производят в соответствии с действующим ГОСТом.

Пример. Из слоя песка средней крупности было отобрано 12 образцов ненарушенного сложения и определены коэффициенты пористости: 0,52; 0,53; 0,54; 0,55; 0,57; 0,57; 0,58; 0,58; 0,60; 0,60; 0,61 и 0,61. В этом ряду часть значений относит песок к плотному сложению, а другая часть - к средней плотности. Если этот факт не связан с наличием в рассматриваемом слое песка линз, то необходимо вычислить среднее значение е. Это значение составляет е = 0,57. Следовательно, песок необходимо отнести к грунту средней плотности.

2.28. Статическое и динамическое зондирование песчаных грунтов с целью определения плотности их сложения производят в соответствии с действующим ГОСТом.

При одновременном определении плотности сложения песков методами зондирования и отбором проб ненарушенного сложения значения p_q и p_д, приведенные в табл. 2.11 (5), могут быть уточнены для грунтов данной площадки.

Таблица 2.11(5)

2.29(2.8). Глинистые грунты подразделяются на виды в зависимости от числа пластичности согласно табл. 2.12 (6).

Таблица 2.12(6)

2.30. Число пластичности I_p глинистых грунтов вычисляют по формуле:

где W_L - влажность на границе текучести в долях единицы;

W_p - влажность на границе раскатывания в долях единицы.

Влажность глинистых грунтов на границах текучести и раскатывания определяют в соответствии с действующими ГОСТами.

Вид глинистого грунта необходимо устанавливать по нормативному, т. е. среднеарифметическому значению числа пластичности.

Пример. Для слоя глинистого грунта было получено 10 определений числа пластичности: 0,10; 0,12; 0,12; 0,14; 0,15; 0,15; 0,17; 0,17; 0,18; 0,20.

Рис. 2.3. Графики корреляционных зависимостей между числом пластичности I_p и границей текучести W_L глинистых грунтов

1 - аллювиальных; 2 - делювиальных; 3 - озерно-аллювиальных; 4 - моренных; 5 - элювиальных; 6 - юрских

Таблица 2.13(7)

В этом ряду два значения I_p (0,18 и 0,20) относятся к глинам, остальные - к суглинкам. Если указанные два значения I_p не связаны с наличием в слое суглинка линзы глины, то необходимо по всем опытным данным вычислить среднее значение I_p. Оно равно 0,15, следовательно, глинистый грунт следует отнести к; суглинку.

2.31. Характеристики пластичности W_L и W_p и число пластичности I_p изменяются в довольно широких пределах, однако между всеми тремя характеристиками наблюдается тесная взаимосвязь, показывающая, что с возрастанием одной из характеристик возрастают соответственно две другие. Особенно тесная взаимосвязь наблюдается между числом пластичности и границей текучести. На рис. 2.3 приведены корреляционные зависимости I_p = f(W_L) для некоторых генетических групп глинистых грунтов, которые могут быть использованы как справочные данные. При этом средняя квадратичная ошибка числа пластичности по этим зависимостям составляет 0,02-0,03.

Число пластичности обнаруживает также связь с коэффициентом пористости глинистых грунтов. В целом с увеличением числа пластичности наблюдается тенденция увеличения коэффициента пористости глинистых грунтов. Наиболее типичны следующие диапазоны изменения коэффициента пористости по видам глинистого грунта: для супесей - 0,30-0,85; для суглинков - 0,45-1,15; для глин - 0,60-1,80.

2.32. Для глинистых грунтов, содержащих более 15 % крупнообломочных включений (частиц размером более 2 мм), необходимо это указывать в их наименовании.

Значительное содержание крупнообломочных включений влияет на свойства глинистого грунта. Наличие включений необходимо учитывать при выборе методов исследования этих грунтов, а также способов разработки их при устройстве фундаментов.

2.33(2.9). Глинистые грунты различаются по показателю консистенции I_L согласно табл. 2.13(7).

Показатель консистенции определяется по формуле:

где W,W_p,W_L - те же обозначения, что и в пп. 2.2 и 2.6 настоящей главы (пп. 2.5 и 2.22 Рук.)

2.34(2.10). Глинистые грунты по удельному сопротивлению пенетрации, кгс/см², подразделяются согласно табл. 2.14 (8).

Удельное сопротивление пенетрации p_п определяется при погружении в образец грунта конуса с углом при вершине 30° и вычисляется по формуле:

где Р - вертикальное усилие, передаваемое на конус, кгс;

h - глубина погружения конуса, см.

Таблица 2.14(8)

2.35. Глинистые грунты в зависимости от их плотности и влажности могут находиться в различном состоянии, которое характеризуется показателем консистенции I_L, установленным на образцах грунта с нарушенной структурой.

В качестве лабораторной характеристики, отражающей прочность грунта ненарушенного сложения, в номенклатуру грунтов включено удельное сопротивление пенетрации. Пенетрацией называется внедрение в грунт конического наконечника на глубину, не превышающую высоту конуса. Метод пенетрации следует рассматривать как простейший лабораторный метод, результаты которого позволяют получать сравнительную оценку свойств глинистых грунтов.

Метод пенетрации может быть также использован:

для оценки структурной прочности («чувствительности») глинистых грунтов, определяемой как отношение величин p_п, полученных испытанием образца ненарушенного сложения и образца с нарушенной структурой при той же влажности и плотности;

для оценки степени снижения прочности неводонасыщенных глинистых грунтов после их водонасыщения;

для оценки способности к тиксотропному упрочнению глинистых грунтов во времени после механического нарушения структуры грунта.

Перечисленные испытания проводятся в необходимых случаях по специальному заданию.

В качестве наконечника при пенетрации используется конус с углом при вершине 30°. Рекомендуется пользоваться конусом весом 300 г. Высота образца грунта должна быть не менее 3 см. Нагрузку прикладывают ступенями, величины которых выбирают в зависимости от консистенции грунта. Каждую ступень нагрузки выдерживают до условной стабилизации деформации (неизменность отсчета или его приращение не более 0,1 мм за 30 с). Глубину погружения конического наконечника определяют с точностью до 0,1 мм. Величину удельного сопротивления пенетрации для данного образца вычисляют как среднее из полученных значений p_п на каждой ступени нагрузки.

2.36(2.11). Среди глинистых грунтов должны выделяться илы [пп. 2.37(2.12)-2.39], просадочные грунты [пп. 2.40(2.13)-2.44] и набухающие грунты [пп. 2.15 и 2.16 настоящей главы (пп. 2.45-2.49 Рук.)].

2.37(2.12). К илам относятся глинистые грунты в начальной стадии своего формирования, образовавшиеся как структурный осадок в воде при наличии микробиологических процессов и имеющие в природном сложении влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, превышающий значения, указанные в табл. 2.15(9), в зависимости от вида ила, установленного по его числу пластичности согласно указаниям п. 2.8 настоящей главы (п. 2.29 Рук.).

Таблица 2.15(9)

2.38. Илы выделяют среди глинистых грунтов в особую группу, так как они в строительном отношении являются неблагоприятными грунтами.

Виды илов, как и глинистых грунтов, устанавливают по числу пластичности в соответствии с табл. 2.12(6). Дополнительно указывается коэффициент пористости в соответствии с табл. 2.15(9). Таким образом, к илам следует отнести глинистый грунт в том случае, если он имеет показатель консистенции I_L>1 и его коэффициент пористости превышает значение, указанное в табл. 2.15(9). Отличительным признаком илов является также наличие органического вещества в виде гумуса (полностью разложившиеся остатки растительных и животных организмов), содержание которого в илах, как правило, не превышает 10 %.

2.39. В отличие от минеральных илов в особую группу следует выделять пресноводные илы - сапропели, характеризующиеся значительным содержанием органического вещества в виде гумуса и растительных остатков (органические илы). В зависимости от содержания органического вещества органические илы (сапропели) подразделяются согласно табл. 2.16. Коэффициент пористости сапропелей возрастает с увеличением содержания органического вещества и изменяется от 3 до 30 единиц, показатель консистенции I_L>1.

Таблица 2.16

2.40(2.13). К просадочным грунтам относятся глинистые грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку).

При предварительной оценке к просадочным обычно относятся лессы и лессовидные грунты (а также некоторые виды покровных глинистых грунтов) со степенью влажности G<0,8, для которых величина показателя П, определяемого по формуле (2.9) (7), меньше значений, приведенных в табл. 2.17(10):

где e - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности;

e_L - коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести W_L и определяемый по формуле:

где γ_s и γ_W - значения те же, что и в формуле (2.3) (3).

Таблица 2.17(10)

Показатель П, определяемый по формуле (2.9) (7), используется только для предварительного отнесения грунтов к просадочным. Деформации просадки учитываются при величине относительной просадочности δ_пр≥0,01.

Значения П, приведенные в табл. 2.17(10), для отдельных регионов могут быть уточнены на основе статистической обработки массовых данных.

2.41. Выделение просадочных грунтов может быть произведено в полевых условиях по результатам статического зондирования, если предварительно установлена взаимосвязь данных зондирования и прямых испытаний грунтов на просадочность в компрессионных приборах.

Для оценки просадочных грунтов по результатам статического зондирования определяют коэффициент снижения прочности грунта при замачивании K_з, вычисляемый по формуле:

где p_q - сопротивление грунта конусу зонда при статическом зондировании грунта природной влажности;

p_qв - то же, для водонасыщенного в результате замачивания грунта.

По данным статического зондирования, к просадочным относятся лессовидные грунты, для которых величина K_з больше значений, приведенных в табл. 2.18.

Значения K_з лессовидных грунтов, приведенные в табл. 2.18, для отдельных регионов могут быть уточнены, а для лессов и по кровных глинистых грунтов [п. 2.40(2.13)] должны устанавливаться на основе статистической обработки результатов параллельных испытаний грунтов статическим зондированием и в компрессионных приборах при различных величинах давлений.

Таблица 2.18

При одновременном определении показателей П и K_з грунты следует относить к просадочным, если они хотя бы по одному из этих показателей являются просадочными.

2.42(2.14). Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностыо и начальным просадочным давлением. Относительная просадочность грунта δ_пр определяется по формуле:

где h' - высота образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением р, равным давлению, действующему на рассматриваемой глубине, от собственного веса грунта и нагрузки от фундамента или только от веса грунта в зависимости от вида рассчитываемых деформаций S_пр или S_пр гр, указанных в п. 4.2 настоящей главы (п. 4.2 Рук.);

h_пр - высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения при сохранении давления р;

h₀ - высота того же образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением, равным давлению от собственного веса грунта на рассматриваемой глубине.

2.43(2.14). Начальное просадочное давление p_пр представляет собой минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунта в условиях его полного водонасыщения.

За начальное просадочное давление p_пр принимается давление, соответствующее:

при лабораторных испытаниях грунтов в компрессионных приборах - давлению, при котором относительная просадочность δ_пр = 0,01;

при полевых испытаниях штампами предварительно замоченных грунтов - давлению, равному пределу пропорциональной зависимости на графике осадка штампа - нагрузка;

при замачивании грунтов в опытных котлованах - природному давлению на глубине, начиная с которой происходит просадка грунта от его собственного веса.

На рис. 2.4-2.6 приведены примеры определения начального просадочного давления в лабораторных и полевых условиях.

Рис. 2.4. Определение начального просадочного давления по результатам компрессионных испытаний

а - по методу двух кривых; б - по упрощенному методу;

1 - сжатие грунта природной влажности; 2 - то же, в водонасыщенном состоянии; 3 - просадка грунта; 4 - экстраполируемая величина сжатия грунта

2.44. Начальная просадочная влажность W_пр представляет собой влажность, при которой грунты, находящиеся в напряженном состоянии от внешней нагрузки или собственного веса, начинают проявлять просадочные свойства.

Рис. 2.5. Определение начального просадочного давления по испытаниям грунтов штампами

а - предварительно замоченных грунтов; б - по упрощенному методу;

1 - осадка грунта природной влажности; 2 - то же, в водонасыщенном состоянии; 3 - просадка грунта; 4 - экстраполируемая величина осадки

За критерий начальной просадочной влажности принимается:

при компрессионных испытаниях - относительная просадочность δ_пр = 0,01 (рис. 2.7);

при испытаниях штампом - давление, равное пределу пропорциональности, при котором фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки (рис. 2.8).

Рис. 2.6. Определение начального просадочного давления в толще просадочного грунта по изменению с глубиной

а - относительной просадочности (1) и природного давления (2); б - просадок глубинных марок (3)

Начальная просадочная влажность для заданного давления на грунт определяется по графику W_пр = f(p) (рис. 2.7,б и 2.8,б), полученному по результатам лабораторных или полевых испытаний грунтов.

Методика определения характеристик просадочных грунтов изложена в «Рекомендациях по испытаниям просадочных грунтов статическими нагрузками» (М., Стройиздат, 1974) и «Руководстве по лабораторному определению деформационных и прочностных характеристик просадочных грунтов» (М., Стройиздат, 1975).

2.45(2.15). К набухающим грунтам относятся глинистые грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме и при этом величина относительного набухания в условиях свободного набухания (без нагрузки) δ_н≥0,04.

Относительное набухание грунта δ_н в условиях свободного набухания определяется по формуле:

где h_нс - высота образца после его свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения в результате замачивания до полного водонасыщения;

h - начальная высота образца природной влажности.

При предварительной оценке к набухающим от замачивания водой относятся глинистые грунты, для которых значение определяемого по формуле (2.9) (7) показателя П≥0,3.

Рис. 2.7. Определение начальной просадочной влажности W_пр при компрессионных испытаниях грунта

а - зависимость относительного сжатия δ от давления р при различных значениях влажности W:

1 - W₁ = 0,12; 2 - W₂ = 0,16; 3 - W₃ = 0,18; 4 - W₄ = 0,20; 5 - W₅ = 0,22; б - зависимость W_пр от р

Рис. 2.8. Определение начальной просадочной влажности W_пр при испытаниях грунта штампами

a - зависимость осадки штампов S от давления р при различных значениях влажности W:

1-W₁ = 0,13; 2-W₂ = 0,17; 3-W₃ = 0,21; 4-W₄ = 0,23; б - зависимость W_пр от р

Показатель П не может служить обоснованием для назначения дополнительных строительных мероприятий для сооружений, возводимых на набухающих грунтах.

2.46. Набухающие грунты в зависимости от величины относительного набухания без нагрузки в компрессионном приборе подразделяются на:

слабонабухающие, если 0,04≤δ_н≤0,08;

средненабухающие, если 0,08<δ_н≤0,12;

сильнонабухающие, если δ_н>0,12.

В зависимости от величины относительного набухания грунта в условиях свободного набухания назначается комплекс лабораторных и полевых исследований с целью определения характеристик набухающих грунтов (см. раздел 5).

Для расчетов деформаций набухания основания определяют относительное набухание δ_н при различных давлениях: δ_н = f(p)

2.47(2.16). Набухающие грунты, характеризуются величинами давления набухания p_н, влажности набухания W_н и относительной усадки при высыхании δ_у.

За давление набухания p_н принимается давление на образец грунта, замачиваемого и обжимаемого без возможности бокового расширения, при котором деформации набухания равны нулю.

За влажность набухания грунта W_н принимается влажность, полученная после завершения набухания образца грунта, обжимаемого без возможности бокового расширения заданным давлением.

Относительная усадка при высыхании грунта определяется по формуле:

где h_н - высота грунта при обжатии его давлением р без возможности бокового расширения;

h_у - высота образца при том же давлении после уменьшения влажности в результате высыхания.

2.48. Характеристики набухающих грунтов (δ_н, p_н, W_н и δ_у) в лабораторных условиях следует определять методом одной кривой. В отдельных случаях для предварительных расчетов возможно применять метод двух кривых.

Методика определения характеристик набухающих грунтов (δ_н, p_н и W_н) в лабораторных условиях изложена в «Рекомендациях по лабораторным методам определения характеристик набухающих грунтов» (М., Стройиздат, 1974).

Относительная величина усадки для набухающих грунтов определяется следующим образом.

1. Образец грунта ненарушенной структуры помещают в компрессионный прибор и определяют величину относительного набухания при заданном давлении.

2. Усадку грунта определяют на этом же образце при том же давлении. Для этого после достижения образцом максимального набухания прекращают подачу воды. Записывают показания индикатора и принимают их за начальные.

3. Когда образец немного подсохнет (через 1-2 суток), в компрессионном приборе следует заменить стандартные днище и поршень на детали с большим размером отверстий (1,5 мм) для ускорения дальнейшего подсыхания образца грунта. Чертеж сменного днища приведен в «Инженерно-строительных изысканиях» № 3 (М., Стройиздат, 1975).

Для ускорения процесса усадки допускается образец (под нагрузкой) подсушивать при температуре 40-50° С равномерно со всех сторон.

4. Усадка образца считается законченной, когда показания индикаторов перестанут изменяться. Размеры образца (диаметр и высоту) измеряют штангенциркулем или микрометром и вычисляют линейную (вертикальную) и объемную усадку, зная начальные высоту и объем образца.

5. Для определения усадки грунта при температуре 50-100° С (без нагрузки) применяют приборы набухания грунта (ПНГ). Для этого после определения в приборе ПНГ величины свободного набухания образца прекращают подачу воды, помещают прибор в термостат и высушивают образец при заданной температуре. После прекращения изменений показаний индикатора определяют линейную и объемную усадку образца. Для перехода к показаниям компрессионного прибора величину усадки, полученную в приборе ПНГ, умножают на 0,5.

2.49. В полевых условиях относительное набухание грунтов определяют путем замачивания их в опытном котловане или в основании опытного фундамента.

При замачивании грунта в опытном котловане (размером не менее 10×10 м) определяют подъем поверхности дна котлована и слоев грунта с помощью марок, устанавливаемых по глубине через 1-1,5 м. Для ускорения процесса набухания грунта устраивают дренажные скважины диаметром 100-200 мм, заполненные щебнем или гравием, расположенные на расстоянии 2-3 м друг от друга.

Для определения относительного набухания в пределах сжимаемой зоны под опытными фундаментами размером не менее 1×1 м устанавливаются глубинные марки через 0,6-1 м. Давление по подошве опытных фундаментов составляет от 1 до 2 кгс/см².

2.50(2.17). Среди полускальных и всех видов нескальных грунтов должны выделяться засоленные грунты.

К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легкорастворимых и среднерастворимых солей не менее величин, указанных в табл. 2.19(11).

Засоленные грунты следует выделять в особую группу, так как они при длительном замачивании способны давать суффозионную осадку вследствие выщелачивания солей. Засоленные глины в случае замачивания набухают и должны исследоваться как набухающие грунты.

Таблица 2.19(11)

2.51. Содержание легкорастворимых солей определяют с помощью водной вытяжки, содержание среднерастворимых солей - солянокислой вытяжки.

Указанные вытяжки выполняются на образцах грунта, доведенного до абсолютно сухого состояния, поэтому для определения засоленности не требуется сохранения природной влажности образцов.

Ниже приводятся основные положения методик получения водной и солянокислой вытяжек.

Водная вытяжка. Отбирают среднюю пробу грунта (300-500 гс), растирают его и просеивают через сито 1 мм. Определяют гигроскопическую влажность грунта. Отбирают «среднюю аналитическую пробу» - 50 или 100 гс (в зависимости от качественно-количественной пробы на Cl^- 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.

Солянокислая вытяжка. Из воздушно-сухого, грунта, просеянного через сито 0,25 мм, берут навеску 2,5 гс из расчета на абсолютно сухой вес. Разрушают карбонаты крепкой соляной кислотой (1:1). Замачивают навеску 125 см3 соляной кислоты 0,2 н. концентрации (соотношение грунта к кислоте 1:50), тщательно перемешивают и оставляют стоять 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 Ca²⁺ 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 CO₃^2-, HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2-, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ в мг-экв на 100 гс породы или в процентах к весу породы. С целью получения ориентировочного представления о качественном и количественном составе легкорастворимых солей результаты анализа ионного состава вытяжки могут быть пересчитаны на гипотетические соли.

По результатам анализа солянокислой вытяжки определяют содержание сульфат-, кальций- и магний-ионов в процентах к весу абсолютно сухого грунта, что дает возможность определить количество среднерастворимых солей (гипса, ангидрита).

2.52. Определение физических свойств засоленных грунтов следует выполнять по методикам, учитывающим особенности их свойств. Удельный вес засоленных грунтов определяют с использованием инертной жидкости (керосина вместо дистиллированной воды) и вакуумирования (вместо кипячения).

При определении зернового (гранулометрического) состава необходимо производить предварительную отмывку засоленного грунта водой до полного удаления водорастворимых солей, вызывающих коагуляцию, или применять пирофосфорнокислый натрий (5%-ный водный раствор Na₂P₂O₇).

Определение влажности загипсованных грунтов (содержащих кристаллизационную воду) должно производиться в соответствии с действующим ГОСТом.

2.53.(2.18). Все виды грунтов, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грунтам, а если они находятся в мерзлом состоянии в течение многих лет (от трех и более), то - к вечномерзлым.

Наименование видов мерзлых и вечномерзлых грунтов определяют после их оттаивания по номенклатуре настоящей главы.

Дополнительные характеристики мерзлых и вечномерзлых грунтов определяют в соответствии с главой СНиП по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах.

2.54(2.19). Данные исследования песчаных и глинистых грунтов должны содержать сведения о наличии растительных остатков, если относительное их содержание по весу в песчаном грунте q>0,03, а в глинистом - q>0,05.

Относительное содержание q растительных остатков в грунте (степень заторфованности) определяется как отношение их веса в образце грунта, высушенного при температуре 100-105° С, к его весу.

В зависимости от величины q грунтам присваиваются дополнительные наименования согласно табл. 2.20(12).

Заторфованные грунты характеризуются также степенью разложения, которая показывает содержание в общем объеме пробы заторфованного грунта продуктов распада растительных тканей.

Таблица 2.20(12)

2.55. Содержание растительных остатков в грунте определяют в зависимости от их количества путем отбора пинцетом или с помощью наэлектризованной эбонитовой палочки и отмучиванием в цилиндре с дистиллированной водой.

Допускается применять прокаливание в муфельной печи при температуре 440-450° С.

2.56. Заторфованные грунты подразделяются по степени разложения R_раз растительных остатков на следующие категории: I - R_раз≤30%; II - R_раз>30%.

Степень разложения характеризует соотношение между полностью разложившимся органическим веществом (гумусом) и неразложившимся (растительные остатки) и определяется в соответствии с действующим ГОСТом.

Торфы по условиям залегания подразделяются на открытые (низинные, верховые), погребенные и искусственно погребенные.

2.57(2.20). Среди нескальных грунтов должны выделяться грунты искусственного происхождения или сложения.

К грунтам искусственного происхождения или сложения откосятся насыпные грунты, а также закрепленные и уплотненные различными методами грунты естественного происхождения.

2.58.(2.21). Насыпные грунты подразделяются согласно табл. 2.21(13).

Таблица 2.21(13)

2.59. К планомерно возведенным относятся насыпи, возводимые по заранее разработанному проекту из однородных естественных грунтов путем отсыпки их сухим способом или гидромеханизацией в целях планировки территорий и использования ее под застройку с уплотнением грунтов до заданной по проекту плотности.

Планомерно возведенные насыпи возводятся с соответствующей подготовкой поверхности для ее отсыпки, включающей: полную или частичную планировку, срезку растительного слоя, уборку мусора, отходов органического происхождения и т. п.

2.60. Отвалы грунтов представляют собой отсыпки различных видов грунтов, полученных при отрывке котлованов, срезке и планировке площадей, проходке подземных выработок и т. п.

Отвалы отходов различных производств включают: шлаки, золы, формовочную землю, отходы обогащения полезных ископаемых и т. п., содержащие органические включения не более 5%.

2.61. Свалки грунтов, отходов производств и бытовых отбросов представляют собой отсыпки, образовавшиеся в результате неорганизованного накопления различных материалов и обычно характеризующиеся содержанием органических включений более 5%.

2.62. Ориентировочные периоды времени, необходимые для самоуплотнения насыпных грунтов от их собственного веса, по истечении которых они могут быть отнесены к слежавшимся, приведены в табл. 2.22.

2.63(2.22). Закрепленные грунты подразделяются по методу закрепления, выполняемого для повышения прочности, снижения сжимаемости и фильтрационной способности грунтов (силикатизация, смолизация, цементация, битумизация, глинизация, термическое закрепление и т. п.).

Закрепленные грунты в зависимости от целей закрепления характеризуются прочностью, сжимаемостью и фильтрационной способностью после их закрепления.

Уплотненные грунты подразделяются по методу уплотнения (укатка, трамбование, взрыв и т. п.) и характеризуются плотностью сложения после уплотнения.

Наименования закрепленного и уплотненного грунта должны включать наименование вида грунта в природном сложении в соответствии с табл. 2.4(2) или 2.12(6) и указание о методе закрепления или уплотнения.

Таблица 2.22

2.64. Закрепление грунтов применяют с целью повышения несущей способности основания, снижения сжимаемости, ликвидации просадочных свойств, усиления оснований фундаментов существующих зданий я сооружений, создания противофильтрационных завес.

Для установления возможности закрепления грунта и выбора способа закрепления помимо установления наименования грунта в соответствии с настоящей номенклатурой определяют следующие показатели: гранулометрический состав; коэффициент пористости; коэффициент фильтрации (с использованием трубки Каменского); степень карбонатности; химический состав водной вытяжки; химический состав грунтовых вод.

Для получения необходимых для проектирования данных проводят испытания закрепленного грунта. При этом определяют: предел прочности на сжатие, водостойкость, а в необходимых случаях также фильтрационные свойства.

Справочные данные о прочности закрепленных грунтов в зависимости от их вида и коэффициента фильтрации приведены в табл. 2.23.

2.65. Уплотнение грунтов применяют с целью увеличения их несущей способности, снижения сжимаемости, ликвидации просадочных свойств, ускорения процесса, консолидации водонасыщенных слабых глинистых грунтов.

Уплотненные грунты подразделяются по методам уплотнения, в качестве которых применяют: укатку, трамбование, вибрирование, взрыв, огрузку (в том числе с использованием песчаных дрен).

Вид грунта и характеристики его состояния до уплотнения определяют в соответствии с настоящей номенклатурой. Эти данные используют для выбора метода уплотнения грунта и типа грунтоуплотняющих машин и механизмов.

Уплотненные грунты характеризуются плотностью сложения после уплотнения, а в необходимых случаях также прочностными и деформационными характеристиками.

Плотность сложения уплотненных грунтов устанавливают путем отбора проб из уплотненного грунта без нарушения его структуры, а также зондированием и радиоизотопными методами.

Таблица 2.23

^* τ - предельное сопротивление сдвигу, кгс/см².

Раздел 3
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

3.1(3.1). При проектировании оснований зданий и сооружений необходимо учитывать, что деформации оснований не должны превышать предельно допустимых размеров для нормальной эксплуатации, а несущая способность должна быть достаточной, чтобы не происходили потеря устойчивости или разрушение основания.

3.2(3.2). Проектирование оснований (в соответствии с требованиями п. 1.2) (п. 1.2 Рук.) должно производиться по результатам обоснованного расчетом выбора:

типа основания (естественное, искусственно уплотненное, химически или термически закрепленное и др.);

типа, конструкции, размеров и материала фундаментов (ленточные, плитные, столбчатые, железобетонные, бетонные, бутобетонные и др., мелкого или глубокого заложения, свайные фундаменты, глубокие опоры и др.);

мероприятий, указанных в пп. 3.83-3.89 настоящей главы (пп. 3.332-3.339 Рук.), применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность зданий и сооружений.

3.3. Проектирование оснований является неотъемлемой составной частью проектирования зданий и сооружений в целом.

Статическая схема здания (сооружения), его конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязка должны приниматься с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и технически возможных решений фундаментов.

3.4.(3.3). Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний:

по первой группе - по несущей способности;

по второй группе - по деформациям (осадкам, прогибам и пр.), создающим препятствия для нормальной эксплуатации зданий и сооружений.

По несущей способности основания рассчитываются в случаях, указанных в п. 3.4 настоящей главы (п. 3.289 Рук.), и по деформациям, когда основания сложены нескальными грунтами.

При расчете по предельным состояниям ожидаемые деформации и несущая способность основания сопоставляются с предельно допустимыми деформациями и минимально необходимой несущей способностью, определяемыми с учетом особенностей конструкций зданий и сооружений, методов их возведения и других факторов.

3.5 К первой группе предельных состояний основания относятся:

потеря устойчивости формы и положения;

хрупкое, вязкое или иного характера разрушение;

разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных факторов внешней среды;

резонансные колебания;

чрезмерные пластические деформации или деформации ползучести.

Ко второй группе предельных состояний основания относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие их долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебании, трещин и т. п.

3.6. Целью расчета по первому предельному состоянию является обеспечение несущей способности и ограничение развития чрезмерных пластических деформаций оснований с учетом возможных неблагоприятных условий их работы в период строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Целью расчета по второму предельному состоянию является ограничение деформаций или перемещений (в том числе колебаний) конструкций и оснований в целях обеспечения нормальной эксплуатации зданий и сооружений.

3.7. Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве и, поскольку основание лишь косвенно влияет на условия эксплуатации сооружения через посредство возведенных на нем конструкций, состояние основания можно считать предельным лишь в случае, если оно влечет за собой переход конструкций сооружения в одно из предельных состояний.

3.8. При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают. Деформации же основания могут привести конструкции сооружения в предельное состояние как второй, так и первой группы. Поэтому деформации основания должны лимитироваться как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

3.9.(3.3.). В расчетах оснований в необходимых случаях следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние атмосферных или грунтовых вод на физико-механические характеристики грунтов и др.).

Необходимо, кроме того, учитывать влияние на свойства грунтов изменения температурного режима грунтов за счет климатических воздействий, влияния тепловых источников и т. п. К изменению влажностного режима особо чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима - набухающие и пучинистые грунты.

3.10(3.5). Расчетная схема системы сооружение - основание или фундамент - основание должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкции сооружения (статической схемы сооружения, характера напластований и свойств грунтов основания, особенностей возведения и т. д.). В необходимых случаях должны учитываться пространственная работа конструкций, геометрическая и физическая нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, а также возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

3.11. При выборе расчетной схемы системы сооружение - основание или фундамент - основание, т. е. совокупности упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием, включая схематизацию возможных предельных состояний, должны учитываться наиболее существенные факторы, оказывающие влияние на совместную работу сооружения, фундамента и основания.

Для одного и того же сооружения расчетная схема может меняться в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий, разработанности методов расчета и т. д.

Примеры выбора расчетной схемы сооружение - основание.

Для каркасно-панельного здания повышенной этажности, проектируемого для строительства в геологических условиях, где в верхней зоне основания залегают пылеватые пески и суглинки с модулем деформации E = 150-200 кгс/см², подстилаемые известняками с модулем деформации E = 1200 кгс/см², фундамент принят в виде коробчатой железобетонной плиты (рис. 3.1, а).

При расчете несущих конструкций здания на ветровые нагрузки в качестве расчетной схемы в данном случае обычно принимается многоэтажная рама, стойки которой имеют жесткую заделку в уровне верха фундаментной плиты (рекомендуется при этом учитывать податливость основания на поворот). При определении усилий в конструкции расчетная схема принимается в виде плиты конечной жесткости на линейно-деформируемом слое конечной толщины. При определении крена плиты жесткость можно принять бесконечно большой. При определении средней осадки плиты, осадок отдельных ее точек, а также при расчете несущей способности основания допускается пренебречь жесткостью плиты и считать нагрузку на основание распределенной по линейному закону.

Для расчета конструкций протяженного крупнопанельного жилого дома, имеющего в основании напластования грунтов с ярко выраженной неравномерной сжимаемостью (рис. 3.1,б), целесообразно принять расчетную схему в виде равномерно загруженной балки конечной жесткости на основании с переменным коэффициентом жесткости (см. «Указания по проектированию конструкций крупнопанельных жилых домов» СН 321-65. М., Стройиздат, 1966).

Рис. 3.1. Схемы зданий и геологические разрезы для выбора расчетной схемы системы «здание - основание»

а - здание повышенной этажности с фундаментом в виде сплошной железобетонной плиты на основании с переменной сжимаемостью по глубине; б - протяженное здание с ленточными фундаментами на основании с переменной сжимаемостью в плане

3.12. Нелинейность деформирования грунтов рекомендуется учитывать в расчетах конструкций пространственно жестких зданий и сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, в особенности при значительных ожидаемых неравномерных деформациях основания первого и второго вида [п. 3.163 (3.44)]. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых, в частности, фундаменты сооружения рассматриваются как отдельные нелинейно-деформирующиеся опоры. Зависимость осадки основания таких опор от давления р рекомендуется принимать в виде:

где S₁ - расчетная осадка основания при давлении p₁, не превышающем расчетного давления на основание [пп. 3.178-3.217 (3.50-3.62)], определяемая по указаниям пп. 3.226-3.246 (1-10 прил. 3);

p_пр - давление на основание, соответствующее исчерпанию несущей способности основания [п. 3.292 (3.73)].

Расчет зданий и сооружений во взаимодействии с нелинейно-деформирующимся основанием следует выполнять с применением ЭВМ.

3.13. Развитие деформаций грунтов основания во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформационных характеристик грунтов следует учитывать, как правило, при расчете оснований, сложенных водонасыщенными заторфованными грунтами и илами (см. разделы 6 и 7 настоящего Руководства).

НАГРУЗКИ, УЧИТЫВАЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ ОСНОВАНИЙ

3.14(3.6). Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами зданий и сооружений или их отдельных элементов, как правило, должны устанавливаться расчетом исходя из рассмотрения совместной работы здания (сооружения) и основания или фундамента и основания.

Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на здание (сооружение) или отдельные его элементы, а также возможные их сочетания должны приниматься согласно требованиям главы СНиП по нагрузкам и воздействиям.

3.15. При проектировании оснований следует учитывать, что сооружение и основание находятся в тесном взаимодействии. Под влиянием нагрузок от фундаментов основание деформируется, а это в свою очередь вызывает перераспределение нагрузок за счет включения в работу надфундаментных конструкций. Характер и степень перераспределения нагрузок на основание, а следовательно, и величины дополнительных усилий в конструкциях сооружения, зависят от вида, состояния и свойств грунтов, характера их напластования, статической схемы сооружения, его пространственной жесткости и многих других факторов.

3.16(3.6). Нагрузки на основание допускается определять без учета их перераспределения надфундаментной конструкцией и принимать в соответствии со статической схемой здания или сооружения:

а) при расчете оснований зданий и сооружений III-IV классов;

б) при проверке общей устойчивости массива грунта основания совместно с рассматриваемым зданием или сооружением;

в) при расчете по деформациям в случаях, оговоренных в п. 3.45 настоящей главы (п. 3.167 Рук.).

Указанные допущения относятся к сооружениям, жесткость которых невелика (и потому несущественно влияет на распределение нагрузок на основание), а также к случаям, когда учет жесткости сооружения при существующих методах расчета очень мало сказывается на их результатах.

3.17. Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные величины, устанавливаемые главой СНиП по нагрузкам и воздействиям. Все расчеты оснований должны производиться на расчетные значения нагрузок, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на коэффициент перегрузки n, учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений и устанавливаемый в зависимости от группы предельного состояния.

Коэффициент перегрузки n принимается:

при расчете оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) по указаниям главы СНиП II-6-74;

при расчете оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) - равным единице.

3.18. В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяются на постоянные и временные. Постоянными считаются нагрузки, которые при строительстве и эксплуатации сооружения действуют постоянно (собственный вес конструкций и грунтов, горное давление и т. п.). Временными считаются нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать.

Временные нагрузки в свою очередь подразделяются на:

длительные (например, вес стационарного оборудования, нагрузка на перекрытиях в складских помещениях, зернохранилищах, библиотеках и т. п.);

кратковременные, которые могут действовать лишь в отдельные периоды времени (вес людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возведении конструкций; снеговые, ветровые и гололедные нагрузки и т. п.);

особые, возникновение которых возможно лишь в исключительных случаях (сейсмические, аварийные и т. п.).

3.19. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различаются:

основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.

3.20(3.7). Расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание нагрузок.

Расчет оснований по несущей способности выполняется на основное сочетание нагрузок и при наличии особых нагрузок и воздействий - на основное и особое сочетание.

При наличии нескольких кратковременных нагрузок последние должны вводиться с коэффициентами сочетаний, а кратковременные нагрузки на перекрытия многоэтажных зданий - с понижающими коэффициентами, учитывающими вероятность одновременного загружения перекрытий, в соответствии с требованиями главы СНиП по нагрузкам и воздействиям.

При этом нагрузки на перекрытия зданий и снеговые нагрузки, которые согласно СНиП по нагрузкам и воздействиям могут относиться как к длительным, так и кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям - длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считаются кратковременными.

3.21(3.8). В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемых вблизи фундаментов на отмостках и полах, устраиваемых непосредственно на грунте. Эти нагрузки принимаются по всей фактической площади загружения.

Нагрузки на полы, отмостки и т. д. учитываются: при сопоставлении фактических давлений на заданном уровне (по подошве фундамента, на кровле слоя и т. д.) с величиной расчетного давления на основание по пп. 3.178-3.218 (3.50-3.62), при определении деформаций оснований (осадок, кренов) по пп. 3.226-3.264 (1-12 прил. 3), а также при расчете оснований по несущей способности по п. 3.306 (3.79).

3.22(3.8). Усилия в конструкциях, вызываемые температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям, как правило, не должны учитываться.

При этом имеются в виду температурные климатические воздействия.

Технологические температурные воздействия учитываются в расчетах оснований по деформациям при соответствующем обосновании в зависимости от продолжительности этих воздействий.

3.23(3.9). Нагрузки и воздействия при расчете оснований опор мостов и водопропускных труб должны приниматься в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию мостов и труб.

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

3.24(3.10). Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения φ, удельное сцепление с и модуль деформации нескальных грунтов Е, временное сопротивление одноосному сжатию скальных грунтов R_c и т. п.).

В отдельных случаях проектирования оснований, для которых не разработаны соответствующие методы расчета, базирующиеся на прочностных и деформационных характеристиках грунтов, допускается применять другие параметры, характеризующие взаимодействие фундаментов с грунтом оснований и установленные опытным путем (удельные силы пучения при промерзании, коэффициенты жесткости основания и пр.).

Примечание. В дальнейшем тексте настоящей главы, за исключением специально оговоренных случаев, под термином «характеристики грунтов» будут пониматься не только механические, но и физические характеристики грунтов, а также упомянутые в настоящем пункте параметры.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

3.25. Модуль деформации грунтов оснований зданий и сооружений рекомендуется определять в полевых условиях загружением штампа статическими нагрузками. Этот метод является наиболее достоверным и пригоден для нескальных грунтов всех видов. Методику проведения и обработки результатов испытания следует принимать в соответствии с действующим ГОСТом.

3.26. Модули деформации песчаных и глинистых грунтов могут быть определены испытанием их с помощью прессиометра в скважинах с последующей корректировкой опытных данных. Корректировка данных прессиометрии должна осуществляться, как правило, путем сопоставления их с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта штампом. Параллельные испытания обязательны при использовании метода прессиометрии для сооружений I класса. Для сооружений II-IV классов допускается корректировать данные прессиометрии с помощью расчетной формулы или поправочных коэффициентов.

Методику прессиометрических испытаний и обработки результатов, опытов, а также их последующую корректировку следует принимать по указаниям действующего ГОСТа.

Таблица 3.1

Примечание: Для промежуточных значений е допускается определять коэффициент m_к интерполяцией.

3.27. Для сооружений II-IV классов допускается определять модуль деформации песчаных и глинистых грунтов в лабораторных условиях с помощью компрессионных испытаний с последующей корректировкой опытных данных. Корректировка данных компрессии должна осуществляться, как правило, путем сопоставления их с результатами испытаний того же грунта в полевых условиях штампом. Для глинистых грунтов допускается использовать корректировочные коэффициенты m_к, полученные в результате статистической обработки массовых испытаний грунтов методами компрессии и штампа. Величины этих коэффициентов приведены в табл. 3.1 и применяются для аллювиальных, делювиальных, озерных и озерно-аллювиальных четвертичных глинистых грунтов при консистенции I_L≤0,75. При использовании этих коэффициентов величина модуля деформации по компрессионным испытаниям E_к должна быть определена в интервале давлений 1-2 кгс/см². При вычислении E_к значения коэффициента β, учитывающего невозможность бокового расширения грунта в компрессионном приборе, следует принимать: для супесей β = 0,74; для суглинков β = 0,62 и для глин β = 0,4, что соответствует величинам коэффициента Пуассона 0,30; 0,35 и 0,42.

Таблица 3.2

3.28. Значения модулей деформации песчаных и глинистых грунтов могут быть определены методами статического и динамического зондирования грунтов на основе сопоставления данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов штампом. Проведение сопоставительных испытаний обязательно для сооружений I и II классов. Для сооружений III и IV классов допускается определять модуль, деформации только на основе данных зондирования, пользуясь зависимостями, приведенными в табл. 3.2 и 3.3. При этом в качестве показателей зондирования принимают: при статическом зондировании величину сопротивления грунта погружению конуса зонда p_q, кгс/см², а при динамическом зондировании - величину условного динамического сопротивления грунта погружению конуса p_д, кгс/см². Статическое и динамическое зондирование грунтов следует выполнять в соответствии с действующими ГОСТами и «Указаниями по зондированию грунтов для строительства» СН 448-72.

Таблица 3.3

3.29. Для зданий и сооружений II-IV классов значения модулей деформации песчаных и глинистых грунтов могут быть назначены по табл. 3.12(1 прил. 2)-3.14(3 прил. 2) или по другим согласованным с Госстроем СССР таблицам.

3.30. В качестве основного метода определения прочностных характеристик нескальных грунтов - удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ - следует применять лабораторный метод среза образцов грунта в условиях завершенной консолидации. Методику проведения испытания и обработки результатов опыта следуй принимать в соответствии с действующим ГОСТом.

Характеристики прочности нескальных грунтов, с и φ могут быть также определены на приборах трехосного сжатия. При этом необходимо использовать методику консолидированно-дренированных испытаний (испытание при открытой системе).

3.31. При определении в лабораторных условиях прочностных характеристик крупнообломочных грунтов необходимо использовать срезные приборы и приборы трехосного сжатия, позволяющие испытывать образцы, у которых отношение диаметра к максимальному размеру крупнообломочных включений более 5.

3.32. В полевых условиях для определения прочностных характеристик нескальных грунтов применяются следующие методы: сдвиг целика грунта в заданной плоскости; обрушение массива грунта; выпирание массива грунта.

При сдвиге в заданной плоскости целика грунта в виде свободной призмы или грунта, заключенного в специальную обойму, расчет величин с и φ проводят на основе не менее трех испытаний с различной вертикальной нагрузкой аналогично лабораторным испытаниям в срезных приборах. Выпаривание и обрушение грунта производят для нескальных грунтов при характеристиках их состояния, обеспечивающих способность грунта сохранять вертикальный откос. Значения с и φ вычисляют на основе рассмотрения условий предельного равновесия выпираемого или обрушаемого клина грунта.

3.33. Временное сопротивление при одноосном сжатии скальных грунтов устанавливают в соответствии с действующим ГОСТом.

3.34. При определении характеристик грунтов, обладающих специфическими свойствами (просадочные, набухающие, заторфованные и т. п.), следует учитывать дополнительные требования, изложенные в разделах 4-10 настоящего Руководства.

3.35(3.11). Нормативные значения характеристик грунтов, как правило, должны устанавливаться на основе непосредственных определений, выполняемых в полевых или лабораторных условиях для грунтов природного сложения, а также для грунтов искусственного происхождения или сложения.

ВЫДЕЛЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

3.36(3 прил. 1). Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов должны вычисляться для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента.

Примечание. Наименования видов, состояний и характеристик грунтов в геологическом элементе должны приниматься по номенклатуре грунтов, приведенной в разделе 2 настоящей главы, и устанавливаться на основе определенных испытаниями нормативных значений соответствующих характеристик грунтов.

Выделение инженерно-геологических элементов производят инженеры-геологи в соответствии с ГОСТ 20522-75.

За инженерно-геологический элемент следует принимать некоторый объем грунта одного и того же номенклатурного вида при выполнении одного из следующих условий:

характеристики грунта изменяются в пределах элемента незакономерно;

существующая закономерность в изменении характеристик такова, что ею можно пренебречь (п. 3.42).

В зависимости от расчетной схемы основания инженерно-геологические элементы, выделенные на площадке геологом, при проектировании могут быть объединены.

3.37. Предварительное разделение грунтов площадки строительства на инженерно-геологические элементы производят с учетом их возраста, происхождения, текстурно-структурных особенностей и номенклатурного вида. В последующем на основе специальной проверки, предусмотренной ГОСТ 20522-75, два соседних инженерно-геологических элемента, представленные грунтами разного происхождения, но одного и того же номенклатурного вида, могут быть объединены в один элемент, если различие в свойствах грунтов этих элементов не существенно.

3.38. Совокупность определений характеристик грунтов в пределах каждого предварительно выделенного инженерно-геологического элемента анализируют для выделения значений, резко отличающихся от основной массы. Такие значения исключают, если они вызваны ошибками опытов, или относят к соответствующей совокупности при наличии в пределах рассматриваемого инженерно-геологического элемента грунта другого вида.

3.39. Правильность выделения инженерно-геологического элемента проверяют, анализируя пространственную изменчивость показателей свойств грунтов. Характер пространственной изменчивости устанавливают на основе качественной оценки распределения частных значений этих показателей в плане и по глубине инженерно-геологического элемента. Для этого используют инженерно-геологические планы и разрезы, на которые наносят значения характеристик в точках их определения, строят графики изменения характеристик по глубине и в плане, графики рассеяния, а также графики зондирования.

Анализ пространственной изменчивости проводят, используя следующие показатели свойств грунта:

для крупнообломочных грунтов - зерновой состав и дополнительно общую влажность и влажность заполнителя для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем;

для песчаных грунтов - зерновой состав и коэффициент пористости и дополнительно влажность для песков пылеватых;

для глинистых грунтов - характеристики пластичности (пределы и число пластичности), коэффициент пористости и влажность.

При этом зерновой состав крупнообломочных и песчаных грунтов и характеристики пластичности глинистых грунтов используют для определения номенклатурного вида грунта инженерно-геологического элемента.

Дополнительно к перечисленным показателям при необходимости следует проводить оценку пространственной изменчивости и для других физических характеристик грунта. В сочетании с прямыми методами определения характеристик грунтов для выделения инженерно-геологических элементов следует использовать зондирование.

При достаточном количестве (не менее 6) определений характеристик, непосредственно используемых в расчетах (модуль деформации, сопротивление сдвигу, временное сопротивление одноосному сжатию), следует анализировать характер пространственной изменчивости этих показателей.

3.40. Выбор метода анализа пространственной изменчивости характеристик грунтов зависит от числа определений.

При числе определений характеристики менее 10 ее значения наносятся на инженерно-геологические разрезы и визуально оценивается распределение этих значений в пределах элемента.

Здесь возможны два случая:

1) частные значения характеристики распределены в пределах элемента незакономерно (случайно);

2) имеется закономерность в изменении характеристики: минимальные значения сосредоточиваются в верхней или нижней части слоя по глубине или минимальные значения сосредоточиваются в одной части элемента по площади, а максимальные - в другой.

В первом случае выделение инженерно-геологического элемента следует считать законченным, во втором случае следует рассмотреть необходимость дальнейшего расчленения элемента (п. 3.42).

При числе определений характеристики более 10 строят точечные графики изменения ее значений по глубине и в плане элемента.

При числе определений характеристики более 30 для установления характера ее пространственной изменчивости следует наряду с качественной оценкой использовать статистические критерии, а также выявлять аналитическую зависимость величин показателей свойств грунтов от координат.

Пример. На рис. 3.2, а-з приведены точечные графики изменения значений различных характеристик по глубине инженерно-геологического элемента одной из строительных площадок, представленного четвертичными озерно-аллювиальными суглинками. Этот рисунок служит примером незакономерного изменения характеристик по глубине инженерно-геологического элемента. Для этого случая: выделение инженерно-геологического элемента следует считать законченным.

На рис. 3.3, а-д приведены точечные графики изменения с глубиной характеристик другого инженерно-геологического элемента, представленного четвертичными делювиальными суглинками. Как видно из рисунка, характеристики пластичности (W_L и W_p) и число пластичности I_p изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно). Однако коэффициент пористости и природная влажность изменяются с глубиной закономерно. При этом если коэффициент пористости с глубиной уменьшается незначительно, то влажность существенно возрастает. Для этого случая следует рассмотреть необходимость дальнейшего расчленения элемента (п. 3.42).

Точечные графики, подобные приведенным на рис. 3.2 и 3.3, следует строить также по простиранию элемента в одном из направлений или в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

3.41. Если установлено, что изменение характеристик грунта незакономерно в плане и по глубине инженерно-геологического элемента, переходят к вычислению нормативных и расчетных значений характеристик.

При этом наименования видов и состояний грунтов инженерно-геологического элемента должны приниматься, по номенклатуре грунтов, приведенной в разделе 2(2), и устанавливаться на основе определенных испытаниями нормативных значений соответствующих характеристик грунтов.

Примеры установления вида глинистого грунта по числу пластичности и плотности сложения песка по коэффициенту пористости приведены в разделе 2(2).

Рис. 3.2. Точечные графики изменения характеристик грунтов по глубине инженерно-геологического элемента (n = 12)

а - ; σ = 0,022; v = 0,06; б - ; σ = 0,03; v = 0,12; в - ; σ = 0,026; v = 0,24; г - ; σ = 0,023; v = 0,09; д - ; σ = 0,09; v = 0,12; е - ; σ = 0,17 кгс/см²; v = 0,23; ж - ; σ = 0,18 кгс/см²; v = 0,16; з - ; σ = 0,20 кгс/см²; v = 0,14

3.42. При наличии закономерности в изменении характеристик грунта в плане и по глубине инженерно-геологического элемента дальнейшее расчленение его можно не проводить, если коэффициент вариации закономерно изменяющейся характеристики не превышает следующую величину:

для коэффициента пористости и влажности - 0,15;

при использовании механических характеристик;

для модуля деформации (по данным как полевых, так и лабораторных испытаний), для сопротивления сдвигу (при одинаковых значениях уплотняющего давления) и для временного сопротивления одноосному сжатию скальных грунтов - 0,30.

Рис. 3.3. Точечные графики изменения характеристик грунтов по глубине инженерно-геологического элемента (n = 30)

а - ; σ = 0,022; v = 0,08; б - ; σ = 0,014; v = 0,07; в - ; σ = 0,021; v = 0,21; г - ; σ = 0,04; v = 0,24; д - ; σ = 0,05; v = 0,06

Если коэффициент вариации превышает приведенные величины, дальнейшее расчленение инженерно-геологического элемента производят так, чтобы для вновь выделенных инженерно-геологических элементов коэффициент вариации не превышал указанных выше значений.

3.43. При расчленении элемента на основе коэффициента пористости и влажности возможны следующие случаи:

1) закономерно изменяются обе характеристики;

2) закономерно изменяется одна из характеристик.

В обоих случаях проведение дополнительного расчленения элемента необходимо, если коэффициент вариации одной из характеристик превышает 0,15.

Для приведенного ранее примера (рис. 3.3) коэффициент вариации, закономерно изменяющейся с глубиной влажности, превышает 0,15, следовательно, необходимо провести дополнительное расчленение первоначально выделенного инженерно-геологического элемента. Границу раздела следует провести на глубине 6 м.

Для полученных инженерно-геологических элементов определяют средние значения влажности, коэффициента пористости и других характеристик.

3.44. При использовании механических характеристик оценку пространственной изменчивости и дополнительное расчленение инженерно-геологического элемента проводят отдельно для каждой механической характеристики. В связи с этим возможен случай, когда по одной из механических характеристик дополнительное расчленение инженерно-геологического элемента не требуется, так как эта характеристика изменяется незакономерно или при закономерном изменении коэффициент вариации ее не превышает указанной в п. 3.42 величины, а по другой механической характеристике дополнительное расчленение элемента необходимо.

3.45. Для определения коэффициента вариации v вычисляют среднее арифметическое значение характеристики  и ее среднее квадратичное отклонение σ - по формулам:

где A_i - частные значения характеристики;

n - число ее определений.

3.46. При решении вопроса о положении границ при разделе инженерно-геологического элемента необходимо учитывать следующие факторы:

уровень грунтовых вод;

наличие зон с растительными остатками;

наличие зон просадочных, набухающих и засоленных грунтов;

наличие зон разной степени выветрелости в элювиальных грунтах;

наличие в моренных грунтах зон со значительным количеством включений гравия, гальки и валунов и т. д.

После того как инженерно-геологический элемент выделен, переходят к вычислению нормативных и расчетных значений характеристик.

Правила вычисления нормативных и расчетных значений

характеристик грунтов по результатам непосредственных определений

3.47 (1 прил. 1). Настоящие правила должны соблюдаться при вычислении нормативных и расчетных значений характеристик грунтов, слагающих площадку строительства в целом (жилой микрорайон, площадка промышленного предприятия, животноводческого комплекса) или ее отдельные участки, либо площадки отдельных строящихся или реконструируемых объектов (жилой дом, цех и т. п.).

3.48 (2 прил. 1). Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов вычисляют по результатам непосредственных определений, а для прочностных и деформационных характеристик - как по результатам непосредственных определений, так и по физическим характеристикам с использованием таблиц, согласно указаниям п. 3.16 настоящей главы (п. 3.60 Рук.). При этом частные значения характеристик, используемые для вычисления нормативных и расчетных значений, должны быть получены единым методом.

3.49. Для совокупности опытных данных в пределах выделенного инженерно-геологического элемента проводят статистическую проверку для исключения грубых ошибок. Исключают частные (максимальные и минимальные) значения А и для которых не выполняется условие:

где  - значение, определенное по формуле (3.1);

v - статистический критерий, принимаемый в зависимости от числа определений n по табл. 3.9;

σ_см - смещенная оценка среднего квадратичного отклонения характеристики, вычисляемая по формуле:

При n>25 допускается в формуле (3.4) вместо σ_см использовать значение σ, вычисленное по формуле (3.2). Проверку на исключение значений сопротивления срезу проводят для каждого значения нормального давления.

3.50 (3.12). За нормативное значение всех характеристик грунта (за исключением удельного сцепления и угла внутреннего трения) принимают среднее арифметическое значение результатов частных определений. За нормативное значение удельного сцепления и угла внутреннего трения принимают параметры прямолинейной зависимости сопротивления срезу от давления, получаемые методом наименьших квадратов.

3.51 (4 прил. 1). Нормативное значение характеристики грунта по результатам непосредственных определений, выполняемых в лабораторных или полевых условиях, вычисляется по формуле:

где A_i - частное значение характеристики;

n - число определений характеристики.

3.52 (5 прил. 1). Обработка результатов лабораторных испытаний грунтов на срез с целью определения нормативных значений удельного сцепления c^н и угла внутреннего трения φ^н производится путем вычисления методом наименьших квадратов прямолинейной зависимости (3.7) (2 прил. 1) для всей совокупности опытных величин τ в инженерно-геологическом элементе:

где τ - сопротивление образца грунта срезу;

р - нормальное удельное давление, передаваемое на образец грунта.

Нормативные значения c^н и tg φ^н вычисляются по формулам:

где

n - число определений величин τ.

Величина с^н может быть также определена через величину tg φ^н по формуле

3.53 (3.13). Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов А, которые определяются по формуле:

где A^н - нормативное значение данной характеристики, устанавливаемое по п. 3.12 настоящей главы (п. 3.50 Рук.);

k_г - коэффициент безопасности по грунту.

3.54 (3.14). Коэффициент безопасности по грунту k_г при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ нескальных грунтов и временного сопротивления одноосному сжатию R_c скальных грунтов), а также объемного веса грунта у устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности α, приведенного для расчетов оснований по несущей способности и по деформациям в п. 3.15 настоящей главы (п. 3.58 Рук.).

Значение коэффициента k_г для прочностных характеристик грунтов с, φ и R_c и объемного веса γ должно определяться по методике, изложенной в прил. 1 к настоящей главе «Правила вычисления нормативных и расчетных значений характеристик грунтов» (п. 3.55 Рук.).

Для прочих характеристик грунта допускается принимать k_г = 1, т. е. их расчетные значения равны нормативным.

3.55 (6 прил. 1). Коэффициент безопасности по грунту k_г [пп. 3.13 и 3.14 настоящей главы (пп. 3.53 и 3.54 Рук.)] при определении расчетных значений удельного сцепления с, угла внутреннего трения φ, временного сопротивления одноосному сжатию R_c и объемного веса грунта γ вычисляется по формуле:

где ρ - показатель точности оценки среднего значения характеристики грунта, устанавливаемый по указаниям п. 3.56 (7 прил. 1).

Примечание: В формуле (3.13) (6 прил. 1) знак перед величиной ρ выбирается тот, который обеспечивает большую надежность данного расчета основания или фундамента.

Так, например, при вычислении расчетных значений с и φ, для определения расчетного давления на основание, а также расчетных значений с, φ и R_c для определения несущей способности оснований из нескальных и скальных грунтов величину ρ следует принимать со знаком минус.

Из сравнения формул (3.12) (12) и (3.13) (6 прил. 1) следует, что

3.56 (7 прил. 1). Показатель точности оценки среднего значения характеристики грунта ρ вычисляют по формулам:

где t_α - коэффициент, принимаемый по табл. 1 настоящего приложения (табл. 3.10 Рук.) в зависимости от заданной доверительной вероятности α [п. 3.15 настоящей главы (п. 3.58 Рук.)] и числа степеней свободы (n-1) при вычислении расчетных значений R_c и γ и (n-2) - при вычислении расчетных значений с и φ;

v - коэффициент вариации характеристики, вычисляемый по формуле

где σ - среднее квадратичное отклонение характеристики, вычисляемое по указаниям п. 3.57 (8 прил. 1).

Примечание: При вычислении расчетных значений с и φ за n принимается общее число определений τ [п. 3.65 (11 прил. 1)].

3.57 (8 прил. 1). Среднее квадратичное отклонение σ вычисляется по формулам:

а) для с и tg φ:

где

Δ - то же значение, что и в формуле (5) (3.10 Рук.);

б) для R_c

в) для γ

3.58 (3.15). Доверительная вероятность α расчетных значений характеристик грунтов принимается равной:

при расчетах оснований по несущей способности α = 0,95;

при расчетах оснований по деформациям α = 0,85.

Доверительная вероятность α для расчета оснований мостов и водопропускных труб принимается согласно указаниям п. 14.4 настоящей главы.

При соответствующем обосновании на основе согласованного решения проектной и изыскательской организаций для сооружений I класса допускается принимать большую доверительную вероятность расчетных значений характеристик грунтов, но не выше 0,99.

Примечания:

1. Расчетные значения характеристик грунтов, соответствующие различным значениям доверительной вероятности, должны приводиться в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям.

2. Под доверительной вероятностью α понимается вероятность того, что истинное среднее значение характеристики не выйдет за пределы нижней (или верхней) границы одностороннего доверительного интервала.

3. Расчетные значения характеристик грунта с, φ и γ для расчетов по несущей способности обозначаются с_I, φ_I и γ_I, а для расчетов по деформациям - с_II, φ_II и γ_II.

Проектирующая организация должна указывать в своем задании изыскательской организации величины доверительной вероятности, при которых необходимо вычислять расчетные значения характеристик грунтов.

Таблица 3.4.

3.59. Примеры вычисления нормативных и расчетных значений c и φ суглинка (пример 1) и песка (пример 2), объемного веса суглинка (пример 3) и временного сопротивления одноосному сжатию скального грунта R_c (пример 4) приводятся ниже.

Пример 1. Для инженерно-геологического элемента, сложенного четвертичными покровными суглинками, было выполнено 27 лабораторных определений сопротивления срезу τ, при трех значениях нормального давления p_i = 1; 2 и 3 кгс/см². Полученные в опытах величины τ_i приведены в табл. 3.4 в возрастающем порядке.

Прежде чем приступить к вычислению нормативных и расчетных значений c и φ, следует выполнить проверку на исключение грубых ошибок в определениях τ_i при каждом значении нормального давления. Необходимые для этого подсчеты приведены в табл. 3.4. Значения статистического критерия v приняты по табл. 3.9 для n = 9. В результате проверки получено, что при р = 1 кгс/см²  следовательно, опытные данные не содержат грубых ошибок.

При р = 2 кгс/см² для одного из значений τ_i = 1,30 получено равенство  следовательно, τ_i = 1,30 может быть как исключено, так и оставлено. Примем решение - оставить это значение в статистической совокупности. При р = 3 кгс/см² для значения τ_i = 1,72 получили  следовательно, это значение τ должно быть исключено как грубая ошибка.

Для вычисления нормативных и расчетных значений c и φ расчеты следует вести в табличной форме (табл. 3.5). В первых графах таблицы выписываются экспериментальные значения p_i и τ_i. После вычислений в графах 4 и 5 определяем Δ, c^н и tgφ^н. Значения в графе 6 получаются путем подстановки найденных значений c^н и tgφ^н в уравнение:

:

 = 26·117-51² = 441;

Уравнение прямой графика τ = f(p) будет иметь вид:

τ = 0,33p+0,33

Проверим уравнение подстановкой средних значений  и :

0,98 = 0,33·1,96+0,33 = 0,98.

Сходимость результатов свидетельствует о правильности вычислений c^н и tgφ^н.

После заполнения граф 7 и 8 табл. 3.5 вычисляются:

Находим расчетные значения с и φ для расчетов по второму предельному состоянию. Для α = 0,85 и числа степеней свободы n-2 = 24 по табл. 3.10 (1 прил. 1) находим, что t_α = 1,06. Тогда:

ρ_с = 1,06·0,15 = 0,16;

ρ_tgφ = 1,06·0,06 = 0,06;

Находим расчетные значения с и φ для расчетов по первому предельному состоянию:

для α = 0,95 и n-2 = 24 t_α = 1,71;

ρ_с = 1,71·0,15 = 0,26;

ρ_tgφ = 1,71·0,06 = 0,10;

Объем вычислений можно несколько сократить, если окажется, что средние значения τ₁, τ₂ и τ₃ (табл. 3.4) лежат практически на одной прямой [проверка делается путем построения графика τ = f(p)]. В этом случае допускается при вычислении σ_τ в формуле (3.20) (12 прил. 1) заменить:

на

При этом величины сумм  берутся из табл. 3.4 и надобность в вычислении граф 6, 7 и 8 табл. 3.5 отпадает.

Покажем вычисление σ_τ на опытных данных вышеприведенного примера.

Так как в табл. 3.4 при р = 3 кгс/см² опытное значение τ_i = 1,72 было исключено как грубая ошибка, необходимо сделать перерасчет для восьми опытных данных. Тогда для р = 3 кгс/см² в табл. 3.4 будем иметь τ₃ = 1,32;

Вычисляем σ_τ, используя данные табл. 3.4:

Получаем ту же величину σ_τ,что и в примере 1. Дальнейшие расчеты проводятся, как и в примере 1, но в табл. 3.5 ограничиваемся заполнением первых пяти граф.

Пример 2. Для инженерно-геологического элемента, сложенного аллювиальными пылеватыми песками средней плотности, было выполнено 18 лабораторных определений сопротивления срезу τ при трёх значениях нормального давления p_i = 1; 2 и 3 кгс/см². Полученные в опытах величины τ_i приведены в табл. 3.6. Статистическая проверка, выполненная аналогично приведенной в табл. 3.4, показала отсутствие грубых ошибок в определениях τ_i.

После вычислений в графах 4 и 5 табл. 3.6 определяем Δ, c^н и tgφ^н:

Δ = 18·84-36² = 216;

Таблица 3.5

Таблица 3.6

Для вычисления c^н воспользуемся формулой (3.11):

Уравнение прямой имеет вид:

τ = 0,68p+0,11.

Проверим это уравнение:

τ = 0,68·2+0,11 = 1,47.

Заполняем графы 6, 7 и 8 табл. 3.6 и вычисляем далее:

Находим расчетные значения c_II и φ_II. Для α = 0,85 и числа степеней свободы n-2 = 16 по табл. 3.10 (1 прил. 1) находим t_α = 1,07

Тогда

ρ_с = 1,07·0,64 = 0,68;

ρ_tgφ = 1,07·0,04 = 0,04.

Применяя формулу (3.14), находим:

c_II = 0,11·(1-0,68) = 0,04 кгс/см²;

tgφ_II = 0,68·(1-0,04) = 0,65;

φ_II = 33°.

Находим тем же методом расчетные значения c_I и φ_I.

Для α = 0,95 и n-2 = 16 имеем t_α = 1,75. Тогда

ρ_с = 1,75·0,64 = 1,12;

ρ_tgφ = 1,75·0,04 = 0,07;

c_I = 0,11·(1-1,12) = -0,01 кгс/см².

(Принимаем c_I = 0);

tgφ_I = 0,68·(1-0,07) = 0,63;

φ_I = 33°13'≈32°

Пример 3. Для инженерно-геологического элемента, представленного лёссовидными суглинками, было выполнено 7 определений объемного веса γ, гс/см³. Результаты определений и необходимые для дальнейших расчетов вычисления приведены в табл. 3.7

Делаем проверку на исключение грубых ошибок, для чего вычисляем σ_см:

По табл. 3.9 находим для n = 7 v = 2,18, тогда vσ_см = 0,20.

Наибольшее абсолютное отклонение γ_i от среднего значения  (опыт № 6) составляет 0,18, что меньше 0,20. Таким образом, ни одно из опытных значений не следует исключать как грубую ошибку.

Вычисляем нормативное γ^н и расчетные значения γ_II и γ_I:

Для α = 0,85 и числа степеней свободы n-1 = 6 по табл. 3.10 (1 прил. 1) находим t_α = 1,13. Тогда

 

Для α = 0,95 и n-1 = 6 имеем t_α = 1,94.

Тогда

Пример 4. Для известняков, залегающих на глубине 7-8 м, было выполнено 13 определений временного сопротивления одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии R_c, кгс/см².

Результаты определений и необходимые для дальнейших расчетов вычисления приведены в табл. 3.8.

Делаем проверку на исключение грубых ошибок, для чего вычисляем τ_см:

Таблица 3.7.

Таблица 3.8.

Таблица 3.9

По табл. 3.9 находим для n = 13 v = 2,56, тогда vσ_см = 136.

Наибольшее абсолютное отклонение R_ci от  составляет 100 (опыт № 11), что меньше 136. Следовательно, опытные данные не содержат грубых ошибок. Вычисляем нормативное R_c^н и расчетное значение R_c:

Для α = 0,95 и числа степеней свободы n-1 = 12 по табл. 3.10 (1 прил. 1) находим t_α = 1,78:

Таблица 3.10. (1 прил. 1)

Коэффициент t_α для определения показателя точности оценки среднего значения характеристики грунта

Вычисление нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по результатам определения их физических характеристик

3.60(3.16). Для предварительных расчетов оснований зданий и сооружений всех классов, а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II-IV классов и опор воздушных линий электропередачи и связи независимо от их класса допускается определение нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам, если статистической обработкой массовых испытаний грунтов установлены зависимости между механическими (прочностными и деформационными) и физическими характеристиками грунтов.

Примечания:

1. В расчетах по деформациям оснований указанных зданий и сооружений нормативные значения угла внутреннего трения φ, удельного сцепления с и модуля деформации Е допускается принимать по таблицам, приведенным в прил. 2 (табл. 3.12-3.14 Рук.) «Таблицы нормативных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов», причем расчетные значения принимают в этом случае при k_г = 1 (равными нормативным).

2. Для отдельных районов допускается вместо таблиц прил. 2 (табл. 3.12-3.14 Рук.) пользоваться согласованными с Госстроем СССР таблицами характеристик грунтов, специфических для этих районов.

При использовании значений с и φ из табл. 3.12 (1 прил. 2) и 3.13 (2 прил. 2) для определения расчетного давления на основание в формулу (3.38) (17) вводится коэффициент надежности k_н = 1,1.

3.61. В расчетах оснований по несущей способности нормативные и расчетные значения угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с должны определяться, как правило, на основе непосредственных испытаний грунтов. Для оснований зданий и сооружений, указанных в п. 3.60(3.16), допускается принимать нормативные значения с и φ по табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.13 (2 прил. 2), причем расчетные значения принимают в этом случае при следующих значениях коэффициента безопасности k_г:

для с песчаных и глинистых грунтов - 1,5;

для φ песчаных грунтов - 1,1;

для φ глинистых грунтов - 1,15.

3.62(9 прил. 1). Физические характеристики, необходимые для пользования таблицами (например, коэффициент пористости е, показатель консистенции I_L и др.), должны быть получены на основе непосредственных определений.

3.63(10 прил. 1). Для установления нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов используется нормативное значение физических характеристик, вычисляемое по формуле (3.6) (1 прил. 1).

Количество определений характеристик грунтов

3.64(11 прил. 1). Число частных определений n для вычисления нормативных и расчетных значений характеристик грунтов зависит в общем случае от степени неоднородности грунтов основания, требуемой точности вычисления характеристики и вида здания (сооружения) и устанавливается программой исследований.

Следует назначать число определений характеристик по формуле (3.23) или по графику, приведенному на рис. 3.4:

Значения t_α принимают по табл. 3.10 (1 прил. 1) при односторонней доверительной вероятности α = 0,85 и числе степеней свободы n-1, подбирая его так, чтобы выполнялось равенство (3.23).

Коэффициент вариации v определяют на начальной стадии изысканий. При отсутствии предварительных данных значения v принимают по табл 3.11.

Показатель точности оценки среднего значения характеристики ρ принимают в зависимости от точности метода ее определения, а для характеристик, используемых в расчетах, также в зависимости от требуемой точности расчета. Значения показателей точности ρ при определении характеристик по действующим ГОСТам приведены в табл. 3.11.

3.65(11 прил. 1). Минимальное количество одноименных частных определений должно составлять для каждого выделенного инженерно-геологического элемента 6. При этом для вычисления нормативных и расчетных значений с и φ должно быть определено не менее шести величин τ для каждого значения нормального давления р.

Минимальное количество частных определений для вычисления нормативного значения модуля деформации Е, определяемого по результатам испытаний грунта штампом в полевых условиях статической нагрузкой, должно составлять 3. Допускается ограничиться двумя значениями Е, если эти значения отклоняются от среднего не более чем на 25 %.

Таблица 3.11.

Рис.3.4. График зависимости числа определений n от коэффициента вариации v при различных значениях ρ

Минимальное количество определений удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ в полевых условиях (п. 3.33) должно составлять 3. При вычислении расчетных значений с и φ на основе полевых данных допускается принимать коэффициент безопасности k_г = 1,5 для с и k_г = 1,1 для φ.

Минимальное количество частных определений физических характеристик, необходимых для пользования таблицами прочностных и деформационных характеристик [пп. 3.60(3.16)-3.61], должно составлять для каждого выделенного инженерно-геологического элемента 6 при расчетах оснований по второму предельному состоянию и 10 - при расчетах по первому предельному состоянию.

Примечание:

Количество частных определений характеристик грунтов допускается уменьшить при наличии одноименных определений в материалах предыдущих изысканий, выполненных на той же площадке для того же инженерно-геологического элемента.

Таблицы нормативных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов

3.66(1 прил. 2). Характеристики грунтов, приведенные в табл. 1-3 настоящего приложения (табл. 3.12-3.14 Рук.), допускается использовать в расчетах по деформациям оснований зданий и сооружений, указанных в примеч. 1 к п. 3.16 настоящей главы (п. 3.60 Рук.), при коэффициенте безопасности k_г = 1, а также для расчетов оснований опор воздушных линий электропередачи и опор открытых распределительных устройств по п. 13.2 настоящей главы.

Характеристики грунтов, приведенные в табл. 3.12 (1 прил. 2) и 3.13 (2 прил. 2), допускается использовать также в расчетах оснований по несущей способности при коэффициентах безопасности, приведенных в п. 3.61.

3.67(2 прил. 2). Характеристики песчаных грунтов в табл. 3.12 (1 прил. 2) относятся к кварцевым пескам с зернами различной окатанности, содержащим не более 20% полевого шпата и не более 5% в сумме различных примесей (слюда, глауконит и пр.), включая растительные остатки, независимо от степени влажности G.

3.68(3 прил. 2). Характеристики глинистых грунтов в 3.13 (2 прил. 2) и 3.14 (3 прил. 2) относятся к грунтам, содержащим не более 5% растительных остатков и имеющим степень влажности G≥0,8.

Таблица 3.12(1 прил. 2)

Нормативные значения удельных сцеплений с^н, кгс/см², углов внутреннего трения φ^н, град, и модулей деформации Е, кгс/см², песчаных грунтов (независимо от происхождения, возраста и влажности)

3.69(4 прил. 2). Для песчаных и глинистых грунтов с промежуточными значениями е против указанных в табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.14 (3 прил. 2) допускается определять величины с^н, φ^н и Е, пользуясь интерполяцией.

3.70(5 прил. 2). Для песчаных и глинистых грунтов при значениях е, а для глинистых грунтов и при значениях G и I_L, выходящих за пределы, предусмотренные в табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.14 (3 прил. 2), значения характеристик грунтов с^н, φ^н и Е надлежит определять по данным инженерно-геологических исследований.

3.71(8 прил. 2). При значениях е для песчаных и глинистых грунтов, а также G и I_L, для глинистых грунтов, меньших, чем их нижние пределы, предусмотренные табл. 3.12 (1 прил. 2)-3.14 (3 прил. 2), характеристики с^н, φ^н и Е в запас надежности допускается принимать по соответствующим нижним пределам е, G и I_L.

Однако с целью достижения более экономичных решений оснований и фундаментов в этих случаях характеристики грунтов с^н, φ^н и Е рекомендуется определять по данным инженерно - геологических исследований.

Таблица 3.13(2 прил. 2)

Нормативные значения удельных сцеплений с^н, кгс/см², и углов внутреннего трения φ^н, град, глинистых грунтов четвертичных отложений

Таблица 3.14(3 прил. 2)

Нормативные значения модулей деформации глинистых грунтов Е, кгс/см2

3.72 (7 прил. 2). Вследствие того, что расчетные значения характеристик грунта Е, е, G и I_L, согласно п. 3.14 настоящей главы (п. 3.54 Рук.), принимаются равными нормативным, то для упрощения записей символы нормативных значений этих характеристик пишутся без верхнего индекса «н».

Рекомендации по разработке региональных таблиц прочностных и деформационных характеристик грунтов

3.73. Таблицы характеристик грунтов следует разрабатывать для наиболее характерных геолого-генетических комплексов пород данного региона на основе исследования корреляционных связей между прочностными и деформационными характеристиками, с одной стороны, и физическими - с другой.

3.74. При сборе материалов для проведения корреляционных исследований результаты комплексных определений свойств грунтов рекомендуется заносить в паспорт специальной формы.

3.75. Для исследования влияния на свойства грунтов их геологического происхождения (генезиса) в статистическую совокупность, предназначаемую для обработки, следует включать опытные данные, относящиеся к грунтам одного и того же происхождения. В последующем после исследования корреляционных связей следует рассмотреть возможность объединения двух или более статистических совокупностей в одну, если различие в корреляционных зависимостях для них не существенно.

3.76. В статистическую совокупность должны включаться опытные данные, полученные единым методом, а приборы и оборудование, использованные при испытании грунтов, должны давать равноценные результаты.

3.77. Таблицу нормативных значений модуля деформации следует разрабатывать на основе полевых испытаний грунтов штампом. При отсутствии достаточного числа указанных опытов допускается составлять таблицу по данным компрессионных испытаний, корректируя эти данные с помощью коэффициентов m_к перехода от лабораторных значений модуля деформации к полевым.

3.78. Значения коэффициентов m_к должны быть получены, как правило, на основе сопоставительных испытаний грунтов данного региона в полевых и лабораторных условиях. Для грунтов, перечисленных в п. 3.27, допускается использовать значения m_к, приведенные в табл. 3.1.

3.79. Для исключения действия большого числа факторов, влияющих на прочностные и деформационные свойства грунта, и упрощения корреляционных исследований рекомендуется переходить к более дробным статистическим совокупностям, составляя их по номенклатурным видам крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов.

3.80. Надежность результатов статистической обработки увеличивается с увеличением числа опытных данных, включаемых в статистическую совокупность. Минимальное число независимых измерений характеристики должно быть 50 для модуля деформации и 300 - для с и φ.

3.81. Перед установлением корреляционных связей опытные данные должны быть проанализированы для исключения грубых ошибок.

Рекомендуется построение точечных графиков зависимости между прочностной и деформационной характеристикой и одной из физических характеристик, например коэффициентом пористости.

3.82. При исследовании корреляционных связей необходимо использовать следующие физические характеристики: коэффициент пористости е, влажность W, степень влажности G, степень неоднородности зернового состава крупнообломочных и песчаных грунтов U, показатель консистенции I_L, и характеристики пластичности глинистых грунтов W_L, W_P, I_P, а в необходимых случаях также степень засоленности или заторфованности и т. п.

3.83. При составлении таблиц рекомендуется устанавливать множественные корреляционные связи, причем, как правило, оказывается достаточным исследовать связи прочностных и деформационных характеристик одновременно с двумя физическими характеристиками.

Допускается использовать парные корреляционные связи, установленные для фиксированных интервалов величин второй физической характеристики.

3.84. На основе корреляционных исследований должны быть выбраны физические характеристики, наиболее влияющие на прочностные и деформационные показатели грунтов (входы в таблицу), и уравнения взаимосвязи. Рекомендуется использовать для этих исследований ЭВМ.

3.85. Наиболее тесные связи прочностных и деформационных показателей Y (по опыту составления таблиц) получаются: для песчаных грунтов Y = f(e) при одновременном учете номенклатурного вида песка; для глинистых водонасыщенных грунтов также в пределах одного номенклатурного вида Y = f(e,I_L) и для глинистых грунтов с переменной степенью влажности Y = f(e,G) или Y = f(e,W).

3.86. При выборе вида уравнения взаимосвязи характеристик необходимо исследовать уравнения первого и второго порядка. Использование уравнений более высокого порядка не рекомендуется.

Коэффициенты уравнений взаимосвязи и средняя квадратичная ошибка определяются способом наименьших квадратов.

3.87. По уравнениям регрессии, полученным в результате корреляционного анализа, вычисляют нормативные значения прочностных характеристик с и φ и модуля деформации Е для середин заранее установленных интервалов величин физических характеристик, выбранных в качестве входов в таблицу.

3.88. Для прочностных характеристик с и φ допускается составление таблицы путем обработки опытных данных, сгруппированных по интервалам физических характеристик (отдельные клетки таблицы) .

При этом нормативные значения с и φ определяются или как средние арифметические величины совокупностей с и φ в данной клетке таблицы, или как параметры уравнения τ = ptgφ+c, получаемые способом наименьших квадратов для всей совокупности τ_i, в рассматриваемой клетке [п. 3.52 (5 прил. 1)].

3.89. Расчетные значения с и φ в случае использования уравнений регрессии (п. 3.87) следует устанавливать как нижнюю доверительную границу уравнения при различных значениях физических характеристик (принимаются значения, соответствующие серединам интервалов физических характеристик).

3.90. При составлении таблицы путем группировки опытных данных по клеткам (п. 3.88) расчетные значения с и φ вычисляются по формуле (3.12) (12) или (3.14). При этом показатель точности оценки среднего значения характеристики ρ и ее среднее квадратичное отклонение σ вычисляются по указаниям пп. 3.91 и 3.92.

3.91. В случае обработки непосредственно совокупности частных значений с и φ в клетке таблицы ρ и σ вычисляются по формулам (3.16) (8 прил. 1) и (3.21) (13 прил. 1), т. е. аналогично вычислениям для R_c и γ.

3.92. При обработке способом наименьших квадратов совокупности значений τ_i; в клетке таблицы величины ρ и σ для с и α вычисляются по формулам (3.15) (7 прил. 1), (3.18) (10 прил. 1) и (3.19) (11 прил. 1).

3.93. Расчетные значения прочностных характеристик грунтов с и φ в таблице устанавливают для двух предельных состояний (расчет оснований по несущей способности и по деформациям). Доверительную вероятность α расчетных значений принимают α = 0,85 для расчетов по деформациям и α = 0,95 для расчетов по несущей способности [п. 3.58 (3.15)].

3.94. Нормативные и расчетные значения с, кгс/см², округляют в таблице до двух десятичных знаков, а φ-до 1°.

Нормативные значения модуля деформации Е округляют: до 10 кгс/см² при Е≥100 кгс/см²; до 5 кгс/см² при 20≤Е<100 кгс/см² и до 1 кгс/см² при Е<20 кгс/см².

3.95. Вместо приведения в таблицах расчетных значений прочностных характеристик с и φ, допускается устанавливать для каждой региональной таблицы среднее значение коэффициента безопасности k_г [п. 3.55 (6 прил. 1)] отдельно для с и φ. Тогда расчетные значения с и φ следует определять путем деления их нормативных значений, взятых из таблицы, на величину k_г.

3.96. Для установления нормативных и расчетных значений с, φ и Е по таблицам используются нормативные значения физических характеристик, вычисленные для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента.

Для получения достоверных нормативных значений физических характеристик каждая региональная таблица должна сопровождаться указанием о необходимом числе определений физических характеристик - входов в таблицу.

3.97. Число определений физических характеристик, необходимое для пользования таблицами, рекомендуется назначать на основе анализа природной изменчивости этих характеристик в данном регионе, пользуясь формулой (3.23).

Определение характеристик грунта с учетом возможного изменения его влажности в процессе строительства и эксплуатации

3.98. Характеристики грунтов, необходимые для проектирования оснований (модуль деформации Е, удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ), определяют, как правило, для того состояния грунта, в котором он находится в природном залегании.

При проектировании оснований, сложенных не полностью водонасыщенными (G<0,8) глинистыми грунтами и пылеватыми песками, следует учитывать возможность снижения их прочностных и деформационных характеристик вследствие повышения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

3.99. Повышение влажности грунтов может происходить в результате:

а) подъема уровня грунтовых вод, прогнозируемого согласно указаниям пп. 3.105-3.116 (3.17-3.22);

б) накопления влаги за счет нарушения природных условий ее испарения вследствие застройки и асфальтирования территории.

3.100. Характеристики с, φ и Е для грунтов, расположенных ниже прогнозируемого уровня грунтовых вод, должны устанавливаться путем испытаний грунтов в условиях полного водонасыщения.

3.101. Повышение влажности грунтов вследствие застройки и асфальтирования территории следует учитывать для всех видов зданий и сооружений. При этом прогноз изменения влажности необходимо давать на основе специальных расчетов или опытных данных по измерению влажности грунтов данного района под уже застроенной территорией.

Характеристики с, φ и Е в этом случае следует определять при прогнозируемой влажности. При отсутствии указанных данных допускается принимать с, φ и Е по результатам испытания грунта в состоянии природной влажности, если последняя больше влажности на границе раскатывания, или при влажности на границе раскатывания, если W≤W_P.

3.102. Для определения прочностных характеристик грунтов с и φ в соответствии с рекомендациями пп. 3.100 и 3.101 образцы грунтов предварительно насыщаются водой до значений влажности, указанных в пп. 3.100 и 3.101.

При определении модуля деформации в полевых условиях допускается проводить испытание грунта при природной влажности с последующей корректировкой полученного значения модуля деформации на основе компрессионных испытаний. Для этого проводятся параллельные компрессионные испытания грунта природной влажности и грунта, предварительно водонасыщенного до требуемого значения влажности. Полученный в лабораторных опытах коэффициент снижения модуля деформации грунта при его дополнительном водонасыщении используется для корректировки полевых данных.

3.103. При определении характеристик просадочных, набухающих и засоленных грунтов следует учитывать дополнительные рекомендации, изложенные в разделах 4, 5 и 9 настоящего Руководства.

ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ

3.104. Положение уровня грунтовых вод и возможность его изменения в период строительства и эксплуатации возводимых зданий и сооружений влияют на выбор: типа фундаментов, их размеров, глубины заложения, водозащитных мероприятий и пр.

При повышении уровня грунтовых вод могут изменяться деформационные и прочностные свойства глинистых грунтов основания, возникать просадка или набухание грунта, увеличиваться степень морозной пучинистости и пр.

При понижении уровня грунтовых вод могут возникать дополнительные осадки как глинистых, так и песчаных грунтов.

Прогнозирование изменения уровня грунтовых вод следует выполнять согласно указаниям пп. 3.105-3.113 (3.17-3.20), а оценку изменения гидрогеологических условий на свойства грунта - по пп. 3.98-3.103.

3.105(3.17). При проектировании оснований должны учитываться как сезонные и многолетние колебания уровня грунтовых вод (и верховодки), так и возможность формирования нового повышенного или пониженного среднего уровня.

При этом следует учитывать возможность образования нового техногенного горизонта, т. е. горизонта, сформировавшегося в результате строительства и эксплуатации предприятий, зданий и сооружений.

3.106. Техногенное повышение уровня грунтовых вод или образование техногенного водоносного горизонта (в том числе и верховодки) определяется действием факторов подтопления:

активных - непосредственно вызывающих подтопление (например, инфильтрации утечек или поверхностных вод);

пассивных - не вызывающих подтопления непосредственно, но способствующих его возникновению и развитию (например, нарушение поверхностного стока, гидрогеологические условия и т. п.).

Классификация факторов подтопления и характер их действия приведены на рис. 3.5.

Основными факторами подтопления являются: при строительстве - изменение условий поверхностного стока при вертикальной планировке, засыпке естественных дрен, производстве земляных работ, длительный разрыв между выполнением земляных работ нулевого цикла и строительными работами (закладкой фундаментов, прокладкой коммуникаций и т. п.); при эксплуатации - инфильтрация утечек производственных вод, уменьшение испарения под зданиями и покрытиями, полив зеленых насаждений и т. п.

Рис. 3.5. Классификация факторов подтопления застраиваемых территорий

3.107. Неподтопляемыми территориями являются такие, на которых вследствие благоприятных природных условий (наличия естественного дренирования, наличия хорошо проницаемых грунтов большой мощности и глубокого залегания водоупора и т. п.) или при ограниченном количестве потребляемой предприятием воды заметного увлажнения грунтов оснований и повышения уровня грунтовых вод не происходит или оно не отражается на нормальных условиях эксплуатации заглубленных конструкций зданий и сооружений.

Неподтопляемыми также следует считать территории, на которых возникает кратковременное повышение уровня грунтовых вод или образуется временная верховодка (например, при повышенном количестве атмосферных осадков).

На неподтопляемых территориях расходные статьи водного баланса преобладают над приходными.

Подтопляемыми территориями являются такие застроенные или застраиваемые территории, в пределах которых происходит постоянное и направленное изменение водного режима в сторону накопления подземных вод и нарушения условий, необходимых для нормальной эксплуатации заглубленных строительных конструкций и помещений.

На подтопляемых территориях приходные статьи водного баланса преобладают над расходными.

3.108(3.18). Возможные изменения уровня грунтовых вод следует прогнозировать в зависимости от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, характера возводимых зданий и сооружений и наличия в них мокрого технологического процесса, а также технических мероприятий, осуществляемых в процессе строительства и эксплуатации (отрывка котлованов, планировка территорий, устройство и эксплуатация дренажных, водопроводных, канализационных, теплофикационных сетей и т. п.).

3.109(3.19). При прогнозировании изменения уровня грунтовых вод следует учитывать наибольшую вероятность:

а) значительного его повышения:

там, где возводятся здания и сооружения с мокрым технологическим процессом;

если в районе застройки или вблизи него устраиваются водоподпорные сооружения;

когда строительная площадка сложена маловодопроницаемыми глинистыми грунтами, а также пылеватыми песками, вне зависимости от глубины залегания водоупора;

б) его понижения:

там, где на застраиваемой или соседней территории устраиваются мелиоративные осушительные сооружения (каналы, дренажные устройства и пр.) или выполняются подземные выработки (тоннели, метро, горные подработки и др.).

3.110. При прогнозировании изменения уровня грунтовых вод в связи с выбором безопасного для зданий и сооружений его положения следует на основе анализа материалов изысканий выявлять режимообразующие факторы или их комплексы, вызывающие повышение уровня или его понижение. При этом в первом случае выделяется тип искусственного режима грунтовых вод - подпитывающий (инфильтрационно-термический), во втором - водоотборный.

В обоих случаях - при питании и водоотборе - выделяются виды режима по характеру распространения (распределения по территории застройки) действия факторов по площади: равномерное, неравномерное, сплошное или несплошное, линейное, локальное и т. д.

Для каждого из этих видов режима выделяются подвиды в зависимости от действия факторов во времени - систематический, периодический и эпизодический.

При прогнозировании уровня грунтовых вод следует учитывать, что повышение его может происходить как на площадках, застроенных предприятиями с «мокрым» технологическим процессом, так и на площадках с «сухим» технологическим процессом.

При «мокром» технологическом процессе основными источниками подтопления являются искусственные, при «сухом» - главным образом естественные источники.

В связи с этим следует различать группы предприятий по количеству потребляемой ими воды, от которого зависит объем возможных ее утечек. Классификация промышленных предприятий по удельному расходу (потреблению) воды в м³/сут на 1 га занимаемой предприятием площади приведена в табл. 3.15.

3.111. Потенциальная подтопляемость территорий в значительной степени зависит от природных условий ее, в связи с чем следует различать 6 типовых схем природных условий территорий (табл. 3.16), в основе которых лежат типовые литологические разрезы, в различной степени подверженные подтоплению, и учитываются гидрологические зоны увлажнения, определяемые согласно «Руководству по определению расчетных гидрологических характеристик» (Ленинград, Гидрометеоиздат, 1973).

Наиболее подтопляемыми являются территории, сложенные слабопроницаемыми, фильтрационно-анизотропными, просадочными грунтами, застроенные предприятиями, потребляющими большое количество воды в технологическом процессе. Скорость повышения уровня грунтовых вод на таких территориях может достигать 0,5-1 м в год.

Таблица 3.15

Таблица 3.16

Наименее подтопляемыми являются территории с глубоким залеганием грунтовых вод, сложенные различными грунтами и застроенные предприятиями с «сухим» технологическим процессом, со скоростью подъема ≤ 0,1 м в год.

В зависимости от сочетания схемы природных условий с группой предприятий по количеству потребляемой воды все территории промышленных предприятий разделяются на 4 группы по степени их потенциальной подтопляемости (классификацию территорий см. в табл. 3.17).

Наибольшую вероятность значительного повышения уровня грунтовых вод или образование нового техногенного водоносного горизонта следует ожидать и учитывать при проектировании на территориях I и II типов потенциальной подтопляемости, например, на территории с близким залеганием водоупора, сложенной просадочными грунтами, при отсутствии естественных дрен и с проектируемой застройкой предприятиями химической, металлургической или энергетической промышленности (ТЭЦ), потребляющими большие количества воды. Понижение уровня грунтовых вод можно ожидать на территориях, дренируемых со специальной целью его понижения, а также при наличии вблизи водозаборных скважин (при отсутствии активных факторов подтопления, которые могут вызвать локальное замачивание грунтов основания).

3.112(3.20). Расчетное положение уровня грунтовых вод и возможность изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации построенных зданий и сооружений следует принимать по результатам инженерно-геологических изысканий и прогнозов, выполняемых на основе специальных расчетов.

Таблица 3.17

Примечание:

В табл. 3.17 для предприятий с малыми расходами воды (группа Д) учтена относительная площадь распространения грунтов с нарушенной структурой, обладающих более высокой фильтрационной способностью (относительная площадь планировочной подсыпки), и выделены подгруппы Д₁ - территории с относительной площадью подсыпки от 25 до 50 %; Д₂ - от 10 до 25%; Д₃ - от 0 до 10 %.

3.113. Прогнозирование подтопления выполняется изыскательской организацией в две стадии. Вначале выполняется предварительный, качественный прогноз, затем - количественный.

Качественный прогноз заключается в определении типа потенциальной подтопляемости территории (табл. 3.17) на основе сравнения природных условий территории (табл. 3.16), а также характеристики проектируемого предприятия по количеству потребляемой им воды (табл. 3.15).

Установление типа потенциальной подтопляемости территории должно определить минимум требований в задании на последующий этап изысканий, необходимых для выполнения количественного прогноза подтопления.

Для территории IV типа потенциальной подтопляемости (табл. 3.17) количественный прогноз, как правило, не выполняется.

Количественный прогноз подтопления отдельных зданий и сооружений с установлением возможного уровня грунтовых вод выполняется на основе специальных расчетов, а в сложных геологических условиях с применением моделирования на ЭВМ и аналоговых устройствах. Прогнозом устанавливается расчетная зависимость положения уровня грунтовых вод на различные моменты времени. Для неподтопляемых территорий уровень грунтовых вод принимается постоянным и учитываются лишь его сезонные колебания.

Количественное прогнозирование выполняется в соответствии с «Рекомендациями по прогнозу подтопления промышленных площадок грунтовыми водами» (ВОДГЕО, ПНИИИС, 1976).

Примеры прогнозирования подтопляемости территории проектируемого предприятия

Пример 1. Проектируется предприятие химической промышленности на площадке, сложенной просадочными суглинками мощностью 10 м, подстилаемыми юрскими глинами. Тип грунтовых условий по просадочности - I. Грунтовые воды, по данным изысканий, находятся на глубине 11 м. Площадка находится в зоне переменного увлажнения. Природные условия территории по табл. 3.16 относятся к схеме № 1.

Согласно заданию на проектирование (или техническому проекту), количество потребляемой предприятием воды составляет 10 000 м3/сут на 1 га площади, которую будет занимать предприятие. В соответствии с табл. 3.15, по количеству потребляемой воды предприятие относится к группе Б.

По табл. 3.17 находим, что предприятие группы Б в природных условиях, соответствующих схеме № 1 (по табл. 3.16), относится к типу I территории по степени потенциальной подтопляемости, для которого вероятность подтопления значительная.

В связи с этим в задании на изыскания должны быть изложены требования к выполнению работ по количественному прогнозу подтопления территории.

Пример 2. Проектируется строительство элеватора в Средней Азии. По данным изысканий, на стадии выбора площадки природные условия соответствуют схеме № 6 (табл. 3.16). По количеству потребляемой воды на 1 га (менее 50 м³/сут на 1 га) элеватор относится к группе Д (табл. 3.15).

По табл. 3.17 определяем, что сочетание схемы природных условий с предприятием группы Д соответствует IV типу территории по степени ее потенциальной подтопляемости, т. е. возможность подтопления ее минимальна и для ее предупреждения достаточно ограничиться минимумом водозащитных мероприятий (планировка территории и отвод поверхностных вод от здания).

Выполнения количественного прогноза в этом случае не требуется.

3.114(3.21). При проектировании оснований зданий и сооружений с мокрым технологическим процессом должны предусматриваться мероприятия, не допускающие попадания в грунты основания производственных вод и подтопления территории, особенно в случае наличия отходов химического производства, вызывающих набухание грунта или коррозионное воздействие на материал фундаментов. Для своевременного выявления и предупреждения утечек производственных вод в проектах должно быть предусмотрено устройство постоянно действующих наблюдательных скважин.

3.115(3.22). Если существующий или прогнозируемый уровень грунтовых вод не исключает возможности подтопления фундаментов или заглубленных помещений, необходимо при проектировании последних предусматривать мероприятия, исключающие или уменьшающие неблагоприятные последствия этого подтопления на работу оснований и фундаментов, а также эксплуатацию проектируемых зданий и сооружений (устройство постоянно действующего водопонижения, гидроизоляции фундаментов и полов подвалов, специальных проемов в подземных конструкциях, снижающих подпор грунтовых или поверхностных вод, и пр.).

3.116. Выбор и разработку мероприятий по защите территории от подтопления, а также мероприятий, исключающих или уменьшающих неблагоприятное влияние возможного подтопления на свойства грунтов, работу оснований и фундаментов и на эксплуатацию проектируемого здания и сооружения следует выполнять на основе технико-экономической оценки этих мероприятий.

При выборе мероприятий для различных условий подтопления допускается пользоваться «Рекомендациями по проектированию защитных сооружений от подтопления промплощадок грунтовыми водами» (ВОДГЕО, 1977).

Наблюдательные скважины рекомендуется располагать по сетке, охватывающей всю потенциально подтопляемую территорию проектируемого предприятия.

При этом необходимо учесть, что при проектировании предприятий с агрессивными стоками следует предусматривать скважины внутри крупных зданий и сооружений, а также на участках накопителей, гидрозолоотвалов и т. п., в целях определения влияния фильтрующихся растворов на химический состав и агрессивность грунтовых вод.

3.117(3.23). В случаях, когда грунтовые или поверхностные воды, в том числе производственные, обладают агрессивностью по отношению к материалу фундаментов, следует предусматривать, согласно указаниям соответствующих нормативных документов, антикоррозионные мероприятия, не допускающие разрушения материала фундаментов.

3.118. При наличии грунтовых или поверхностных вод, агрессивных по отношению к материалу фундаментов или других заглубленных конструкций, антикоррозионные мероприятия применяются в зависимости от вида коррозии и условий эксплуатации зданий и сооружений по указаниям главы СНиП II-28-73 по защите строительных конструкций и сооружений от коррозии.

Следует иметь в виду, что агрессивные грунтовые води, обогащенные химически активными компонентами инфильтрующихся производственных стоков, оказывают неблагоприятное воздействие и на грунты оснований, вызывая их коррозию, растворение и вынос солей, а в некоторых случаях - набухание грунтов. Вследствие этого в необходимых случаях должны применяться мероприятия, не допускающие инфильтрацию агрессивных стоков в грунты оснований, особенно щелочных и кислотных, например антикоррозионную гидроизоляцию фундаментов, отвод агрессивных вод в промышленную канализацию, устройство специальных экранов или дренажей под зданиями и коммуникациями с агрессивными стоками. Выбор и применение мероприятий должны быть технико-экономически обоснованы.

3.119(3.24). Если грунты, окружающие фундамент, подвергаются воздействию поверхностных вод со скоростями, при которых возможно размывание грунтов, а также в случаях, когда в основаниях, сложенных песчаными грунтами или супесями, грунтовые воды движутся со скоростями, способными вымывать частицы грунта или растворять соли, должны приниматься надлежащие меры защиты основания (дренаж, шпунт и т. д.).

3.120(3.25). При проектировании оснований фундаментов или других подземных частей зданий и сооружений, закладываемых ниже напорного горизонта грунтовых вод, должны предусматриваться мероприятия, предупреждающие прорыв и связанное с ним взрыхление, размыв или другие повреждения восходящими токами воды слоев грунта, залегающих в основании.

3.121(3.26). Проверка возможности прорыва напорными водами вышележащего слоя грунта, если в основании проектируемого сооружения залегают водоупорные слои глины, суглинка или ила, подстилаемые слоем грунта с напорными водами, производится исходя из условия:

где γ_W - удельный вес воды;

H₀ - высота напора воды, отсчитываемая от подошвы проверяемого водоупорного слоя до максимального уровня грунтовых вод;

γ₁ - расчетное значение объемного веса грунта проверяемого слоя;

h₀ - расстояние от дна котлована или верха пола подвала до подошвы проверяемого слоя грунта.

Если это условие не удовлетворяется, необходимо предусматривать в проекте искусственное понижение напора водоносного слоя (откачка или устройство самоизливающихся скважин). Искусственное снижение напора грунтовых вод должно быть предусмотрено на срок, пока фундамент не приобретет достаточную прочность, обеспечивающую восприятие нагрузки от напора грунтовых вод, но не ранее окончания работ по обратной засыпке грунта в пазухи котлована.

3.122. При заглублении фундаментов ниже пьезометрического уровня грунтовых вод следует учитывать, что возможны два случая:

заглубление в грунт, подстилаемый водоносным слоем с напорными водами, когда возможен прорыв грунтов основания, подъем полов и т. п.; в этом случае следует предусматривать мероприятия, снижающие напор (например, откачку воды из скважины), или увеличивать пригрузку на залегающий в основании грунт;

заглубление в грунт водоносного слоя - когда возможны размыв, разрыхление грунтов, коррозия и другие повреждения фундаментов; в этом случае кроме снижения напора может предусматриваться также закрепление грунтов.

3.123. При ожидаемом понижении уровня грунтовых вод следует учитывать возникновение дополнительной осадки фундамента.

Она происходит вследствие того, что из-за снятия взвешивающего действия воды в зоне между прежним и новым уровнем грунтовой воды природное давление на все нижележащие слои грунта возрастает на величину Δp, определяемую в зависимости от высоты капиллярного понятия h_к, глубины расположения уровня грунтовых вод до его понижения h_Е, величины снижения уровня грунтовых вод Δh_Е и объемных весов грунтов, расположенных ниже уровня грунтовых вод γ_взв, в зоне капиллярного поднятия γ₁ и выше этой зоны - γ₂.

Для случая, когда h_к+h_E+Δh_Е-h₂, величина Δp находится по формуле:

где h₂ - толщина слоя грунта над зоной капиллярного поднятия воды, образовавшейся после снижения уровня грунтовых вод.

Для случая, когда h_к≤Δh_в,

где e₂, W₂ и G₂ - коэффициент пористости, влажность и степень влажности в слое грунта выше зоны капиллярного поднятия воды.

Для случая, когда h_к≥h_в+Δh_в,

где e₁, W₁ и G₁ - коэффициент пористости, влажность и степень влажности грунта в зоне капиллярного поднятия воды.

При G₁ = l

Дополнительную осадку ΔS от снижения уровня грунтовых вод допускается определять по формуле:

где Е - модуль деформации грунта в пределах сжимаемой толщи Н.

Величина сжимаемой толщи Н определяется из условия Δp = 0,2p_σz', т. е. она равна глубине, на которой p_σz' = 5Δp.

Природное давление грунта p_σz на глубине z' находится в зависимости от объемных весов грунта в отдельных его слоях (γ_взв, γ₁ и γ₂) после понижения уровня грунтовых вод.

Пример определения дополнительной осадки ΔS, вызванной снижением уровня грунтовой воды

Грунты, однородные по глубине, представлены песком мелким с характеристиками: е = 0,7; γ_в = 2,7 тс/м³ и E = 300 кгс/см². Высота капиллярного поднятия воды h_к = 0,7 м. Уровень грунтовой воды расположен на глубине h_в = 1 м. После его снижения на Δh_в = 3 м он будет находиться на глубине h_в+Δh_в = 1+3 = 4 м.

Грунт, расположенный ниже уровня грунтовой воды, имеет γ_взв = 1 тс/м³; грунт в зоне капиллярного поднятия воды толщиной h₁ = 0,7м-γ₁ = 2 тс/м³, G₁ = l и W₁ = 0,26; в слое h₂ = 3,3 м, расположенном выше зоны капиллярного поднятия, - γ₂ = 1,7 тс/м³, G₂ = 0,27 и W₂ = 0,07.

В рассматриваемом случае имеем h_к<Δh_в, поэтому величина Δp должна определяться по формуле (3.26).

Используя значения γ₂, γ_взв и Δh_в, находим

Δp = (1,7-1)·3 = 2,1 тс/м².

Глубину сжимаемой толщи грунта H определяем из равенства суммы значений p_σz для каждого слоя грунта с различными значениями γ₁ величине 5Δp:

γ₂h₂+γ₁h₁+γ_взв(H-h₂-h₁) = 1,7·3,3+2·0,7+1·(H-4) = 5·2,1 = 10,5.

Величина Н будет равна Н = 10,5-3 = 7,5 м и величина

3.124. При проектировании оснований и методов производства работ следует учитывать, что возможно появление больших осадок, если применяется открытый водоотлив, вызывающий вынос частиц грунта из-под фундаментов, особенно если верхняя часть основания сложена песками.

Следует также учитывать, что если под верхними слоями грунта лежит песчаный грунт, то понижение уровня грунтовых вод в котловане открытым водоотливом или методами глубинного водопонижения может распространяться на большие расстояния, измеряемые десятками метров. Вследствие этого возможно появление осадок соседних, уже существующих зданий и сооружений.

Для уменьшения вредных последствий открытого водоотлива или глубинного водопонижения в проектах оснований и производства работ должны предусматриваться соответствующие мероприятия.

ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

3.125. Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность основания и величину деформации, не превышающую предельно допустимую по условиям нормальной эксплуатации проектируемого здания или сооружения и находящегося в них оборудования.

Выбор рациональной глубины заложения фундаментов, зависящей от условий, перечисленных в п. 3.126 (3.27), рекомендуется выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов фундаментов.

3.126 (3.27). Глубина заложения фундаментов должна определяться с учетом:

назначения, а также конструктивных особенностей зданий и сооружений (например, наличия подвалов, подземных коммуникаций, фундаментов под оборудование и т. д.);

величины и характера нагрузок и воздействий, действующих на основание;

глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений, а также оборудования;

существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

геологических условий площадки строительства (строительных свойств грунтов, характера напластований отдельных видов грунтов, наличия слоев, склонных к скольжению, наличия пустот, образовавшихся вследствие выветривания, растворения солей, и пр.);

гидрогеологических условий (уровней грунтовых вод и верховодки, а также возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации здания и сооружения, агрессивности грунтовых вод и т. д.);

величины размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (опор мостов, переходов трубопроводов и т. п.);

глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов.

3.127. Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки или пола подвала до подошвы фундамента, т. е. нижней его поверхности, опирающейся на несущий слой грунта и передающей на него нагрузку. При наличии бетонной подготовки под фундаментом глубина заложения принимается, как правило, до ее низа.

Минимальную глубину заложения фундаментов во всех грунтах, кроме скальных, рекомендуется принимать не менее 0,5 м, считая от поверхности наружной планировки.

3.128. При выборе глубины заложения фундаментов под большие нагрузки следует учитывать, что такие фундаменты в целях уменьшения их размеров рационально основывать на малосжимаемых грунтах.

При однородных грунтах увеличение глубины заложения фундаментов для уменьшения площади их подошвы должно быть технико-экономически обосновано.

3.129. Разность отметок заложения рядом расположенных фундаментов (рис. 3.6) не должна превышать величину Δh, определяемую по формуле:

где а - расстояние между фундаментами в свету;

tgψ - тангенс угла сдвига:

φ₁ и c₁ - соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, определяемые согласно требованиям пп. 3.43-3.49 (3.13-3.15);

р - среднее давление на грунты под подошвой вышерасположенного фундамента от нагрузок для расчета по несущей способности.

Условие (3.29) распространяется и на случай определения допустимой разности отметок заложения фундаментов здания и рядом расположенных каналов, тоннелей и пр.

Фундаменты проектируемого здания, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется принимать на одной отметке. Переход на большую глубину заложения следует выполнять лишь на расстоянии, определяемом по формуле (3.29).

Если условие (3.29) не выполняется, следует предусмотреть устройство шпунтовой стенки или другого жесткого ограждения (рис. 3.7).

Рис. 3.6. Схема заложения соседних фундаментов на различной глубине

3.130. При выборе глубины заложения фундаментов по инженерно-геологическим и гидрогеологическим условиям рекомендуется:

а) выбирать несущий слой грунта основания в зависимости от напластования грунтов, их физико-механических характеристик, способа производства работ, предельно допустимых деформаций основания и его несущей способности;

б) предусматривать заглубление фундамента в несущий слой грунта на 10-50 см;

в) не оставлять под подошвой фундамента слой грунта малой толщины, если строительные свойства грунта этого слоя значительно хуже свойств подстилающего слоя;

г) закладывать фундаменты выше уровня грунтовых вод для исключения необходимости применения водоотлива и сохранения естественной структуры грунта при производстве работ;

д) при заложении фундаментов ниже уровня грунтовых вод (с учетом его колебания) предусматривать методы производства работ, сохраняющие структуру грунта;

е) если глубина заложения по условиям несущей способности и деформируемости грунтов основания оказывается чрезмерно большой - предусматривать специальные мероприятия по подготовке оснований [п. 3.336 (3.85)] или переходить на свайные фундаменты.

3.131(3.28). Глубина заложения фундаментов должна быть достаточной для надежной работы основания из условия его расчета по предельным состояниям и исключения возможности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундамента.

3.132. При проектировании следует учитывать, что одним из основных факторов, определяющих отметку заложения фундаментов, является глубина сезонного промерзания пучинистых грунтов, которые при промораживании увеличиваются в объеме, а после оттаивания дают значительные осадки. Деформации основания при морозном пучении и последующем оттаивании, как правило, неравномерные вследствие естественной неоднородности грунта, в том числе степени его пучинистости, и различия температурных условий, в которых могут находиться грунты под отдельными фундаментами.

Рис. 3.7. Схема защиты существующего здания от дополнительных осадок при воздействии рядом нового здания с большей глубиной заложения фундаментов

1 - фундамент существующего здания; 2 - фундамент нового здания; 3 - фундамент с большой глубиной заложения; 4 - шпунтовая стенка

3.133. К пучинистым грунтам относятся пески мелкие и пылеватые, а также глинистые и крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, расположенные вблизи уровня грунтовых вод.

Промерзание водонасыщенного пучинистого грунта сопровождается образованием в нем мерзлых прослоек, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев грунта, расположенных ниже уровня грунтовых вод. Последующее таяние промерзшего пучинистого грунта делает его переувлажненным и размягченным.

Степень пучинистости этих грунтов зависит как от вида и состояния этих грунтов, так и от близости расположения к ним уровня грунтовых вод и определяется согласно указаниям пп. 3.319-3.321 (2-4 прил. 6).

3.134. При назначении глубины заложения фундаментов по условию исключения возможности промерзания пучинистых грунтов под подошвой фундамента имеется в виду ежегодное промерзание в процессе эксплуатации зданий и сооружений. Исключение промерзания грунта в период строительства обеспечивается не глубиной заложения фундамента, а теплозащитными мероприятиями.

3.135(3.29). Исключение возможности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундаментов обеспечивается:

в период эксплуатации - соответствующей глубиной их заложения, установленной согласно требованиям пп. 3.30-3.39 настоящей главы (пп. 3.136-3.155 Рук.) в зависимости от вида и состояния грунтов, глубины расположения уровня грунтовых вод, нормативной глубины сезонного промерзания, теплового режима здания или сооружения и пр.;

в период строительства - защитными мероприятиями, назначаемыми согласно требованиям пп. 3.38-3.38, 3.40 и 3.41 настоящей главы (пп. 3.150-3.154, 3.157-3.160 Рук.).

3.136(3.30). Нормативная глубина сезонного промерзания грунта H^н принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за период не менее 10 лет за фактическим промерзанием грунтов под открытой, оголенной от снега, поверхностью горизонтальной площадки при уровне грунтовых вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

3.137. При использовании наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учесть, что она должна определяться не по глубине расположения нулевой температуры, которую обычно сообщают метеорологические станции гидрометслужбы, а по глубине образования твердомерзлого грунта. Последняя обычно расположена выше линии нулевой изотермы.

Рис. 3.8. Схематическая карта нормативных глубин промерзания суглинков и глин (изолинии нормативных глубин промерзания, обозначенные пунктиром, даны для малоисследованных районов)

3.138(3.31). Нормативную глубину сезонного промерзания грунтов H^н, см, при отсутствии данных многолетних наблюдений допускается определять на основе теплотехнических расчетов, а для районов, где нормативная глубина промерзания не превышает 2,5 м, - по формуле

где Σ׀T_м - ׀сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по главе СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в ней данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях со строительной площадкой;

H₀ - глубина промерзания при Σ׀T_м׀ = 1, зависящая от вида грунта и принимаемая равной (см) для: суглинков и глин - 23; супесей, песков мелких и пылеватых - 28; песков гравелистых, крупных и средней крупности - 30; крупнообломочных грунтов - 34.

Значение H₀ для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное по глубине в пределах зоны промерзания грунта.

3.139. Значение H₀ в формуле (3.31) (14) для площадок неоднородного сложения (при наличии нескольких слоев с различными значениями H_0i) определяется последовательным приближением как средневзвешенное по глубине в пределах зоны промерзания.

В первом приближении рекомендуется принимать значение нормативной глубины промерзания H^н, полученное по формуле (3.31) (14) в предположении, что вся зона промерзания сложена одним видом грунта с величиной H₀₁, равной среднему из учитываемых величин H_0i. Полученное значение H₀₁ используется для уточнения нормативной глубины промерзания H₀₁ и средневзвешенного значения H₀^ср, с учетом фактической толщины каждого слоя грунта с различными значениями H_0i.

Пример определения средневзвешенного значения H₀

Необходимо найти нормативную глубину промерзания на площадке, сложенной следующими грунтами. С поверхности залегает слой супеси толщиной h₁ = 0,5 м (H₀₁ = 0,28 м), далее следует слой суглинка толщиной h₂ = 1 м (H₀₂ = 0,23 м), подстилаемый крупнообломочным грунтом (H₀₃ = 0,34 м). Сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур в данном районе Σ׀T_м׀ = 64°.

Допустим, что зона промерзания сложена одним грунтом с H₀₁ = 0,28 м. Тогда нормативная глубина сезонного промерзания по формуле (3.31) (14) равна . В этом случае толщина нижнего слоя, которую следует учесть при определении средневзвешенного значения H₀^ср, равна

h₃ = H^н-h₁-h₂ = 2,24-0,5-1 = 0,74 м

При этом

С учетом H₀^ср = 0,277 м нормативная глубина промерзания составляет , т. е. уточнение составляет всего 2 см, поэтому дальнейшие приближения можно не выполнять.

3.140. При определении нормативной глубины промерзания грунтов по формуле (3.31) (14) сумму абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур наружного воздуха следует принимать по табл. 1 главы СНиП II-A.6-72 «Строительная климатология и геофизика. Основные положения проектирования».

3.141. В случае если в зоне промерзания залегают суглинки и глины, величину H^н допускается определять по схематической карте главы СНиП II-А.6-72, где даны изолинии нормативных глубин промерзания для этих грунтов, т. е. при H₀ = 23 см (рис. 3.8). При наличии в зоне промерзания других грунтов нормативная глубина промерзания, найденная по карте, должна умножаться на отношение H₀/23, где H₀ соответствует грунтам данной строительной площадки.

Для районов Дальнего Востока допускается пользоваться справочником «Характеристика строительной климатологии и геофизики Дальнего Востока» Дальневосточного Промстройниипроекта, 1967, включающим данные по 320 географическим пунктам (вместо 113 по главе СНиП), на основе которых составлена карта изолиний H^н для этого района (рис. 3.9).

В случае если значение H^н, найденное по карте, не совпадает со значением по формуле (3.31) (14), в расчет следует принимать значения, найденные по формуле.

Пример определения нормативной глубины промерзания H^н по формуле (3.31) (14) и карте СНиП II-А.6-72.

Для г. Костромы абсолютное значение суммы отрицательных температур воздуха равно 41,7°.

По формуле (3.31) (14) для площадок, сложенных суглинком и глиной, получаем

По карте - H^н = 150 см.

Рис. 3.9. Схематическая карта нормативной глубины промерзания суглинков в Приморском и Хабаровском краях, а также в Амурской области

3.142. Следует учесть, что ограничения в п. 3.138 (3.31) области применения формуле (3.31) (14) величиной H^н>2,5 м распространяются преимущественно на районы Восточной и Западной Сибири, поскольку для них недостаточно данных наблюдений за фактической глубиной промерзания грунтов на опытных площадках. Кроме того, формуле (3.31) (14) и карту главы СНиП по строительной климатологии и геофизике не рекомендуется применять для горных районов, где резко изменяются рельеф местности и геологические условия.

Глубина промерзания для этих районов фактически больше, чем по карте и по формуле (3.31) (14), вследствие особенностей состава и свойств грунтов, рельефа и сурового климата.

В этих условиях нормативная глубина промерзания должна определяться теплотехническим расчетом, согласно указаниям главы СНиП II-18-76 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования».

3.143. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта H^н, м, на основе теплотехнического расчета определяется по формуле:

где λ_м - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, ккал/(м·ч·град), принимаемый по прил. 1 к главе СНиП II-18-76;

t₂ - средняя температура воздуха за период отрицательных температур, °С (значение t₂ при расчетах принимается со знаком плюс; t₂ = ΣT_м:n, здесь ΣT_м и n - соответственно сумма среднемесячных отрицательных температур наружного воздуха и число месяцев с отрицательной среднемесячной температурой воздуха, принимаемые по табл. 1 СНиП II-А.6-72);

t_н.з - температура начала замерзания грунта, °С (определяется по п. 2.13 СНиП II-18-76);

τ₂ - продолжительность периода с отрицательными температурами воздуха, ч, соответствующая (n-1) месяцев с отрицательной среднемесячной температурой по главе СНиП II-А.6-72;

где ρ - удельная теплота плавления льда, принимаемая равной 80000 ккал/тс;

W_c - суммарная (природная) влажность грунта в долях единицы;

W_н - весовое содержание в грунте незамерзшей воды в долях единицы (определяется по п. 2.12 СНиП II-18-76 для температуры, равной 0,5(t₂+t_н.з);

C_м - объемная теплоемкость мерзлого грунта, ккал/(м³·град), принимается по прил. 1 СНиП II-18-76;

γ_ск.м - объемный вес скелета мерзлого грунта, тс/м³, определяется по формуле

где γ - объемный вес грунта, тс/м³.

Пример определения нормативной глубины промерзания грунтов на основе теплотехнического расчета

Площадка метеорологической станции в г. Ачинске Красноярского края. Грунт - суглинок мягкопластичный консистенции (I_L = 0,64); объемный вес грунта - γ = 1,8 тс/м³; объемный вес скелета грунта - γ_ск.м = 1,4 тс/м³; суммарная влажность - W_c = 0,25; влажность на границе текучести - W_L = 0,30 и на границе раскатывания - W_P = 0,16; число пластичности - I_P = 0,14.

В зоне сезонного промерзания рассматриваемый грунт при I_L>0,5 по п. 3.321 (4 прил. 6) относится к сильнопучинистому.

Нормативная глубина промерзания суглинистого грунта в г. Ачинске по формуле (3.31) (14) составляет . Фактическая глубина промерзания в этом районе по данным наблюдений за три года колеблется от 2,86 до 3,26 м. Как видим, для районов, где глубина промерзания более 2,5 м, получаемая по формуле (3.31) (14) нормативная глубина промерзания грунта оказывается намного меньше фактической.

Согласно указаниям п. 3.138 (3.31) для таких районов нормативную глубину промерзания грунтов допускается определять теплотехническим расчетом. Воспользуемся соответствующими формулами, приведенными в п. 3.143.

Числовые значения величин, входящих в формулы (3.32) и (3.33), следующие:

γ = 1,8 тс/м3; γ_ск.м = 1,4 тс/ м3; W_c = 0,25; W_L = 0,30; W_P = 0,16; I_P = 0,14; I_L = 0,64; W_н = 0,08; t₂ = 13,2°C; t_н.з = 0,2°C; τ₂ = 6×30×24 = 4320 ч; λ_м = 1,3 ккал/(м·ч·град); C_м = 490 ккал/(м³·град).

По формуле (3.32) получаем

При тех же самых грунтовых характеристиках по формуле (3.32) получим для Абакана H^н = 2,80 м.

В табл. 3.18 приведено сравнение значений нормативной глубины промерзания суглинистого грунта, полученных по формулам (3.31) (14) и (3.32), с результатами наблюдений по мерзлотомеру Ратомского за три года.

Таблица 3.18

Приведенные результаты сопоставления свидетельствуют о том, что нормативная глубина промерзания по теплотехническому расчету получается довольно близкой к значениям фактического промерзания, а по формуле (3.31) (14) - нормативная глубина промерзания на один метр меньше фактической, что не дает основания для применения этой формулы в условиях, где глубина промерзания более 2,5 м.

3.144(3.32). Расчетная глубина сезонного промерзания грунта Н у фундаментов определяется по формуле:

где H^н - нормативная глубина промерзания, определяемая по п. 3.31 (п. 3.138 Рук.);

m_t - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания (сооружения) на глубину промерзания грунта у фундаментов стен и колонн, принимаемый по указаниям пп. 3.33 и 3.39 настоящей главы (пп. 3.145 и 3.155 Рук.).

Определение расчетной глубины промерзания грунтов по формуле (3.35) (15) распространяется только на здания и сооружения массового жилищно-гражданского и промышленного строительства. Формула не распространяется на определение расчетной глубины промерзания грунтов в основании открытых распределительных устройств электроподстанций, отдельных опор линий электропередачи и контактных сетей, а также зданий и сооружений, оказывающих большое тепловое влияние на температурный режим грунтов в основании фундаментов, как, например, горячих цехов, котельных, теплиц, холодильников и др.

3.145(3.33). Коэффициент m_t, учитывающий влияние теплового режима здания (сооружения) на промерзание грунта у фундаментов наружных стен и колонн регулярно отапливаемых зданий и сооружений, должен приниматься по табл. 3.19 (14).

3.146. При выборе по табл. 3.19 (14) коэффициента m_t, зависящего от температуры воздуха в помещении, следует принимать во внимание, что температура в подвале и технических подпольях может быть ниже температуры помещений первого этажа и отличаться в отдельных частях подвала.

Значения температур в помещениях принимаются согласно требованиям глав СНиП или других утвержденных нормативных документов по проектированию соответствующих зданий и сооружений.

Значениями коэффициента m_t по табл. 3.19 (14) допускается пользоваться и для зданий с нерегулярным отоплением, например промышленных, с односменной работой. В этом случае за расчетную температуру воздуха для определения коэффициента m_t принимается ее среднесуточное значение t_ср, находимое по формуле:

где t₁ и t₂ - средняя расчетная температура воздуха в здании в отапливаемые и неотапливаемые периоды суток;

n₁ и n₁ - число часов в сутки, соответствующее температурам воздуха t₁ и t₂.

В случае если температура воздуха в помещении, примыкающем к фундаментам, ниже 5°С, то допускается коэффициент m_t принимать равным: для t⁰ = 0°С-0,9; 1; 1 и 0,8; для t⁰ = -5°С-1; 1; 1 и 0,9, где значения m_t для каждой температуры приведены в порядке их расположения по вертикали в табл. 3.19(14).

Таблица 3.19(14)

3.147(3.34). Расчетная глубина промерзания грунта в случае применения теплозащиты основания, а также, если технологический режим в проектируемых зданиях и сооружениях может сильно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т. п.), должна определяться теплотехническим расчетом.

3.148(3.35). Глубина заложения фундаментов (от поверхности планировки) отапливаемых зданий и сооружений по условиям недопущения возникновения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов должна назначаться:

для наружных стен и колонн - по условиям, изложенным в табл. 3.20(15) и п. 3.36 настоящей главы (п. 3.150 Рук.);

для внутренних стен и колонн - по указаниям п. 3.37 настоящей главы (п. 3.152 Рук.).

В обоих случаях глубина заложения фундаментов должна отвечать требованиям п. 3.38 настоящей главы (п. 3.153 Рук.) с исчислением ее и расчетной глубины промерзания от пола подвала или технического подполья. Глубина заложения фундаментов неотапливаемых зданий устанавливается по требованиям п. 3.39 настоящей главы (п. 3.155 Рук.).

3.149. При назначении глубины заложения фундаментов по условиям морозного пучения грунтов следует учитывать большое влияние на интенсивность этого процесса дисперсности грунта и близости расположения к нему уровня грунтовых вод.

Так, например, глубина заложения фундаментов в суглинках и глинах зависит от положения уровня грунтовых вод, а для песков крупных и средних морозное пучение не может возникнуть при любом уровне грунтовых вод и поэтому глубина заложения фундаментов не зависит от него.

Уровень грунтовых вод должен приниматься с учетом его прогнозирования на период эксплуатации здания или сооружения по указаниям пп. 3.108 - 3.114 (3.18 - 3.21) и влияния на него водопонижающих мероприятий, если они предусматриваются проектом.

При использовании прим. 3 к табл. 3.20 (15) следует учесть, что когда по условиям морозного пучения глубина заложения фундаментов должна быть не менее расчетной глубины промерзания грунтов Н (или 0,5 Н), то величину и необходимость превышения этой глубины устанавливают исходя из всех других условий, которые необходимо учитывать при назначении глубины заложения фундаментов, в том числе условию удовлетворения размеров этой глубины расчету по предельным состояниям.

3.150 (3.36). Глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений допускается назначать вне зависимости от расчетной глубины промерзания Н, кроме случаев, указанных в табл. 3.20 (15), а также, когда под подошвой фундаментов залегают грунты:

а) пески мелкие - если специальными исследованиями при изысканиях было установлено, что эти пески на застраиваемой площадке при их промерзании в водонасыщенном состоянии не вызывают сил морозного пучения;

б) суглинки и глины при консистенции I_L≤0,5 и крунообломочные грунты с глинистым заполнителем той же консистенции - если расчетная глубина промерзания Н ≤ 2,5 м и будут приняты меры, не допускающие увлажнения грунтов, а также их промерзания под подошвой фундаментов как в период строительства, так и эксплуатации;

в) все остальные грунты, при которых по табл. 3.20 (15) требуется заложение фундаментов на глубине не менее расчетной глубины промерзания, - если на основе специальных исследований и расчетов будет установлено, что деформации пучения при замерзании и последующем оттаивании грунтов не смогут привести к нарушению эксплуатационной пригодности здания или сооружения как в процессе его строительства, так и последующей эксплуатации.

Глубина заложения фундаментов при грунтах, указанных в подпунктах: «а» - не ограничивается; «б» - должна приниматься не менее половины расчетной глубины промерзания; «в» - устанавливается расчетом.

Таблица 3.20(15)

3.151. Назначение глубины заложения фундаментов меньше расчетной глубины промерзания в случаях, приведенных в п. 3.150 (3.36), должно быть обосновано данными специальных исследований и расчетов по устойчивости фундаментов на действие деформаций и сил морозного пучения грунтов [пп. 3.318-3.331 (1-10 прил. 6)], а для случая, указанного в п. 3.150 «б» (3.36 «б»), также и технико-экономическими расчетами.

Согласно классификации грунтов по степени морозной пучинистости, приведенной в п. 3.321 (4 прил. 6), пески мелкие в вoдонасыщенном состоянии относятся к слабопучинистым разновидностям, а поэтому для решения вопроса о допущении заложения подошвы фундамента в промерзающем песчаном слое необходимо определить значения сил морозного пучения грунта экспериментальным путем.

Глубину заложения фундаментов по условиям морозного, пучения можно существенно уменьшить за счет применения: теплозащиты грунта, например керамзитом, пенопластом и пр.; водозащитных мероприятий, уменьшающих степень пучинистости грунта; замены пучинистого грунта на непучинистый под подошвой фундаментов и по боковой поверхности; обмазки боковой поверхности фундаментов, уменьшающей смерзание с ней грунта; засоления грунтов и других мероприятий.

Целесообразность применения тех или иных мероприятий в целях уменьшения глубины заложения фундаментов должна быть экспериментально проверена и технико-экономически обоснована. Эффективность действия мероприятий должна обеспечиваться в течение всего срока эксплуатации проектируемого объекта.

Глубина заложения фундаментов по условиям морозного пучения может быть уменьшена и в случае применения конструктивных мероприятий, обеспечивающих восприятие неравномерных деформаций оснований при замерзании и оттаивании пучинистого грунта без нарушения прочности верхних конструкций и ухудшения эксплуатации здания или сооружения.

3.152 (3.37). Глубина заложения фундаментов внутренних стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений, считая от поверхности планировки, должна назначаться независимо от расчетной глубины промерзания грунтов, при условии, если грунты основания, перечисленные в поз. 2-4 табл. 3.20 (15), в период строительства будут защищены от увлажнения и промерзания.

3.153 (3.38). Глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений при наличии грунтов, приведенных в поз. 2-4 табл. 3.20 (15), должна приниматься:

при холодных подвалах и технических подпольях (имеющих отрицательную температуру в зимний период времени) - не менее 0,5 Н (половины расчетной глубины промерзания), считая ее от пола подвала или технического подполья;

при теплых подвалах и технических подпольях - вне зависимости от расчетной глубины промерзания грунта Я при условии его защиты в период строительства от увлажнения и промерзания.

3.154. Глубина заложения фундаментов, назначенная по требованиям табл. 3.20 (15) и пп. 3.150-3.152 (3.36 и 3.37) с исчислением ее от поверхности планировки, должна удовлетворять также и требованиям п. 3.153(3.38) с исчислением ее от пола как холодных, так и теплых подвалов или технических подполий.

Способы предохранения пучинистых грунтов от промерзания в период строительства зависят от конструктивных особенностей здания, степени его завершения строительством и наличия на месте материалов и средств теплозащиты.

Могут быть рекомендованы для теплозащиты опилки, шлаки или другие промышленные отходы, пригодные для теплоизоляции, а при временной консервации строек в зимний период - отложения снега. В зданиях, не сданных в эксплуатацию, рекомендуется для предохранения от промерзания пучинистого грунта предусмотреть временное отопление помещений, примыкающих к фундаментам.

В целях предохранения пучинистых грунтов в период строительства от избыточного увлажнения следует в проекте предусматривать применение до возведения фундаментов необходимых мелиоративных мероприятий: ограждение котлованов нагорными канавами, планировку территорий со стоком воды по канавам или лоткам.

При высоком уровне грунтовых вод - водопонижение, дренажные устройства и пр. Выбор мероприятий должен быть технико-экономически обоснован.

3.155(3.39). Глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн неотапливаемых зданий и сооружений должна назначаться для грунтов, предусмотренных в поз. 2-4 табл. 3.20 (15), не менее расчетной глубины промерзания, считая ее от пола подвала или технического подполья, а при отсутствии подвала или технического подполья - от поверхности планировки.

Указанные требования относятся к высокому уровню грунтовых вод [левая колонка табл. 3.20 (15)]. Если H_в>Н+2 м, то для грунтов, указанных в пп. 2 и 3, а табл. 3.20 (15), глубина заложения принимается независимо от глубины промерзания, а для грунтов, указанных в п. 4, б, - не менее 0,5 Н.

Расчетная глубина промерзания грунта Н для неотапливаемых зданий и сооружений принимается с коэффициентом m_t = 1,1, кроме районов, где среднегодовая температура воздуха (по данным главы СНиП по строительной климатологии и геофизике) отрицательная; в этих районах расчетная глубина промерзания грунта для неотапливаемых зданий и сооружений должна определяться теплотехническим расчетом применительно к требованиям главы СНиП по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах.

3.156. При назначении глубины заложения фундаментов неотапливаемых зданий и сооружений на пучинистых грунтах следует учесть, что она должна быть больше расчетной глубины промерзания, поскольку условия оттаивания грунтов в летний период под этими зданиями и сооружениями менее благоприятны, чем на открытой местности.

В случае если подвал или техподполье неотапливаемого здания или сооружения является закрытым (непродуваемым), то глубину заложения фундаментов от пола подвала или техподполья допускается принимать для пучинистых грунтов не менее половины расчетной глубины промерзания.

3.157(3.40). В проекте оснований и фундаментов должно быть указано, что для предотвращения в процессе строительства в зимний период возможности морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов следует защищать основание от увлажнения поверхностными водами, своевременно производить засыпку грунтом пазух котлованов, утеплять, если необходимо, фундаменты теплоизоляционными материалами или грунтом, вводить в грунт основания специальные добавки, понижающие температуру замерзания грунта, и пр.

Для защиты грунтов основания от увлажнения застраиваемая площадка под каждое здание и сооружение должна быть до устройства фундаментов ограждена нагорными канавами, тщательно спланирована, с устройством поверхностных канав и лотков, а при необходимости и дренажей.

Способ защиты грунтов основания от промерзания принимается в зависимости от вида грунтов, консистенции глинистых грунтов, конструктивных особенностей подземной части здания или сооружения и от местных условий строительства (климатических, времени года, производственных и пр.).

3.158. При разработке мероприятий по защите пучинистых грунтов основания от промерзания в период строительства следует учитывать, что их промерзание на каждые 10 см под подошвой фундамента может вызвать согласно п. 3.329 (10 прил. 6) нормальное к подошве давление морозного пучения величиной порядка 0,6 - 1 кгс/см² (меньшее от промерзания слабопучинистого грунта и большее - сильнопучинистого).

При этом вследствие неоднородности грунта и различия в пределах площади здания условий увлажнения и охлаждения грунта подъем отдельных фундаментов, вызванный морозным пучением, и их последующая осадка после оттаивания могут быть очень неравномерны.

Укладка фундаментов на промороженный грунт (без его отогрева) допускается только на основе результатов специальных исследований на данной площадке, позволивших установить возможную деформацию пучения грунта при его промерзании и величину осадки после оттаивания.

3.159(3.41). Виды грунта для засыпки пазух котлованов, метод и степень уплотнения засыпки и сроки ее выполнения должны назначаться из условия, чтобы в процессе строительства и эксплуатации касательные силы морозного пучения не превышали сумму сил, удерживающих фундамент от выпучивания, определяемых согласно указаниям п. 3.82 настоящей главы (п. 3.317 Рук.).

В необходимых случаях должны предусматриваться мероприятия, уменьшающие касательные силы пучения (обмазка фундаментов специальными составами, засоление грунтов засыпки веществами, не вызывающими коррозии бетона и арматуры и пр.).

3.160. Для того чтобы не повышать степень пучинистости грунта и не допускать его промерзания, рекомендуется в проекте производства работ по нулевому циклу предусматривать возможно меньшие размеры котлованов, скорейшее выполнение работ по засыпке пазух фундаментов и устройству планировочной отмостки.

При выполнении работ по нулевому циклу в зимний период должны быть предусмотрены защитные мероприятия согласно указаниям пп. 3.153-3.158 (3.38 - 3.40) и требованиям главы СНиП III-9-74 по производству работ.

При строительстве на пучинистых грунтах следует проверять устойчивость фундаментов при воздействии на них касательных и нормальных сил морозного выпучивания.

При расчете фундаментов на действие сил морозного пучения следует учитывать, что деформации конструкций от морозного пучения грунта особенно неблагоприятны вследствие их знакопеременности и ежегодного повторения.

При назначении глубины заложения фундаментов по условиям морозного пучения и мероприятий по уменьшению сил морозного пучения допускается использование данных «Рекомендаций по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах» (НИИ оснований. М., Стройиздат, 1972), а также монографии М. Ф. Киселева «Мероприятия против деформаций зданий и сооружений от действия сил морозного выпучивания фундаментов» (М., Стройиздат, 1971).

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

3.161(3.42). Целью расчета оснований зданий и сооружений по деформациям является ограничение деформаций оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется невозможность достижения состояния, затрудняющего нормальную эксплуатацию зданий и сооружений в целом или отдельных конструкций либо снижающего их долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (осадок, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т. п.). При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций подтверждена расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии зданий и сооружений со сжимаемым основанием.

3.162(3.43). Вертикальные деформации основания подразделяются на:

осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно с ними действующих факторов, таких, как, например, замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т. п.;

набухания и усадки - деформации, связанные с изменением объема некоторых видов глинистых грунтов при изменении их влажности, температуры (морозное пучение) или воздействии химических веществ;

оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий и т. п.

3.163(3.44). Деформации основания в зависимости от причин возникновения подразделяются на два основных вида:

первый - деформации грунтов от нагрузок, передаваемых на основание зданием или сооружением (осадки и просадки);

второй - деформации, не связанные с нагрузкой от здания или сооружения и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственного веса, набухания и усадки).

3.164. При проектировании следует иметь в виду, что при прочих равных условиях деформации первого вида вызывают тем большие усилия в конструкциях зданий и сооружений, чем больше сжимаемость грунтов основания, а деформации второго вида - наоборот.

Указанное в п. 3.163 (3.44) подразделение деформаций основания, показывающее не только специфику, но и сходство воздействий деформаций основания на конструкции сооружений, возводимых в различных грунтовых условиях, использовано в «Рекомендациях по унификации проектирования жилых зданий в особых грунтовых условиях» (Киев, 1972), где принят единообразный подход к проектированию зданий на неравномерно сжимаемых и просадочных грунтах, а также в районах горных выработок.

3.165. Наиболее опасными для зданий и сооружений являются неравномерные деформации основания. Основными причинами неравномерных деформаций основания являются следующие:

а) для деформаций основания первого вида:

изменение сжимаемости обычных грунтов (или относительной просадочности грунтов на площадках I типа) из-за неоднородности, выклинивания и непараллельности залегания отдельных слоев, наличия линз, прослоев и других включений, неравномерного уплотнения грунтов, в том числе искусственных подушек и т. п.;

особенность деформирования основания как сплошной среды, которая проявляется, например, в том, что осадки основания происходят не только в пределах площади загружения, но и за ее пределами;

неравномерное увлажнение грунтов, в том числе просадочных, набухающих и засоленных, в пределах деформируемой зоны основания;

различие величин нагрузок на отдельные фундаменты, их размеров в плане и глубины заложения;

неравномерное распределение нагрузок на полы производственных зданий, а также загрузка территории в непосредственной близости от сооружения;

нарушения правил производства строительных работ, приводящие к ухудшению свойств грунтов, ошибки, допущенные при инженерно-геологических изысканиях и проектировании оснований и фундаментов, а также нарушение предусмотренных проектом условий эксплуатации здания или сооружения;

б) для второго вида:

замачивание или существенное повышение влажности грунтов на площадках II типа по просадочности;

подземные горные выработки;

изменение температурно-влажностного режима некоторых видов грунтов (например, набухающих), изменение гидрогеологических условий площадки и т. д.;

влияние динамических воздействий, например от городского транспорта.

Таким образом, среди перечисленных причин неравномерных деформаций основания, которые необходимо учитывать при проектировании, имеются не только инженерно-геологические и гидрогеологические факторы, но также конструктивные и технологические особенности проектируемых зданий и сооружений, способы производства работ по устройству оснований и фундаментов, особенности эксплуатации зданий и сооружений.

3.166 (3.47). Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия:

где S - величина совместной деформации основания здания или сооружения, определяемая расчетом по указаниям прил. 3 «Расчет деформаций оснований» (пп. 3.220-3.263 Рук.);

S_пр - предельно допустимая величина совместной деформации основания здания или сооружения, устанавливаемая по указаниям пп. 3.63-3.69 настоящей главы (пп. 3.264-3.283 Рук.).

Примечания:

1. Под величинами S и S_пр может пониматься любая из перечисленных в п. 3.46 (пп. 3.168-3.176 Рук.) характеристик деформаций.

2. В необходимых случаях (для прогноза продолжительности и скорости стабилизации осадок, оценки напряженно-деформированного состояния конструкций зданий и сооружений с учетом длительных процессов и т. д.) следует производить расчет осадок во времени.

3. При расчете оснований по деформациям необходимо учитывать возможность изменения как расчетных, так и предельных значений деформаций основания за счет применения мероприятий, указанных в пп. 3.83-3.89 настоящей главы (пп. 3.333-3.339 Рук).

3.167 (3.45). Расчет оснований по деформациям, как правило, должен производиться из условия совместной работы здания (сооружения) и основания (в том числе с учетом перераспределения нагрузок на основание надфундаментной конструкцией).

Деформации основания допускается определять без учета совместной работы здания (сооружения) и основания в случаях, оговоренных в п. 3.6 настоящей главы (п. 3.14 Рук.), а также:

а) если для зданий и сооружений, указанных в п. 3.66 настоящей главы (п. 3.272 Рук.), не устанавливаются величины предельно допустимых деформаций оснований по прочности, устойчивости и трещиностойкости надфундаментных конструкций S_пр^п [подпункт «б» п. 3.63 настоящей главы (п. 3.265 Рук.)];

б) при определении неравномерных деформаций основания при привязке типовых проектов к местным геологическим условиям, если в этих проектах, согласно указаниям подпункта «б» п. 3.67 (п. 3.273 Рук.), приведены условные величины предельно допустимых деформаций S_пр⁰;

в) при определении средних величин деформаций зданий и сооружений.

3.168 (3.46). Совместная деформация основания и здания (сооружения) может характеризоваться:

а) абсолютной осадкой основания отдельного фундамента S_i;

б) средней осадкой основания здания или сооружения S_ср;

в) относительной неравномерностью осадок ∆S/L двух фундаментов, т. е. разностью их вертикальных перемещений, отнесенной к расстоянию между ними;

г) креном фундамента или сооружения в целом i, т. е. отношением разности осадок крайних точек фундамента к его ширине или длине;

д) относительным прогибом или выгибом f/L (отношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка здания или сооружения);

е) кривизной изгибаемого участка здания или сооружения К;

ж) относительным углом закручивания здания или сооружения н;

з) горизонтальным перемещением фундамента или здания (сооружения) в целом U.

Примечание.

Аналогичные характеристики деформаций могут устанавливаться также для просадок, набуханий (усадок) грунтов, оседаний земной поверхности и других деформаций.

3.169. Абсолютная осадка основания отдельного фундамента S_i определяется как средняя величина вертикального перемещения отдельного (i-го) фундамента от нагрузки, передаваемой на основание, или других причин (например, обводнения и, как следствие, просадки или набухания грунтов основания и т. п.). При фундаментах сложной формы в плане за величину S_i принимается осадка их центра тяжести. Значения S_i, используются для вычисления средней осадки основания здания или сооружения, а также для оценки неравномерности деформаций оснований фундаментов и связанных с ними конструкций.

3.170. Средняя осадка основания здания или сооружения S_ср - равномерная составляющая общей, как правило, неравномерной осадки. В ряде случаев величина ожидаемой средней осадки может определить необходимость применения мероприятий, направленных на уменьшение деформаций основания или уменьшение чувствительности зданий или сооружений к деформациям основания.

При подсчете средней осадки необходимы данные по абсолютным осадкам не менее чем трех характерных (по размерам и действующим на них нагрузкам) фундаментов. Чем больше площадь застройки и больше различие в размерах отдельных фундаментов, тем большее число фундаментов необходимо учитывать при подсчете средней осадки. В общем случае значение S_ср определяется по формуле:

где S_i - абсолютная осадка i-го фундамента с площадью F_i.

Если осадки всех фундаментов сооружения одинаковы, т. е. происходит равномерная осадка основания сооружения, то в его конструкциях не возникает каких-либо дополнительных усилий и деформаций. В этом случае величина осадки ограничивается только технологическими или архитектурно-эстетическими требованиями.

3.171. Относительная неравномерность осадок ∆S/L двух фундаментов представляет собой разность абсолютных осадок двух фундаментов, отнесенную к расстоянию между ними. Эта характеристика используется при неплавных (скачкообразных) эпюрах осадок (рис. 3.10). Для гибких сооружений величина ∆S/L характеризует перекосные деформации, а для относительно жестких - преимущественно сдвиговые деформации конструкций.

3.172. Крен фундамента или сооружения в целом i - разность осадок крайних точек фундамента или сооружения в целом, отнесенная к ширине или длине фундамента (сооружения) (рис. 3.11). При такой деформации, характерной для жестких фундаментов и сооружений, осадки основания в любом направлении изменяются по линейному закону.

3.173. Относительный прогиб или выгиб f/L - отношение стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка здания или сооружения. Эта характеристика используется при плавных искривлениях зданий или сооружений (рис. 3.12). Относительный прогиб (выгиб) вычисляется по формуле:

где S₁ и S₃ - осадки концов рассматриваемого участка однозначного искривления;

S₂ - наибольшая или наименьшая осадка на том же участке;

L - расстояние между точками, имеющими осадки S₁ и S₃.

3.174. Кривизна изгибаемого участка здания или сооружения K - величина, обратная радиусу искривления, наиболее полно характеризует напряженно-деформированное состояние относительно жестких протяженных зданий и сооружений (рис. 3.12). Эта величина, вычисляемая при расчете зданий и сооружений в процессе разработки типовых проектов, в дальнейшем используется для установления предельных деформаций основания по условиям прочности и трещиностойкости конструкций (см. п. 3.270).

Рис. 3.10. Схема осадок основания фундаментов здания (сооружения). ∆S/L - относительная неравномерность осадок двух фундаментов

Рис. 3.11. Схема для определения крена жесткого сооружения

Рис. 3.12. Схема прогиба (выгиба) здания (сооружения) f₁/L₁ - относительный прогиб на участке L₁; f₂/L₂ - относительный выгиб на участке L₂; K = 1/R - наибольшая кривизна

Рис. 3.13. Схема осадок, вызывающих кручение здания (сооружения)

Рис. 3.14. Схема сложной деформации основания

 - крен сооружения; f/L - относительный прогиб

3.175. Относительный угол закручивания здания или сооружения н (рис. 3.13) характеризует пространственную работу конструкций. Дополнительные усилия в конструкциях, возникающие при кручении здания или сооружения, могут суммироваться с усилиями от других видов деформаций (например, от прогибов).

3.176. Горизонтальное перемещение фундамента или сооружения в целом U должно определяться при действии на основание (в основном сочетании) неуравновешенных горизонтальных нагрузок.

3.177. Возможна сложная деформация здания или сооружения вследствие неравномерных осадок основания. В этом случае она может быть разложена на отдельные составляющие, как это сделано на рис. 3.14.

Определение расчетного давления на грунты основания

3.178 (3.50). При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем, указанных в п. 3.49 настоящей главы (п. 3.223 Рук.), среднее давление на основание под подошвой фундамента от нагрузок, подсчитанных в соответствии с требованиями п. 3.7 (п. 3.17 Рук.), не должно превышать расчетного давления на основание R, тс/м², определяемого по формуле:

где m₁ и m₂ - соответственно коэффициент условий работы грунтового основания и коэффициент условий работы здания или сооружения во взаимодействии с основанием, принимаемые по указаниям п. 3.51 настоящей главы (п. 3.181 Рук.);

k_н - коэффициент надежности, принимаемый по указаниям п. 3.52 настоящей главы (п. 3.183 Рук.);

А, В, D - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. (3.21) (16) в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения φ_II, определяемого по указаниям пп. 3.10-3.16 настоящей главы (пп. 3.24-3.60 Рук.);

b - меньшая сторона (ширина) подошвы фундамента, м;

h - глубина заложения фундамента от уровня планировки срезкой или подсыпкой, м;

γ'_II - осредненное (по слоям) расчетное значение объемного веса грунта, залегающего выше отметки заложения фундамента, тс/м³;

γ_II - то же, но залегающего ниже подошвы фундамента, тс/м³;

c_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, тс/м²;

h₀ = h-h_п - глубина до пола подвала, м, а при его отсутствии принимаемая h₀ = 0;

h_п - приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала в помещении с подвалом, определяемая по формуле:

h₁ - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента, м;

h₂ - толщина конструкции пола подвала, м;

γ_п - средневзвешенное расчетное значение объемного веса конструкции пола подвала, тс/м³.

Примечания:

1. Формулу (3.38) (17) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Для подошвы фундамента в форме круга или правильного многоугольника значение b принимается равным , где F - площадь подошвы фундамента.

2. При глубине заложения фундамента менее 1 м для вычисления R в формулу (3.38) (17) подставляется h = 1 м, кроме случая, когда основанием являются водонасыщенные пылеватые пески и глинистые грунты с консистенцией I_L>0,5, при котором глубина заложения принимается фактическая, от уровня планировки.

3. При ширине подвала более 20 м глубина заложения фундамента h принимается равной h_п (глубине, исчисляемой от пола подвала).

4. Определение расчетного давления для оснований, сложенных рыхлыми песками, должно выполняться на основе специальных исследований.

3.179. При определении расчетного давления R по формуле (3.38) (17) следует учитывать, что для повышения экономичности проектных решений и надежности работы оснований:

а) величина R поставлена в зависимость от расчетных (а не нормативных) значений угла внутреннего трения, удельного сцепления и объемного веса грунтов оснований; однако в соответствии с п. 3.60 (3.16) допустимо использование и нормативных значений из табл. 3.12 и 3.13 (1 и 2 прил. 2), причем в этом случае для величины R применяется коэффициент надежности k_н = 1,1;

б) величина расчетного давления корректируется коэффициентами условий работы, поставленными в зависимость от вида и состояния грунта, а также конструктивной схемы и жесткости здания по пп. 3.181 (3.51) и 3.182;

в) для песчаных грунтов введено требование учета взвешивающего действия воды по п. 3.184 (3.53)-3.186;

г) объемный вес грунта в первом члене формулы (3.38) (17) (учитывающем ширину фундамента) принимается для слоев грунта, расположенных под подошвой фундамента, и во втором члене (учитывающем пригрузку, действующую на основание) - для слоев грунта, находящихся выше уровня подошвы фундамента;

д) значение R вычисляется по глубине заложения фундаментов, исчисляемой от уровня планировки срезкой или подсыпкой; в последнем случае в проекте должно быть оговорено требование о выполнении насыпи до приложения полной нагрузки на фундаменты;

е) в случае подвала шириной более 20 м в расчет вводится глубина заложения, исчисляемая от пола подвала (рис. 3.15);

Таблица 3.21 (16)

ж) для зданий с подвалом шириной менее 20 м и глубиной (от уровня планировки) более 2 м учитываемую глубину заложения фундаментов при вычислении R следует принимать не более 2 м; при большей глубине подвала глубина заложения фундаментов наружных стен, считая от пола подвала, должна приниматься не менее 0,5 м; возможность назначения меньшей глубины заложения должна быть подтверждена расчетом несущей способности основания;

з) наличие подвала шириной менее 20 м учитывается введением в формулу (3.38) (17) члена - γ'_IIh₀.

Таблица 3.22(17)

3.180. Расчетные значения φ_II, c_II и γ_II определяются согласно указаниям пп. 3.24-3.60 (3.10-3.16) при доверительной вероятности, принимаемой для расчетов по II предельному состоянию, равной α = 0,85. Указанные характеристики находятся для толщи грунта, находящейся под подошвой фундамента, в пределах примерно ¹/₂ ее ширины, если она не более 4 м, и ¹/₃ - при большей ширине.

В целях облегчения пользования табл. 3.21 (16), особенно в случае, когда расчетные значения угла внутреннего трения подсчитаны с точностью до долей градуса, коэффициенты А, В и D приведены для углов φ_II с интервалом через 0,5°, вместо интервала 2° в табл. 16 главы СНиП II-15-74.

В случае если толща грунтов, расположенных ниже подошвы фундаментов или выше ее, неоднородна по глубине, то принимаются средневзвешенные значения ее характеристик по характеристикам грунта отдельных инженерно-геологических элементов этой толщи, определяемые по формуле:

где A_ср - средневзвешенное значение какой-либо характеристики грунта;

А_i - значение характеристики i-гo инженерно-геологического элемента;

h_i - толщина элемента.

При неоднородности грунта в пределах плана расположения какого-либо протяженного фундамента (например, ленточного) расчетное давление следует определять по характеристикам грунта наиболее слабого инженерно-геологического элемента или единый фундамент разделять на несколько различных по ширине.

Рис. 3.15. Схема принимаемой в расчете глубины заложения фундаментов зданий при определении расчетного давления на основание R по формуле (3.38) (17)

а - при ширине подвала B≤20 м; б - то же, при В>20 м

3.181(3.51). Значения коэффициента условий работы грунтового основания m₁ и коэффициента условий работы здания или сооружения во взаимодействии с основанием m₂ принимаются по табл. 3.22(17).

3.182. К числу зданий и сооружений жесткой конструктивной схемы относятся:

а) здания панельные, блочные и кирпичные, в которых междуэтажные перекрытия опираются по всему контуру на поперечные и продольные стены и только на поперечные несущие стены - при малом их шаге;

б) сооружения типа башен, силосных корпусов, дымовых труб, домен.

3.183(3.52). Коэффициент надежности k_н принимается в зависимости от метода определения расчетных характеристик грунта, в том числе:

по результатам непосредственных испытаний образцов грунта строительной площадки k_н = 1;

но косвенным данным (без непосредственных испытаний) с использованием статистически обоснованных таблиц (например, приведенных в прил. 2) (табл. 3.12-3.14 Рук.) k_н = 1,1.

При определении расчетного давления по формуле (3.38) (17) по табличным нормативным значениям с и φ и при коэффициенте надежности k_н = 1,1 допускается расчетные значения объемного веса грунта, расположенного ниже и выше подошвы фундамента, принимать равными нормативным.

3.184(3.53). Если грунт, расположенный вокруг фундамента и пригружающий основание, является песчаным, то при уровне грунтовых вод выше подошвы фундамента расчетное давление R по формуле (3.38) (17) должно вычисляться при объемном весе этого грунта γ'_II с учетом взвешивающего действия воды.

3.185. Взвешивающее действие воды при определении расчетного давления учитывается только для слоя песчаного и супесчаного грунта, расположенного выше подошвы фундамента, но ниже уровня грунтовой воды без учета капиллярного поднятия (рис. 3.16).

Если глинистый грунт выше подошвы фундамента подперт грунтовыми водами, давление от веса этого грунта уменьшается на величину «напорного» давления. Если водоупор расположен на уровне или выше подошвы фундамента, объемный вес вышерасположенного грунта принимается без учета взвешивания (рис. 3.16).

Если ширина траншеи или котлована в уровне подошвы фундамента более чем втрое превышает его ширину, вопрос о необходимости учета взвешивающего действия воды должен решаться в зависимости от вида грунта обратной засыпки. При меньших размерах котлована в расчет принимается объемный вес грунта естественного сложения, образующего откосы котлована.

Осредненное по слоям значение объемного веса грунта, залегающего выше подошвы фундамента, определяется по формуле (3.40), при этом отдельно должны рассматриваться слои, лежащие ниже и выше уровня грунтовых вод. Уровень грунтовой воды должен приниматься прогнозируемый по указаниям пп. 3.105-3.113 (3.17-3.20).

3.186. Объемный вес песчаного грунта с учетом взвешивающего действия воды γ_взв определяется по формуле:

,

где γ_s - удельный вес грунта - для песчаного грунта допускается принимать равным 2,66 тс/м³;

γ_W - удельный вес воды, который допускается принимать равным γ_W = 1 тс/м³;

е - коэффициент пористости.

3.187(3.54). Расчетные давления R на основания, сложенные крупнообломочными грунтами, вычисляются по формуле (3.38) (17) на основе результатов непосредственных определений прочностных характеристик грунтов.

При отсутствии таких испытаний расчетное давление определяется по характеристикам заполнителя, если его содержание превышает 40% в случае песчаного заполнителя или 30% в случае глинистого заполнителя. При меньшем содержании заполнителя значения расчетных давлений на крупнообломочные грунты допускается принимать по табл. 1 прил, 4 «Условные расчетные давления на грунты оснований» (пп. 3.203-3.206 Рук.).

3.188. Для крупнообломочных грунтов элювиального происхождения условные расчетные давления R₀ принимаются по табл. 8.3. Расчетные давления R₀ на крупнообломочные грунты любого происхождения, приведенные в табл. 3.23 (1 прил. 4) и 8.3, допускается принимать для зданий и сооружений всех классов, кроме первого.

3.189(3.55). Расчетные давления на основание R в случае применения искусственного уплотнения грунтов или устройства грунтовых подушек должны определяться исходя из задаваемых проектом расчетных значений физико-механических характеристик уплотненных грунтов.

3.190. Для возможности правильного назначения и последующего производственного контроля характеристик уплотняемого грунта (в грунтовой подушке, в том числе песчаной, в отсыпаемой или намываемой насыпи и подсыпке или в уплотняемом верхнем слое, основания) в проекте основания следует приводить характеристики грунта как в его естественном состоянии (в котловане, карьере), так и после уплотнения.

Для указанных целей должны определяться следующие характеристики:

а) номенклатурный вид грунта (песчаного - по крупности, глинистого - по числу пластичности, консистенции, просадочности, набухаемости и пр.);

б) объемный вес грунта, в том числе при оптимальной влажности уплотнения, объемный вес скелета грунта, а также коэффициента пористости грунта;

в) угол внутреннего трения, удельное сцепление и модуль деформации грунта.

Рис. 3.16. Схемы слоев грунта толщиной h_взв, для которых учитывается взвешивающее действие воды

а - толщина слоя h_взв, принимается до подошвы фундамента; б - то же, до кровли глинистого грунта, расположенного выше подошвы фундамента; в - h_взв включает слой глинистого грунта, испытывающий давление напорных вод нижележащего песчаного грунта; г - взвешивающее действие воды для всей засыпки песком при B≥3b

3.191. Допускается прочностные характеристики уплотняемого грунта в проекте не указывать и ограничиваться назначением необходимой величины объемного веса глинистого грунта при оптимальной влажности уплотнения W_oпт и объемного веса скелета песчаного грунта, если:

а) расчетное давление на грунты основания R будет приниматься по таблицам условного расчетного давления R₀, когда это допустимо по указаниям п. 3.203(3.59);

б) если размеры фундамента будут в большей степени зависеть от характеристик подстилающего слоя, а не верхнего слоя, подлежащего уплотнению.

В остальных случаях назначение необходимых величин φ, с и γ обязательно.

3.192. Значения прочностных характеристик грунта φ и с допускается устанавливать для упрощения контроля уплотнения грунта по значениям его объемного веса в уплотненном состоянии, в том числе: объемного веса скелета песчаного грунта γ_ск и объемного веса глинистого грунта γ при оптимальной влажности уплотнения.

Значения φ и с по значению γ могут определяться двояким путем:

а) на основе устанавливаемой при изысканиях экспериментальной зависимости φ и с от различных значений объемного веса одного и того же грунта, уплотненного до различной степени плотности;

б) по таблицам характеристик грунтов там, где эти таблицы допускаются к применению по п. 3.60 (3.16).

В обоих случаях допускается принимать расчетные значения φ и с, а также γ с коэффициентом безопасности k_г = 1, но при этом расчетное давление R следует определять по формуле (3.38) (17) с коэффициентом надежности k_н = 1,1.

При большом намеченном объеме работ по уплотнению грунтов рекомендуется предусмотреть использование результатов контроля уплотнения грунтов для корректировки принятых в проекте расчетных значений φ, с и γ и находимых по ним значений R и размеров фундамента.

3.193. Для назначения прочностных характеристик уплотненного грунта φ и с по табл. 3.12 и 3.13 (1 и 2 прил. 2) или условных расчетных давлений R₀ по табл. 3.23 и 3.24 (1 и 2 прил. 4) необходимо вычислить коэффициент пористости грунта и задаться, кроме того, консистенцией глинистого грунта.

Значение коэффициента пористости грунта определяется по формулам:

где γ_s - удельный вес грунта;

W_опт - оптимальное значение влажности глинистого грунта.

Удельный вес грунта в этом случае допускается принимать равным, тс/м³, для: песка - 2,66; супеси - 2,70; суглинка - 2,71; глины - 2,74.

Оптимальную для уплотнения влажность глинистого грунта в этих расчетах можно принимать равной 1,2 от влажности на границе раскатывания.

Значения φ и с для глинистых грунтов принимаются по табл. 3.13 (2 прил. 2) при консистенции 0-0,25.

3.194. Расчетные давления на рыхлые пески, найденные по формуле 3.38(17) при m₁ = 1 и m₂ = 1 или по указаниям п. 3.203(3.59), должны уточняться по результатам не менее трех испытаний штампа. Штамп следует применять размером и формой возможно более близкими форме и размерам проектируемого фундамента, но не менее 0,5 м².

Расчетное давление должно приниматься не более того, при котором ожидаемая осадка фундамента равна предельно допустимой величине.

Ожидаемую осадку допускается при этом определять по формуле:

где S_ш - осадка штампа при давлении, которое будет действовать по подошве проектируемого фундамента;

F_ф - площадь подошвы фундамента (при l>4b, где l - длина и b - ширина фундамента, следует принимать F_ф = 4b²);

F_ш - площадь подошвы штампа.

При проектировании фундаментов на рыхлых песках следует учитывать, что замачивание этих грунтов, а также различные динамические воздействия, в том числе сейсмические, могут привести к существенному увеличению осадок основания. В таких условиях для прогноза осадок формула (3.43) неприменима и возможные деформации основания должны определяться специальными исследованиями.

3.195. При значительной величине ожидаемых осадок и просадок основания, сложенного рыхлыми песками, или при возможности динамического на него воздействия следует предусматривать мероприятия по своевременному, до возведения здания или сооружения, уменьшению деформируемости основания (путем уплотнения, водопонижения, замачивания, закрепления, замены на плотный грунт и пр.) или же переходить на свайные фундаменты. Без указанных мероприятий устройство фундаментов на рыхлых песках и тем более в сейсмических районах не должно быть допущено. В необходимых случаях должны предусматриваться мероприятия по уменьшению чувствительности зданий и сооружений к неравномерным деформациям.

3.196(3.56). Расчетное давление на основание R, вычисленное по формуле 3.38 (17), может быть повышено в 1,2 раза, если определенные расчетом деформации основания при давлении R не превосходят 40% предельно допустимых величин, установленных в соответствии с требованиями пп. 3.63-3.69 настоящей главы (пп. 3.264-3.283 Рук.). При этом повышенное давление не должно вызывать деформации основания более 50% предельно допустимых и превышать величину давления из условий расчета оснований по несущей способности в соответствии с требованиями пп. 3.72-3.81 настоящей главы (пп. 3.291-3.316 Рук.).

3.197. Возможность повышения расчетного давления на грунты основания R против получаемого по формуле 3.38 (17) относится преимущественно к случаям, когда основание сложено песчаными грунтами (кроме рыхлых), а также глинистыми твердой и полутвердой консистенции, если при этом фундаменты имеют относительно небольшие размеры (до 20-30 м²).

Повышение расчетного давления п. 3.196(3.56) недопустимо, если размеры фундамента определены, исходя из проверки подстилающего слоя по п. 3.218(3.62).

Пример определения допустимости повышения расчетного давления на 20% вследствие малой величины осадок.

Общие данные

Здание крупнопанельное высотой 9 этажей с поперечными и продольными несущими стенами. Междуэтажные перекрытия опираются на стены по всему контуру. Вследствие этого здание по п. 3.182 может быть отнесено к зданию с жесткой конструктивной схемой. Отношение длины здания к его высоте равно 1,5 (относительная длина здания).

Величину предельно допустимой средней осадки оснований фундаментов рассматриваемого здания принимаем по поз. 3.1 табл. 3.37 (18) равной 10 см.

Фундаменты проектируются ленточные с глубиной заложения, назначенной по конструктивным соображениям равной h = 1,7 м, считая от уровня планировки срезкой. Предусмотрен подвал шириной 12 м. Глубина подвала от отметки планировки составляет 1,2 м. Толщина слоя грунта от подошвы фундамента до пола подвала h₁ = 0,3 м, и толщина бетонного пола подвала h₂ = 0,2 м. Объемный вес материала пола подвала γ_п = 2,3 тс/м³.

Нагрузка на уровне верхнего обреза фундамента, расположенного на высоте h_ф = 2,5 м от отметки заложения фундамента, подсчитанная, согласно указаниям пп. 3.14 (3.6) и 3.20 (3.7), по грузовым площадям без учета перераспределения надфундаментной конструкцией, составляет 35 тс/м.

Для определения нагрузки (по подошве фундамента) и величины расчетного давления R примем для предварительных расчетов ширину ленточных фундаментов равной b = 1,4 м.

В этом случае дополнительная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах при усредненном объемном весе бетона и грунта γ_ср = 2 тс/м³ составит:

ΔP = h_фbγ_ср = 2,5·1,4·2 = 7 тс/м.

Полная нагрузка равна

ΣP = 35+7 = 42 тс/м,

а давление по подошве фундамента

Грунтовые условия

Ниже подошвы фундамента до глубины 7 м залегает песок мелкий при коэффициенте пористости е = 0,74 и ниже - при е = 0,65. Засыпка пазух фундаментов предусматривается тем же мелким песком с уплотнением его до объемного веса скелета 1,6 тс/м³. Уровень грунтовых вод расположен ниже подошвы фундамента на 8 м.

По табл. 3.12 (1 прил. 2) нормативные значения характеристик грунта равны: φ^н = 32°; с^н = 0,02 кгс/см²; E = 280 кгс/см².

Объемный вес песка ниже подошвы фундамента γ^н = 1,8 тс/м³ и выше подошвы γ^н' = 1,7 тс/м³.

Поскольку прочностные и деформационные характеристики грунта приняты из указанной выше таблицы, где приведены лишь их нормативные значения, то согласно п. 3.60 (3.16) расчетные значения допускается для расчетов по второму предельному состоянию принимать равными нормативным. По аналогии за расчетные значения объемного веса грунтов принимаем также их нормативные значения.

Расчетные давления

Для определения расчетного давления по формуле 3.38 (17) установим в зависимости от указанных выше геологических и конструктивных данных коэффициенты m₁, m₂, k_н, А, В и D, а также значение расчетной глубины подвала h₀.

Коэффициенты m₁ и m₂ принимаем по табл. 3.22(17); k_н - по указаниям п. 3.183 (3.52); А, В и D - по табл. 3.21 (16).

Для мелкого песка (не насыщенного водой) m₁ = 1,3.

Для здания жесткой конструктивной схемы при относительной его длине 1,5 коэффициент m₂ = 1,3.

Поскольку значения прочностных характеристик грунта взяты из таблиц нормативные, то коэффициент надежности k_н = 1,1.

Для φ_II = 32° имеем А = 1,34; В = 6,35 и D = 8,55.

Расчетная глубина подвала h₀ составит

,

а расчетное давление R будет равно

Видим, что расчетное давление на 10% превышает как фактическое давление р, так и условное расчетное давление по табл. 3.23 (1 прил. 4) R₀ = 30 тс/м².

Установим по величине деформаций основания при р = 30 тс/м² возможность увеличить расчетное давление на 20% и уменьшить соответственно ширину подошвы фундамента. Для этого определяем величину осадки.

Расчет осадки

Осадку основания ленточного фундамента определяем по указаниям пп. 3.226-3.233 (1-7 прил. 3) с использованием таблиц, приведенных в работе Я. В. Юрика «Таблицы для определения осадок фундаментов» (Пособие для расчета оснований по деформациям. Киев, Будiвельник, 1972 г.).

Расчет осадки выполним, предполагая, что сжимаемая толща основания на всю глубину представлена одним слоем грунта с модулем деформации E = 280 кгс/см² при объемном весе γ = 1,8 тс/м³.

Величина природного давления на уровне подошвы фундамента

p_б = hγ'_II = 1,7·1,7 = 2,9 тс/м².

Находим дополнительное давление р₀ на грунты основания

р₀ = p-p_б = 30-2,9 = 27,1 тс/м² = 2,71 кгс/м².

По табл. 13 пособия Я. В. Юрика при р = 2,75 кгс/см², h = 2 м, b = 1,4 м и E = 100 кгс/см² осадка составит S₁₀₀ = 5,6 см.

Индекс «100» при S поставлен для отличия обозначения осадки при E = 100 кгс/см² от осадки S при любом фактическом E.

Для h = 1,7 м осадку можно найти по интерполяции, используя разность осадок для фундаментов шириной b = 1,6 м при глубине заложения 1 и 2 м, тогда получим для b = 1,4 м и h = 1,7 м S₁₀₀ = 5,6-0,2·0,3 = 5,54≈5,6 см.

Осадка при E = 280 кгс/см² будет равна

Проверим допустимость учета в расчете осадки лишь верхнего слоя основания с E = 280 кгс/см².

Для S₁₀₀ = 5,6 см по нижней части табл. 13 имеем m = 10,4 и глубину сжимаемой толщи

,

т. е. примерно равную величине толщи верхнего слоя грунта под подошвой фундамента. Таким образом, учет сжимаемости нижележащего слоя грунта не требуется.

Поскольку осадка S = 2 см меньше 0,4 S_пp, в соответствии с п. 3.196 (3.56) допустимо величину R повысить в 1,2 раза, т. е. принять равной

.

При R_1,2 = 40 тс/м² можно применить фундаменты шириной b = 1 м вместо b = 1,4 м. Тогда будем иметь давление по подошве фундамента шириной 1 м равным

и расчетное давление

.

Превышение фактическим давлением р расчетного на 2 тс/м², т. е. на 5%, в данном случае допустимо, поскольку осадка составляет всего 20% допустимой.

Поскольку осадка ленточного фундамента при постоянной внешней нагрузке очень мало зависит от давления по подошве, ее величину при уменьшенной ширине фундамента мы не уточняем.

Проверки несущей способности основания не требуется, поскольку, согласно п. 3.289 (3.4), наличие бетонного пола подвала создает условия, препятствующие боковому смещению фундамента.

3.198 (3.57). Расчетное давление R на основание в случае применения сборных прерывистых ленточных фундаментов определяется как для непрерывного ленточного фундамента по указаниям пп. 3.50-3.55 настоящей главы (пп. 3.178 - 3.193 Рук.) с повышением найденной величины R коэффициентом m_пр, учитывающим влияние распределительной способности грунтов основания и арочного эффекта между блоками прерывистого фундамента.

Коэффициент m_пр допускается принимать:

а) для всех видов грунтов (кроме глинистых при коэффициенте пористости е≥1,1) m_пр≤1,3;

б) для глинистых грунтов при е≥1,1 m_пр≤1,1.

Примечание.

Сборные ленточные фундаменты под стены, как правило, должны применяться прерывистыми.

3.199. Значение коэффициента m_пр в пределах от 1,3 до 1,0 для случая а п. 3.198(3.57) принимается равным:

m_пр = 1,3 - для песков средней плотности при минимальном значении коэффициента пористости, а также для песков плотных;

m_пр = 1 - для песков средней плотности при максимальном значении их коэффициента пористости для этой категории грунтов по табл. 2.11(5), а также песков рыхлых.

Для песков средней плотности при промежуточных значениях коэффициента пористости между максимальными и минимальными его значениями по табл. 2.11(5) коэффициент m_пр принимается по интерполяции.

Для глинистых грунтов значение m_пр = 1,3 принимается при их консистенции I_L≤0 и m_пр = 1 - при консистенции I_L≥0,5. Для грунтов с промежуточными значениями консистенции - по интерполяции.

Коэффициент m_пр принимается равным m_пр = 1 также в случаях, когда значение R вследствие малой величины осадок повышено по указаниям п. 3.56 СНиП П-15-74 (п. 3.196 Рук.) или когда ширина фундамента подобрана на основе проверки по слабому подстилающему слою.

3.200. Применение прерывистых фундаментов не рекомендуется, когда:

а) грунтовые условия относятся ко II типу по просадочности;

б) грунты под подошвой фундамента являются глинистыми с показателем консистенции I_L>0,5.

Прерывистые фундаменты запрещается применять, если основание сложено: рыхлыми песками; просадочными грунтами в районах с сейсмичностью свыше 6 баллов.

3.201. Проектирование прерывистых фундаментов производится в следующей последовательности:

а) рассчитывается ширина b ленточного фундамента, при которой давление по его подошве р при нагрузках, соответствующих расчету по деформациям, равно расчетному давлению R, находимому по указаниям пп. 3.178-3.193 (3.50-3.55), т. е. p = R;

б) определяется площадь F = Lb ленточного фундамента длиной L, подлежащего замене на прерывистый фундамент;

в) в зависимости от грунтовых условий принимается максимально допустимая по указаниям пп. 3.198 и 3.199 (3.57) величина коэффициента m_пр;

г) выбирается по каталогу типоразмер блока-подушки длиной l и шириной b_пр; блок принимается, как правило, шириной, превышающей ширину ленточного фундамента, b_пр≥b;

д) находится минимально допустимая величина суммарной площади подошвы всех блоков прерывистого фундамента по формуле:

е) по величине F_пр и площади одного блокаf_пр = lb_пр определяется необходимое число блоков n:

где Δn - поправка для округления отношения F_пр/f_пр до большего целого числа;

ж) проверяется фактическая величина коэффициента m'_пр при числе блоков n по формуле:

з) определяется величина расстояния (просвета) С между блоками

и) находятся значения величин давления по подошве блоков р_пр.бл = m'_прp и давления по пятну фундамента, т. е. давления, отнесенного к общей площади всего прерывистого фундамента, включая просветы между блоками, и находимого по формуле:

В случае применения в прерывистом фундаменте блоков различной длины, например с включением укороченных блоков, определение числа блоков n и расстояний между ними С производится подсчетом без использования формул (3.45) и (3.47).

3.202. При проектировании прерывистых фундаментов необходимо учитывать следующее:

а) чем больше ширина блоков b_пр при одной и той же их длине l, тем больший просвет получается между ними.

Величина просвета между блоками прерывистого фундамента должна быть не более 1,2 м и 0,7 l, а ширина фундаментных блоков b_пр - не более 1,4b;

б) раскладка блоков в прерывистом фундаменте осуществляется тем легче, чем меньше длина этих блоков и чем больше общая длина ленточного фундамента;

в) в проекте должно предусматриваться заполнение с трамбованием промежутков между блоками песком или местным грунтом;

г) рекомендуется подбор размеров блоков выполнять в нескольких вариантах, чтобы обеспечить при допустимых значениях С наибольшую величину повышающего коэффициента m_пр и экономичность фундамента; для тех же целей целесообразно применение в случае необходимости в прерывистом фундаменте блоков не только нормальной длины, но и укороченных, например половинной длины;

д) применение прерывистых фундаментов экономически нецелесообразно, если фактическое значение коэффициента m'_пр при подборе блоков стало меньше единицы и давление по подошве прерывистого фундамента меньше, чем у ленточного непрерывного фундамента;

е) краевые давления при внецентренной нагрузке не должны превышать величины 1,2m_прR;

ж) при расчете осадок прерывистого фундамента он рассматривается как непрерывный ленточный фундамент шириной b_пр, с давлением по его подошве, равным p_пр, определяемым по формуле (3.48);

з) давление по подошве блоков p_пр.бл = m_прp, пересчитанное на нагрузки, принимаемые для расчетов по прочности, не должно превышать давления, на которое запроектирована конструкция блоков.

Пример определения размеров блоков прерывистого фундамента и их раскладки

Крупнопанельное здание высотой 9 этажей имеет ленточные фундаменты поперечные длиной L = 13 м и продольные - L = 32 м. Ширина фундаментов b = 1 м. Нагрузка по подошве фундамента для расчетов по деформациям равна р = 40 тс/м². Расчетное давление R = 40 тс/м². Грунты песчаные плотные.

При замене ленточного непрерывного фундамента на прерывистый допустимо исходить из повышенного расчетного давления по подошве блоков прерывистого фундамента, принимая его с коэффициентом m_пр = 1,3. Тогда площадь подошвы всех блоков прерывистого фундамента F_пр может быть принята равной для поперечных стен:

.

Проверим применение фундаментных блоков-подушек в трех вариантах шириной b_пр = 1; 1,2 и 1,4 м. Длина блоков всех размеров l = 2,38 м. Площадь подошвы блока f_пр каждого размера равна: 2,38; 2,85 и 3,33 м². Число необходимых блоков:

Фактическая величина m'_пр:

Находим величину расстояния (просвета) между блоками;

Значительная величина просвета в последнем случае (С = 2,92 м) не позволяет применить блоки шириной b_пр = 1,4 м, длиной 2,38 м. Целесообразно применять блоки шириной b_пр = 1,2 м, но укороченные, длиной l = 1,18 м. Тогда

Величина давлений равняется:

по подошве блоков p_пр.бл = 1,31·40 = 52,4 тс/м²;

по пятну всего фундамента

по подошве блоков от расчетных нагрузок при коэффициенте перегрузки k_н = 1,2 для расчета по прочности p^п_пр.бл = 1,21·52,4 = 62,9 тс/м².

Для фундаментов под продольные стены длиной L = 32 м аналогичный расчет дает значения:

общей площади блоков прерывистого фундамента

числа n необходимых блоков при их ширине:

 

Фактические величины коэффициента m'_пр:

Расстояние между блоками:

Последние два варианта раскладки неприменимы, поскольку полученные значения С>1,2 м.

При блоках l = 1,18 м будем иметь более удачную раскладку, что видно из следующих данных, которые выписываем последовательно для b_пр = 1 м; 1,2 м и 1,4 м:

3.203 (3.59). Предварительные размеры фундаментов должны назначаться по конструктивным соображениям или из условия, чтобы среднее давление на основание под подошвой фундамента было равно условному значению расчетного давления R0, принятому в соответствии с требованиями, изложенными в прил. 4 к настоящей главе (пп. 3.204-3.206 Рук.).

Прил. 4 допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов зданий и сооружений III и IV классов при основаниях, сложенных горизонтальными, выдержанными по толщине слоями грунта (уклон не более 0,1), сжимаемость которых не увеличивается с глубиной в пределах двойной ширины наибольшего фундамента ниже проектной глубины его заложения.

3.204 (1 прил. 4). Условные расчетные давления на грунты основания R0, приведенные в табл. 1 - 4 настоящего приложения (табл. 3.23, 3.24, 4.2 и 10.3 Рук.), предназначены для предварительного определения размеров фундаментов и окончательного - в случаях, указанных в п. 3.59 (п. 3.203 Рук.), для крупнообломочных и песчаных грунтов (табл. 1) и для глинистых (непросадочных) грунтов (табл. 2), в п. 4.9 (п. 4.46 Рук.) для просадочных грунтов (табл. 3) и в п. 10.6 (п. 10.36 Рук.) для насыпных грунтов (табл. 4).

Таблица 3.23(1 прил. 4)

Условные расчетные давления R₀ на крупнообломочные и песчаные грунты [область применения см. п. 3.59 (п. 3.203 Рук.)]

Таблица 3.24(2 прил. 4)

Условные расчетные давления R₀ на глинистые (непросадочные) грунты [область применения см. п. 3.59 (п. 3.203 Рук.)]

3.205. Двойную интерполяцию, необходимую для нахождения R₀ для глинистых грунтов при промежуточных значениях е и I_L, рекомендуется выполнять за один прием по формуле:

где е и I_L - характеристики грунта, для которого ищется значение R₀;

е₁ и е₂ - соседние значения коэффициента пористости, в интервале между которыми находится коэффициент пористости для рассматриваемого грунта;

R_0(1,0) и R_0(1,1) - табличные значения R₀ для е₁ при I_L = 0 и I_L = 1 соответственно;

R_0(2,0) и R_0(2,1) - то же, для е₂.

Если значение коэффициента пористости совпадает с приведенным в табл. 3.24 (2 прил. 4), то R₀ определяется по формуле:

3.206 (2 прил. 4). При использовании в расчетах значений R₀, приведенных в табл. 1-3 (табл. 3.23, 3.24 и 4.2 Рук.) для окончательного назначения размеров фундаментов зданий и сооружений в случаях, указанных в пп. 3.59 и 4.9 настоящей главы (пп. 3.203 и 4.47 Рук.), величина расчетного давления на грунты основания R определяется по формулам (1) и (2) настоящего приложения (пп. 3.51 и 3.52 Рук.); при этом принимается, что значения R₀ в табл. 1-3 (табл. 3.23, 3.24 и 4.2 Рук.) относятся к фундаментам, имеющим ширину b₁ = 1 м и глубину заложения h₁ = 2 м.

При h≤2 м.

При h>2 м.

где R₀ - условные значения расчетного давления (табл. 1-3 настоящего приложения) (табл. 3.23, 3.24 и 4.2 Рук.), соответствующие фундаментам с шириной b₁ = 1 м и глубиной заложения h₁ = 2 м;

b и h - соответственно фактические ширина и глубина заложения фундамента, м;

γ_II - расчетное значение объемного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, тс/м³;

k₁ - коэффициент, учитывающий влияние ширины фундамента, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами, кроме пылеватых песков, k₁ = 0,125, а пылеватыми песками и глинистыми грунтами k₁ = 0,05;

k₂ - коэффициент, учитывающий влияние глубины заложения фундамента, принимаемый для оснований, сложенных крупнобломочными и песчаными грунтами, k₂ = 0,25, супесями и суглинками k₂ = 0,2 и глинами k₂ = 0,15.

Для удобства расчетов по формуле (3.52) (2 прил. 4) величины R и R₀ выражены в кгс/см², а всех других в м и тс/м³, что учтено значением k₂.

Пример определения ширины ленточного фундамента по условному расчетному давлению R₀

Глубина заложения фундамента h = 1,6 м, его высота h_ф = 2 м, нагрузка в уровне верха фундамента P = 29 тс/м. Грунт основания - суглинок имеет следующие физические характеристики (приводим лишь необходимые для определения условного расчетного давления R₀): е = 0,7; I_L = 0,9.

Предварительную ширину подошвы фундамента назначаем, пользуясь табл. 3.24 (2 прил. 4).

Для суглинка при е = 0,7 условное расчетное давление равно R_0(1,0) = 2,5 кгс/см² и R_0(1,1) = 1,8 кгс/см².

Линейно интерполируя по величине I_L, получим

R₀ = 2,5-(2,5-1,8)0,9 = 1,86 кгс/см² = 18,6 тс/м².

Ширину подошвы фундамента найдем по формуле:

где Р - нагрузка по верху фундамента;

γ_ф.г. - средневзвешенное значение объемного веса фундамента и грунта на обрезах фундаментной подушки;

h_ф - высота фундамента.

Примем значение γ_ф.г. = 2 тс/см³. Тогда ширина будет равна:

Учтем влияние глубины заложения фундамента и его ширины на величину расчетного давления по формуле (3.51) (1 прил. 4).

Для суглинка k₁ = 0,05

.

При этом ширина фундамента должна быть принята равной

Найдем величину расчетного давления на основание также и по формуле (3.38) (17) при b = 2,15 м, учитывая, что при дополнительных изысканиях получены значения прочностных характеристик грунта φ_II = 22° и c_II = 0,14 кгс/см², а также его объемного веса γ_II = 1,8 тс/м³. Модуль деформации по статическим испытаниям оказался равным E = 150 кгс/см².

Так как от поверхности грунта до подошвы фундамента располагается несколько слоев грунта с различными объемными весами, по формуле (3.40) получаем средневзвешенное значение объемного веса этих грунтов γ'_ср = 1,75 тс/м³.

Коэффициенты условий работы грунтового основания m1 и условий работы здания или сооружения с основанием m₂ примем по табл. 3.22(17), в которой для основания, сложенного суглинками при консистенции I_L>0,5, коэффициенты m₁ = 1,1 и m₂ = 1.

Коэффициент надежности k_н принимаем по указаниям п. 3.183 (3.52). равным k_н = 1, так как использованы характеристики грунтов, полученные в результате испытаний.

По табл. 3.21 (16) для φ = 22° имеем A = 0,6; B = 3,44; D = 6,04.

Тогда расчетное давление по формуле (3.38) (17) для бесподвального здания получим равным

Поскольку R = 22,5 тс/м², найденное по прочностным характеристикам грунта, оказалось больше R = 17,5 тс/м², найденного по R₀, то ширину фундамента можно уменьшить.

Ширина фундамента по формуле (3.53) будет равна

Примем b = 1,6 м. Тогда расчетное давление будет равно R = 22 тс/м², а давление по подошве фундамента от действующих нагрузок составит величину

Так, вследствие использования прочностных характеристик грунта φ и с ширина подошвы фундамента может быть равной 1,6 м, вместо 2,15 м, если бы R определялось по значениям R₀ на основе простейших характеристик грунта.

Величину осадки фундамента определим по табл. 10 упомянутого выше пособия.

Для р₀ = 22,0-l,6·l,8≈20 тс/см² = 2 кгс/см² осадка равна: при Е = 100 кгс/см²-S₁₀₀ = 4,3 см, при E = 150 кгс/см²-S = 2,9 см.

3.207(3.58). При необходимости увеличения нагрузок на основании существующих зданий и сооружений (при надстройках, реконструкции, установке более тяжелого оборудования и пр.) расчетные давления на основания должны приниматься в соответствии с фактическими данными о виде, состоянии и физико-механических свойствах грунтов основания, с учетом типа и состояния фундаментов и надфундаментных конструкций здания и сооружения и продолжительности их эксплуатации с оценкой ожидаемой и допустимой величины дополнительных осадок при увеличении нагрузок на фундаменты.

Если величина нового расчетного давления на грунты основания окажется недостаточной для восприятия новых нагрузок, то должны быть предусмотрены мероприятия по усилению основания, фундаментов, надфундаментных конструкций или по ограничению величины новых нагрузок.

3.208. Исследования показали, что давления на грунт от эксплуатируемых зданий и сооружений после стабилизации осадок могут быть существенно повышены, если эти здания и сооружения не имеют осадочных деформаций.

Увеличение нагрузок на основания эксплуатируемых зданий и сооружений, которые могут возникнуть при реконструкции, надстройке, капитальном ремонте и пр., допускается в таких размерах, при которых дополнительные осадки не нарушат эксплуатационную пригодность зданий и сооружений, а также прочность и сохранность конструкций.

Не допускается увеличение нагрузок без принятия соответствующих конструктивных мероприятий, если конструкции здания или сооружения находятся в неудовлетворительном по сохранности состоянии и имеют трещины и другие дефекты.

Не рекомендуется увеличение нагрузок на здания и сооружения, возведенные на насыпных грунтах и грунтах с растительными остатками.

3.209. Решение о допустимости и величине дополнительных нагрузок на основание, а также необходимых усилительных мероприятиях принимается проектной организацией на основе технического обследования конструкций и инженерно-технологических исследований.

Важно установить, какого размера и под какими частями здания или сооружения происходили осадки основания в процессе строительства и после его окончания и когда они затухли; какие возникали при этом деформации верхних конструкций и прекратилось ли их развитие; какие предпринимались ремонтно-укрепительные мероприятия, в том числе рихтовка крановых путей и другого оборудования.

При наличии осадочных деформаций следует установить маяки и в случае их разрыва организовать наблюдение за осадками.

Дополнительные инженерно-геологические исследования при отсутствии достаточных материалов изысканий, выполненных при первоначальном проектировании ранее построенного здания или сооружения, должны выполняться в соответствии с требованиями действующих нормативных документов, как при новом проектировании.

При проведении изысканий необходимо установить, не произошло ли существенного изменения геологических и гидрогеологических условий под реконструируемым зданием или сооружением.

При этом около существующих фундаментов должны быть отрыты шурфы для уточнения размеров фундаментов, их состояния и для проведения исследований и испытаний грунтов на уровне подошвы фундаментов и ниже ее на 0,5-1 м.

Шурфы должны отрываться как с наружной, так и с внутренней стороны фундаментов. Рекомендуется намечать расположение шурфов с таким расчетом, чтобы они находились вблизи наиболее нагруженных фундаментов или подлежащих наибольшему дополнительному нагружению. Исследуются также грунты и фундаменты, над которыми наблюдаются в верхних конструкциях какие-либо дефекты.

Расчет дополнительных осадок оснований отдельных фундаментов допускается выполнять на дополнительную величину давления, возникающую при увеличении нагрузок на фундаменты, если установлено, что осадки от ранее существовавших нагрузок полностью стабилизировались.

3.210(3.60). Давление на грунт у края подошвы внецентренно-нагруженного фундамента (вычисленное в предположении линейного распределения давления под подошвой фундамента) при нагрузках, принимаемых для расчета оснований по деформациям [см. п.3.7 настоящей главы (п. 3.17 Рук.)], должно определяться, как правило, с учетом заглубления фундамента в грунт, жесткости соединения фундамента с надфундаментной конструкцией и жесткости этой конструкции. При этом величина краевого давления при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента не должна превышать 1,2R и в угловой точке - 1,5R (здесь R - расчетное давление на основание, определяемое в соответствии с требованиями пп. 3.50-3.54 настоящей главы (пп. 3.178-3.187 Рук.).

Примечание.

При расчете оснований фундаментов мостов на внецентренную нагрузку следует руководствоваться требованиями главы СНиП по проектированию мостов и труб.

Требование настоящего п. 3.210 (3.60) распространяется и на случаи, когда расчетное давление R определяется по указаниям пп. 3.189-3.206 (3.55-3.59).

3.211. Влияние заделки фундаментов в грунте допускается не

учитывать при относительном их заглублении h/b≤2, где h и b глубина заделки фундамента в грунте и его ширина соответственно.

3.212. Влияние на краевые давления жесткости соединения фундамента с надфундаментной конструкцией и жесткости самой конструкции определяется на основе расчета этих конструкций с учетом сжимаемости основания.

Рис. 3.17. Эпюры давлений по подошве фундаментов при центральной и внецентренной нагрузках
а-г - при отсутствии нагрузок на полы; д-з - при сплошной равномерно распределенной нагрузке интенсивностью q; а и д - при центральной нагрузке; б и е - при эксцентриситете нагрузки e<l/6; в и ж - при e<l/6; г и з - при e<l/6 (с частичным отрывом фундамента от грунта)

3.213. При расчете внецентренно-нагруженных фундаментов помимо трапециевидных эпюр давлений могут быть допущены и треугольные, в том числе укороченной длины, обозначающие краевой отрыв подошвы фундамента от грунта при относительном эксцентриситете равнодействующей более 1/6 (рис. 3.17).

Для фундаментов колонн зданий, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью 75 тс и выше, а также для фундаментов колонн открытых крановых эстакад при кранах грузоподъемностью свыше 15 тс, для труб, домен и других сооружений башенного типа или при величине расчетного давления на основание фундаментов всех видов зданий и сооружений менее R = 1,5 кгс/см² размеры фундаментов рекомендуется назначать такими, чтобы эпюра давлений была трапециевидной, с соотношением краевых давлений p_мин/p_макс≥0,25.

В остальных случаях для фундаментов зданий с мостовыми кранами допускается треугольная эпюра, но без отрыва подошвы фундамента от грунта, т. е. с относительным эксцентриситетом равнодействующей, равным ¹/₆.

Для фундаментов бескрановых зданий с подвесным транспортным оборудованием допускается треугольная эпюра давлений с нулевой ординатой на расстоянии не более ¹/₄ длины подошвы фундамента, что соответствует относительному эксцентриситету равнодействующей не более ¹/₄.

Требования, ограничивающие допустимую форму эпюры давления на грунт (допустимую величину эксцентриситета), относятся к любым основным сочетаниям нагрузок.

3.214. Краевые давления определяются по формулам:

при относительном эксцентриситете e₀/l≤1/6

при относительном эксцентриситете e₀/l>1/6

где N - сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах и определяемых для случая расчета основания по деформациям;

F - площадь подошвы фундамента;

γ_ф.г. - среднее взвешенное значение объемных весов тела фундамента, грунта и пола, расположенных над подошвой фундамента, принимается равным 2 тс/м³;

h_ф - высота фундамента;

М - момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по подошве фундамента, найденный с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияния верхних конструкций или без этого учета;

W - момент сопротивления площади подошвы фундамента;

c₀ - расстояние от точки приложения равнодействующей до края фундамента по его оси, определяемое по формуле:

e₀ - эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента, определяемый по формуле:

При относительном эксцентриситете e₀/l≤1/30 краевые давления допускается не определять, поскольку при среднем давлении p_cp≤R краевое давление p_макс≤1,2R.

3.215. При наличии моментов, действующих в двух направлениях - М_х и М_у, параллельных осям х и у прямоугольного фундамента, величина наибольшего давления в угловой точке определяется по формуле:

3.216. При наличии на полах сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q краевые и средние давления по подошве следует увеличивать на величину q (рис. 3.17, д-з).

Нагрузку на полы промышленных зданий допускается считать равной q = 2 тс/м², если в технологическом задании на проектирование не оговаривается большее значение этой нагрузки.

Если нагрузка на полы расположена лишь с одной стороны фундамента, то она учитывается как полосовая, согласно указаниям п. 3.217.

Рис. 3.18. Расчетные схемы для учета влияния полосовой нагрузки на деформацию основания

а - значения коэффициента k_q, соответствующие различным горизонтальным сечениям основания; б - схема для примера расчета давления от полосовой нагрузки на уровне подошвы фундамента

3.217. При действии местной (полосовой) равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q в виде полосы шириной b₀ (рис. 3.18, а) средние давления на грунт под подошвой фундамента, а также краевые давления должны быть увеличены на k_qq, где коэффициент изменения в толще грунта давления от нагрузки на полы k_q принимается по табл. 3.25 в зависимости от отношений z/b₀ и y/b₀, в которых z и у - координаты точек, расположенных по вертикали, проходящей через рассматриваемую точку на подошве фундамента.

Пример определения давлений по подошве фундаментов

от полосовой нагрузки на полах (рис. 3.18,б).

Фундаменты шириной b = 2 м заглублены от пола помещения на h = 4 м; нагрузка на полах интенсивностью q = 2 тс/м² равномерно распределена по полосе шириной b₀ = 4 м. Полоса удалена от оси фундамента на L = 3 м (считая от оси полосы).

Подсчет давлений выполним для трех точек подошвы фундамента:

1) для наиболее удаленной от полосовой нагрузки краевой точки, находящейся на расстоянии от оси полосы, равном y₁ = L+b/2;

2) для осевой точки y₂ = L;

3) для наиболее близкой краевой точки y₃ = L-b/2.

Таблица 3.25

Давление в указанных точках находим для глубины z, равной глубине заложения фундамента, z = h и z = 0,5h.

Давления определяются через коэффициент k_q, находимый по табл. 3.25 в зависимости от относительных величин удаленности точек от оси полосовой нагрузки y/b₀ и глубины их расположения z/b₀.

Подсчет для случая q = 2 тс/м², b₀ = 4 м, b = 2 м, L = 3 м выполним в табличной форме (табл. 3.26).

Таблица 3.26

3.218 (3.62). При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность вышележащих слоев, размеры фундамента должны обеспечивать соблюдение условия:

где p_0z - дополнительное давление на глубине z от фундамента здания или сооружения, определяемое по указаниям прил. 3 к настоящей главе (пп. 3.226-3.232 Рук.);

p_бz - давление от собственного веса грунта на глубине z;

R_z - расчетное давление на кровлю грунта пониженной прочности (расположенную на глубине z, вычисленное по формуле (3.38) (17) для условного фундамента шириной b_z, равной:

В формуле (3.60) (20) обозначено:

где Р - нагрузка, передаваемая на основание проектируемым фундаментом;

l, b - соответственно длина и ширина проектируемого фундамента.

3.219. В случае, если проверка по подстилающему слою грунта относится к ленточному фундаменту с нагрузкой Р, тс/м, длину условного фундамента можно считать равной длине проектируемого. При этом ширину условного фундамента b_z допускается определять по формуле:

Для квадратного фундамента:

Пример определения размеров фундамента при проверке по подстилающему слою грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев (рис. 3.19).

Грунтовые условия представлены следующими напластованиями: с поверхности до глубины 3,8 м залегают крупные пески с характеристиками: φ_II = 38°, γ_II = 1,8 тс/м³ и E = 400 кгс/см². Пески подстилаются суглинками, имеющими φ_II = 190, c_II = 1,1 тс/м², γ_II = 1,7 тс/м³ и E = 170 кгс/см².

Характеристики грунтов приняты по результатам испытаний, их расчетные значения определены по указаниям пп. 3.24-3.60 (3.10-3.16).

Здание с гибкой конструктивной схемой. Вертикальная нагрузка на фундамент N = 470 тс, момент М = 47 тс·м, эксцентриситет нагрузки е = 0,1 м.

Глубина заложения фундамента - 2 м.

Фундамент принимаем квадратным со стороной b = 3 м.

а) Расчетное давление на основание под подошвой фундамента вычисляем по формуле 3.38 (17).

Коэффициенты условий работы грунтового основания m₁ и m₂ находим по табл. 3.22 (17): m₁ = 1,4 и m₂ = 1.

Коэффициент надежности k_н в соответствии с п. 3.183 (3.52) принимаем k_н = 1.

Для φ_II = 38° по табл. 3.21 (16) находим: A = 2,11; B = 9,44; D = 10,8, тогда расчетное давление будет равно

Рис. 3.19. Схема для проверки расчетного давления по характеристикам грунта подстилающего слоя основания

1 - грунт верхних слоев основания; 2 - подстилающий слой грунта меньшей прочности, чем грунты вышележащих слоев

Давление по подошве фундамента

По характеристикам верхнего слоя грунта размеры фундамента имеют запас и могут быть уменьшены до 2,85×2,85 м. Тогда будем иметь R = 62 тс/м² и

Краевое давление можно не проверять, так как относительный эксцентриситет равен 1/30 (п. 3.214).

Проверка допустимости размера фундамента 3×3 м расчетом его осадки показала, что при дополнительном давлении p₀ = p-p_б = 56,3-2·1,8 = 52,7 тс/м² фундамента на двухслойное основание с E = 400 кгс/см² и 170 кгс/см² осадка составляет S≈5 см.

Это существенно меньше предельного значения средней осадки (S_пр = 8 см). Таким образом, размеры фундамента допустимы;

б) выполняем проверку по подстилающему слою, расположенному на глубине z = 1,8 м ниже подошвы фундамента.

Для определения p_0z - дополнительного давления на глубине z, находим

p₀ = p-γh = 62-1,8·2 = 62-3,6 = 58,4 тс/м²;

Тогда

p_0z = αp₀ = 0,606·58,4 = 35,3 тс/м²;

Для определения ширины условного фундамента b_z по формуле (3.60) (20) находим только F_z, поскольку величина а для квадратного фундамента равна нулю.

откуда

Для условного фундамента на кровле подстилающего слоя, с характеристиками грунта φ_II = 19° и c_II = 1,1 тс/м², расчетов давление будем определять при m₁ = m₂ = k₂ = 1 и значениях коэффициентов A = 0,47; В = 2,88 и D = 5,48, тогда

R_z = 0,47·3,8·1,7+2,88·3,8·1,8+5,48·1,1 = 2,8+19,6+6 = 28,4 тс/м².

Сравнение R_z с действующим давлением

p_0z+p_бz = 35,3+1,8·3,8 = 35,3+6,8 = 42,1>28,4 тс/м².

показывает необходимость увеличения размеров (площади) фундамента;

в) увеличиваем площадь фундамента примерно пропорционально отношению действующего давления к расчетному R_z:

(3·3) 42/28 = (3·3)1,5 = 13,5 м².

Примем новые размеры фундамента равными

При b = 3,7 м давление по подошве составит

p₀ = 38,5-3,6 = 34,9 тс/м².

Значение p_0z на кровле подстилающего слоя при

 0,97

составит

p_0z = 0,72·34,9 = 25,1 тс/м².

Суммарное давление будет равно

p_0z+p_бz = 25,1+6,8 = 31,9 тс/м².

Площадь условного фундамента:

и его ширина b_z = 4,58 м.

Тогда расчетное давление для условного фундамента шириной b_z = 4,58 м на глубине расположения кровли подстилающего слоя будет равно

R_z = 0,47·4,58·1,7+19,6+6 = 29,3<31,9 тс/м².

Полное совпадение (до 2 %) расчетного и суммарного давлений на кровле подстилающего слоя будет при ширине фундамента (расположенного на верхнем слое грунта), равной b = 3,9 м, вместо ширины b = 3 м, при которой действующее давление по подошве фундамента на песчаном грунте не превышает расчетного давления R и краевое - 1,2R;

г) если фундамент размером 3×3 м удовлетворял при нагрузке N = 470 тс требованиям расчета по деформациям (S<S_пр), то фундамент большего размера при той же нагрузке тем более будет удовлетворять этим требованиям, так как его осадка составляет величину порядка 4 см<S_пр = 8 см.

Расчет деформаций оснований

3.220. Расчет деформаций оснований должен производиться с учетом:

размеров фундамента в плане, его формы и глубины заложения;

физико-механических характеристик слоев грунтов в пределах сжимаемой толщи основания, а также их изменения в плане и по глубине;

вычисленных по указаниям пп. 3.14-3.23 (3.6-3.9) нагрузок на рассматриваемый фундамент, а также нагрузок на соседние фундаменты, полы и прилегающие площади.

Примечание.

При определении крена отдельно стоящего фундамента (сооружения) следует также, как правило, учитывать увеличение эксцентриситета нагрузки из-за наклона фундамента (сооружения).

3.221 (3.48). Расчетная схема основания, используемая для определения совместной деформации основания и здания или сооружения (упругое линейно- или нелинейно-деформируемое полупространство; основание в виде слоя конечной толщины; основание, характеризуемое коэффициентом постели, в том числе переменным, и т.д.), должна выбираться с учетом механических свойств грунтов, характера их напластований в основании и особенностей сооружения.

3.222. Для расчета деформаций основания используются расчетные схемы основания в виде упругого линейно-деформируемого полупространства и слоя конечной толщины [пп. 3.223 (3.49) и 3.224]. Для расчета конструкций на сжимаемом основании кроме этих расчетных схем могут применяться схемы, характеризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости. Под коэффициентом жесткости понимается отношение величины нагрузки, действующей на фундамент, к его расчетной осадке, которая может определяться, в частности, по рекомендациям главы СНиП II-15-74. Такая характеристика сжимаемости основания оказывается очень удобной, в особенности при необходимости учета неоднородности грунтов основания.

При соответствующем обосновании допускается применение расчетных схем основания, учитывающих нелинейность зависимости «нагрузка - осадка».

3.223 (3.49). Расчет деформаций основания следует, как правило, выполнять, применяя расчетную схему основания в виде:

а) линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи основания исходя из соотношения величин дополнительного давления от фундамента p_0z', (по вертикали, проходящей через его центр) и природного давления на той же глубине p_бz';

б) линейно-деформируемого слоя конечной толщины, если:

в пределах сжимаемой толщи основания, определяемой как для линейно-деформируемого полупространства, расположен грунт с модулем деформации E≥1000 кгс/см²;

фундамент имеет большие размеры (ширина или диаметр более 10 м) и модуль деформации грунтов E≥100 кгс/см² независимо от глубины залегания малосжимаемого грунта.

3.224. Расчетную схему линейно-деформируемого слоя допускается применять:

а) при наличии в пределах сжимаемой толщи основания z', определяемой по п. 3.232 (6 прил. 3), слоя грунта с модулем деформации E₁≥1000 кгс/см², подстилаемого грунтом с модулем деформации E₂<E₁ если соблюдается условие:

где h₁ - толщина слоя грунта с модулем деформации E₁;

б) для фундаментов больших размеров в плане при наличии в пределах сжимаемой толщи основания, определенной по пп. 3.235-3.264, слоев грунта с модулем деформации E<100 кгс/см², если их суммарная толщина не превышает значения, указанного в п. 3.238.

3.225. Расчет деформаций основания с использованием расчетных схем, указанных в п. 3.223 (3.49), следует выполнять в соответствии с требованиями, изложенными в пп. 3.226-3.264.

При этом среднее давление на основание под подошвой фундамента должно ограничиваться в соответствии с указаниями пп. 3.178-3.219 (3.50-3.60 и 3.62).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ

3.226 (1 прил. 3). Осадка основания фундамента с использованием расчетной схемы основания в виде упругого линейно-деформируемого полупространства [подпункт «а» п. 3.49 настоящей главы (п. 3.223 Рук.)] определяется методом послойного суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи основания.

Принимается, что для фундаментов шириной или диаметром менее 10 м осадка вызывается дополнительным давлением, равным разности среднего давления, передаваемого фундаментом, и природного давления (от веса грунта до выемки котлована), а величина сжимаемой толщи основания может устанавливаться по указаниям п. 6 (п. 3.232 Рук.).

Метод послойного суммирования позволяет определять осадку как отдельно стоящего фундамента, так и фундамента, на осадку которого влияют нагрузки, передаваемые соседними фундаментами, а также нагрузки на полы и прилегающие площади.

В обоих случаях при расчете осадок для ряда горизонтальных сечений сжимаемой толщи основания определяются дополнительные давления по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Для учета влияния соседних фундаментов помимо этих давлений должны также определяться давления по вертикалям, проходящим по углам «фиктивных фундаментов», согласно указаниям п. 4 (п. 3.229 Рук.).

3.227 (2 прил. 3). При расчете осадок отдельно стоящих фундаментов методом послойного суммирования следует учитывать схему распределения вертикальных давлений в толще основания, приведенную на рис. 3.20 (1 прил. 3), где приняты следующие обозначения:

h - глубина заложения фундамента от планировочной отметки (подсыпки или срезки);

h' - глубина заложения фундамента от отметки поверхности природного рельефа;

р - среднее фактическое давление под подошвой фундамента;

p_б - природное (бытовое) давление в грунте на уровне подошвы фундамента от веса вышележащих грунтов (до отметки природного рельефа);

p_бz - природное давление на глубине z ниже подошвы фундамента (или на глубине h'+z от поверхности природного рельефа);

p₀ = p-p_б - дополнительное (к природному) вертикальное давление на грунт по подошве фундамента;

p_0z - дополнительное давление в грунте на глубине z от подошвы фундамента, определяемое по формуле:

α - коэффициент, учитывающий изменение по глубине дополнительного давления в грунте и принимаемый по табл. 3.27 (1 прил. 3) в зависимости от относительной глубины m = 2z/b, формы подошвы, а для прямоугольного фундамента и от отношения его сторон n = 1/b (длины l и ширины b).

Примечания:

1. Для круглых фундаментов (радиусом r) значения α принимаются в зависимости от m = z/r.

2.Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника с площадью F, значения α принимаются как для круглых фундаментов радиусом

3.228. (3 прил. 3). Нормальные давления на глубине z по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, вычисляются по формуле:

где α₁ - коэффициент, определяемый по табл. 3.27 (1 прил. 3), в которой вместо значения m принимается значение m₁ = z/b.

Рис. 3.20 (прил. 3). Схема для расчета осадок методом послойного суммирования

3.229 (4 прил. 3). Распределение по глубине нормальных давлений в любой точке С в пределах или за пределами рассматриваемого фундамента с дополнительным давлением по подошве p₀ находится с использованием метода угловых точек.

В соответствии с этим методом нормальные давления p^c_0z по вертикали, проходящей через указанную точку С, определяются алгебраическим суммированием давлений в угловых точках четырех фиктивных фундаментов [рис. 3.21 (2 прил. 3)], равномерно загруженных давлением p₀, по формуле:

3.230 (5 прил. 3). Вертикальные давления на любой глубине по вертикали, проходящей через центр рассчитываемого фундамента, с учетом влияния соседних фундаментов p'_0z определяются по формуле:

где k - число влияющих фундаментов.

Рис. 3.21. (2 прил. 3). Схема расположения «фиктивных фундаментов» для учета влияния на осадку по методу угловых точек

а - схема взаимного расположения рассчитываемого 1 и влияющего 2 фундамента; б - схема расположения «фиктивных фундаментов» с указанием знаков «+» и «-» для расчета по формуле 3.66 (4 прил. 3);

1 - рассчитываемый фундамент; 2 - влияющий фундамент; 3 - точка, в которой определяется осадка

3.231. Учет влияния нагрузок на полы по грунту от оборудования, материалов и пр., а также нагрузок на поверхности природного рельефа (например, от планировочной насыпи) выполняется согласно следующим указаниям:

а) если эти нагрузки распределены на ограниченной площади, значение p'_0z определяется теми же методами, что и при учете влияния соседних фундаментов по указаниям п. 3.230 (5 прил. 3);

б) если нагрузка сплошная равномерно распределенная интенсивностью q, значение p'_0z для любой глубины z определяется по формуле:

Таблица 3.27(1 прил. 3)

Коэффициент α

в) если нагрузка равномерно распределена по полосе шириной b₀, значение p'_0z определяется по формуле:

где k - коэффициент, принимаемый по табл. 3.25;

г) в случае односторонней сплошной нагрузки, непосредственно примыкающей к рассматриваемому фундаменту (например, от планировочной насыпи), коэффициент k в формуле (3.68) принимается равным 0,5;

д) при наличии нескольких параллельных полосовых нагрузок с различной интенсивностью значение p'_0z определяется по формуле:

3.232 (6 прил. 3). Глубина сжимаемой толщи основания z' ограничивается исходя из соотношения величин дополнительного давления от фундамента p'_0z или с учетом влияния соседних фундаментов и других нагрузок p'_0z' (по вертикали, проходящей через его центр) и природного давления на той же глубине p_бz'. При наличии грунтовых вод природное давление вычисляется с учетом взвешивающего действия воды.

Для песчаных и глинистых грунтов это соотношение допускается принимать равным:

p_0z' = 0,2p_бz'.

Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в слое грунта с модулем деформации Е<50 кгс/см² или если такой слой залегает непосредственно ниже этой границы, он должен быть включен в состав сжимаемой толщи. В этих случаях граница сжимаемой толщи ограничивается соотношением

p_0z' = 0,1p_бz'.

3.233 (7 прил. 3). Осадка основания фундамента по методу послойного суммирования определяется (с учетом и без учета влияния соседних фундаментов) по формуле:

где S - конечная (стабилизированная) осадка фундамента;

n - число слоев, на которое разделена по глубине сжимаемая толща основания;

h_i - толщина i-гo слоя грунта;

E_i - модуль деформации i-гo слоя грунта;

p_i - среднее дополнительное (к природному) давление в i-м слое грунта, равное полусумме дополнительных давлений p_0z на верхней и нижней границах этого слоя, определяемых по формуле 3.63 (1 прил. 3) для случая, когда не учитывается влияние соседних фундаментов, и по формуле 3.66 (4 прил. 3) при учете этого влияния;

β - безразмерный коэффициент, равный 0,8.

Пример. Рассчитать осадку фундамента с учетом влияния давлений в основании, вызванных нагрузкой от соседнего фундамента в здании с гибкой конструктивной схемой, при следующих данных.

С поверхности до глубины h+h₁ = 6 м (рис. 3.22) залегает песок пылеватый со следующими характеристиками: γ_s = 2,66 тс/м³; γ_II = 1,78 тс/м³; W = 0,14; е = 0,67; c_II = 0,4 тс/м²; φ_II = 30°; Е = 180 кгс/см² [прочностные и деформационные характеристики приняты по табл. 3.12 (1 прил. 2)].

Ниже залегает песок мелкий, для которого: γ_s = 2,66 тс/м³; γ_II = l,99 тс/м³; W = 0,21; е = 0,62; c_II = 0,2 тс/м²; φ_II = 32°; E = 280 кгс/см².

Уровень грунтовых вод находится на глубине 6,8 м от поверхности.

Объемный вес песка мелкого с учетом взвешивающего действия воды:

Фундаменты имеют квадратную подошву со стороной b = 4 м. Глубина заложения h = 2 м. Расстояние между осями фундаментов l = 8 м.

Определенная по указаниям пп. 3.14(3.6)-3.23(3.9) суммарная расчетная нагрузка на основание под каждым фундаментом (с учетом его веса) Р = 540 тс.

Величину расчетного давления на основание находим, используя характеристики верхнего слоя, по формуле (3.38) (17).

Значения коэффициентов условий работы m₁ и m₂ принимаем по табл. 3.22(17): m₁ = 1,2 и m₂ = 1.

В соответствии с указаниями п. 3.183 (3.52) k_н = 1,1.

Для φ_II = 30° по табл. 3.21 (16) A = 1,15; В = 5,59; D = 7,95.

Согласно исходным данным, h = 2 м, h₀ = 0.

Объемный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента γ'_II = 1,78 тс/м³, то же, залегающего ниже подошвы фундамента в пределах половины его ширины (см. п. 3.180), - γ_II = 1,78 тс/м³. Тогда

Среднее фактическое давление на грунт под подошвой фундамента от расчетных нагрузок (для расчета оснований по деформациям они равны нормативным) равно

Учитывая природное давление в грунте на отметке подошвы фундамента, в расчет осадок вводим дополнительное давление

p₀ = p-p_б = p-γ'_IIh = 33,8-1,78·2 = 33,8-3,6 = 30,2 тс/м²3 кгс/см².

Расчет осадок проводим методом угловых точек. Распределение вертикальных сжимающих давлений по вертикали, проходящей через центр фундамента Ф-2, получаем суммированием давлений в основании, вызванных нагрузкой от рассчитываемого фундамента Ф-2 и дополнительного давления, вызванного нагрузкой от влияющего фундамента Ф-1. Дополнительное давление от фундамента Ф-1 определяем как сумму давлений в угловой точке М четырех загруженных прямоугольников («фиктивных фундаментов»): MLAI и MNDL, взятых со знаком «+», и MKBI и MNCK, взятых со знаком «-».

Рис. 3.22. Схемы для примера расчета осадки фундамента Ф-2 с учетом влияния соседнего фундамента Ф-1

1 - песок пылеватый с объемным весом γ_II = 78 гс/см³ и модулем деформации Е = 180 кгс/см²; 2 - песок мелкий, имеющий γ_II = 1,99 гc/см³ и Е = 280 кгс/см²; 3 - то же, с объемным весом γ_IIвзв = 1,02 гc/см³; z'₁ - нижняя граница сжимаемой толщи для фундамента Ф-2 без учета влияния фундамента Ф-1; z'₁ - то же, с учетом этого влияния. Значения p₀, приведенные в скобках, соответствуют давлениям без учета влияния соседнего фундамента

Соотношения сторон указанных прямоугольников равны:

для EFGH (Ф-2) n = 1;

для MLAI и MNDL

для MKBI и MNCK

При разбивке толщи основания на «элементарные» слои толщину последних ∆h выбираем такой, чтобы значения m = 2∆h/b (для определения значений p_0z в центре фундамента шириной b) и m = 2∆h/b₁ (для определения значений p^y_0z в угловой точке загруженного прямоугольника шириной b₁) были равны. Принимая ∆h = 0,2b = 80 см, для всех прямоугольников получаем m = 0,4.

Определим значения коэффициента α на границах «элементарных» слоев по вертикали, проходящей через точку М, пользуясь табл. 3.27 (1 прил. 3), с учетом полученных значений n и m. Вычисления сведены в таблицу А, в которой приняты следующие обозначения:

α₁ - коэффициент изменения дополнительных давлений в грунте по вертикали, проходящей через точку М, от действия нагрузки по прямоугольнику EFGH (Ф-2);

α₂ - то же, от нагрузки по прямоугольникам MLAI и MNDL;

α₃ - то же, от нагрузки по прямоугольникам MKBI и MNCK;

α₄ - то же, от нагрузки по прямоугольнику ABCD:

α - то же, от нагрузки по прямоугольникам ABCD и EFGH:

α = α₁+α₄.

Осадка фундамента Ф-2 без учета влияния фундамента Ф-1:

Осадка фундамента Ф-2 с учетом влияния фундамента Ф-1:

Таблица А

Расчет осадки фундамента с учетом влияния соседнего фундамента

*При подсчете значении p_бz использован множитель 0,1, переводящий размерности этой величины из тс/м² в кгс/см².

Рис. 3.23. (3 прил. 3). Схема для расчета осадок методом линейно-деформируемого слоя конечной толщины

3.234 (8 прил. 3). Определение осадки основания с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого (упругого) слоя конечной толщины производится в случаях, указанных в подпункте «б» п. 3.49 настоящей главы (пп. 3.224 и 3.225 Рук.).

Принимается, что

осадка в этих случаях вызывается полным средним давлением, действующим по подошве фундамента (без вычета природного давления грунта).

За расчетную толщину линейно-деформируемого (упругого) слоя принимается величина, определяемая согласно указаниям п. 10 (п. 3.235 Рук.).

3.235. (10 прил. 3). Расчетная толщина линейно-деформируемого слоя H_расч [рис. 3.23 (3 прил. 3)] принимается до кровли грунтов с модулем деформации E≥1000 кгс/см² и для фундаментов больших размеров (шириной или диаметром более 10 м) при модуле деформации E≥100 кгс/см² по формуле:

где H₀ и t - принимаются соответственно равными для оснований, сложенных: глинистыми грунтами - 9 м и 0,15; песчаными грунтами - 6 м и 0,1.

3.236. При фундаментах больших размеров (шириной или диаметром более 10 м) и модуле деформации грунтов основания E≥100 кгс/см² толщина линейно-деформируемого слоя H, используемая в расчетах деформаций основания, должна приниматься с учетом фактического давления на основание. При этом значение H_расч, определенное по п. 3.235 (10 прил. 3), должно умножаться на коэффициент k_p, принимаемый равным:

k_p = 0,8 при давлении р = 1 кгс/см²;

k_p = 1,2 при давлении р = 5 кгс/см².

При промежуточных давлениях значение k_p определяется линейной интерполяцией.

3.237. Если основание сложено и глинистыми, и песчаными грунтами, значение H определяется как средневзвешенное следующим образом.

Вначале вычисляются значения H в предположении, что основание сложено только песчаными H_п или только глинистыми H_г грунтами:

H_п = (6+0,1b)k_p;

H_г = (9+0,15b)k_p = 1,5H_пk_p.

При наличии в основании до глубины H_п (от подошвы фундамента) слоев глинистого грунта различаются следующие случаи (см. рис. 3.24):

1) в пределах от H_п до H_г залегают только песчаные грунты

где  - суммарная толщина глинистых слоев до глубины H_п;

2) в пределах от H_п до H_г залегают только глинистые грунты

3) в пределах от H_п до H_г залегают и песчаные, и глинистые грунты

где  - суммарная толщина глинистых слоев в пределах глубины от H_п до H₁.

Допускается в этом случае принимать

3.238. В пределах сжимаемой толщи основания Н, определенной по пп. 3.235-3.237, допускается наличие слоев грунта с модулем деформации E<100 кгс/см², если суммарная толщина этих слоев не превышает 0,2Н.

Рис. 3.24. Схемы к определению глубины сжимаемой толщи при неоднородном основании ниже H_п:

а - только песчаные грунты; б - только глинистые грунты; в - песчаные и глинистые грунты

3.239 Величина Н, найденная по пп. 3.235-3.238, должна быть увеличена на толщину слоя грунта с модулем деформации E<100 кгс/см², если этот слой расположен ниже Н и толщина его не превышает 5 м. При большей толщине слоя такого грунта, а также если вышележащие слои грунта имеют модуль деформации E<100 кгс/см², расчет деформаций основания выполняется по расчетной схеме линейно-деформируемого полупространства.

3.240 (9 прил. 3). Осадка основания отдельного фундамента по расчетной схеме основания в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины Н определяется по формуле:

где b - ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента;

р - среднее давление на грунт под подошвой фундамента;

M - коэффициент, определяемый по табл. 2 настоящего приложения (табл. 3.28 Рук.) в зависимости от m' - отношения толщины упругого слоя H к полуширине или радиусу фундамента при ширине его 10-15 м;

n' - количество слоев, различающихся по сжимаемости в пределах упругого слоя H;

k_i - коэффициент, определяемый по табл. 3.29 (3 прил. 3) для i-го слоя в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и отношения глубины залегания подошвы слоя z к полуширине фундамента m = 2z/b или его радиусу m = z/r;

E_i - модуль деформации i-го слоя грунта.

3.241. Значения коэффициента М по табл. 3.28 (2 прил. 3) допускается использовать в расчетах средних осадок фундаментов шириной b>15 м. При ширине фундаментов b<10 м значения коэффициента М по табл. 3.28 (2 прил. 3) принимаются увеличенными в 1,5 раза.

3.242. Указания п. 3.240 (9 прил. 3) относятся к определению средней осадки основания.

При определении средней осадки основания толщины слоев грунта с различными прочностными и деформационными характеристиками принимаются средними в пределах контура фундамента.

Таблица 3.28 (2 прил. 3)

Коэффициент М

3.243. Средняя осадка основания фундамента непрямоугольной (некруглой) формы определяется по формуле (3.75) (6 прил. 3) как для равновеликого прямоугольника (круга), максимально приближающегося по своим очертаниям к действительному фундаменту.

3.244. Осадки центра, угловых точек и середин сторон прямоугольного фундамента, а также центра и края круглого фундамента определяются по формуле:

где р - среднее давление под подошвой фундамента;

b - ширина или диаметр фундамента;

E_пр - приведенный в пределах линейно-деформируемого слоя Н (по вертикали, проходящей через рассматриваемую точку фундамента) модуль деформации грунтов основания, определяемый по п. 3.245;

k = k₀ - коэффициент, определяемый по табл. 3.30 для центра фундамента в зависимости от его формы, отношения сторон прямоугольного фундамента n = l/b и отношения толщины слоя к полуширине фундамента m' = 2H/b или к его радиусу m' = H/r;

k = k₁ - то же, для середины большей стороны прямоугольного фундамента или края круглого фундамента;

k = k₂ - то же, для середины меньшей стороны прямоугольного фундамента;

k = k₃ - то же, для угловой точки прямоугольного фундамента;

k = k_r - коэффициент, принимаемый по табл. 3.31 в зависимости от отношения толщины слоя к радиусу влияющего фундамента m' = H/r и отношения ρ = R/r (здесь R - расстояние от центра влияющего фундамента до рассматриваемой точки).

Примечание.

Величины осадок отдельных точек фундаментов шириной b≥10 м, вычисленные по формуле (3.76), должны быть уменьшены в 1,5 раза.

3.245. Приведенное в пределах линейно-деформируемого слоя (по заданной вертикали) значение модуля деформации грунтов основания определяется по формуле:

где k_i - коэффициент, определяемый по табл. 3.29 (3 прил. 3) для i-гo слоя грунта в зависимости от формы подошвы фундамента, отношения сторон прямоугольного фундамента n = l/b и отношения глубины залегания подошвы слоя z_i к полуширине фундамента m = 2z_i/b или к радиусу m = z_i/r;

E_i - модуль деформации i-гo слоя грунта;

n - число слоев, различающихся по сжимаемости в пределах сжимаемой толщи Н.

Таблица 3.29 (3. прил. 3)

Коэффициент k