Особенности строительства зданий и сооружений на территориях с водонасыщенными глинистыми грунтами

6/2Q11 мвВЕСТНИК

ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИЯХ С ВОДОНАСЫЩЕННЫМИ ГЛИНИСТЫМИ

ГРУНТАМИ

CHARACTERISTICS OF CONSTRUCTION OF BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS IN TERRITORIES WITH WATER-SATED CLAY

GROUNDS

Е.А.Филимонов, A.A. Устинов E.A.Filimonov, A.A.Ustinov

ФАОУ ДПО ГАСИС

Исследованы эффективные технологии строительства зданий на слабых грунтах. Установлены причины чрезмерных деформаций зданий на слабых грунтах.

Effective technologies of construction of buildings on weak grounds are investigated. The reasons for excessive deformations of buildings on weak grounds are established.

В последние годы строительства различных зданий ведется строительство различных зданий и сооружений строится на площадках со слабыми грунтами. К слабым грунтам относятся грунты, которые имеют низкие показатели физико-механических свойств. Для устройства оснований зданий и сооружений на таких грунтах должны быть приняты специальные мероприятия, позволяющие исключить неравномерные и чрезмерные осадки фундаментов. Изучение опыта строительства показывает, что имеется много примеров удачного строительства сооружений зданий на основе современных технологий на таких площадках. Эти технологии позволяют обеспечить нормальную эксплуатационную пригодность возводимых зданий и сооружений [1, 2, 3].

Строительство разных зданий и сооружений, инженерных коммуникаций на во-донасыщенных глинистых с обеспечением их прочности и нормальной эксплуатации в течение установленного срока - одна из наиболее важных и сложных проблем современного строительства. Для этого для конкретного случая должен быть выбран обоснованный выбор методов устройства фундаментов зданий и их оснований. Важность этой проблемы определяется широким распространением этих грунтов; неизбежным повышением стоимости строительства при учете чрезмерных деформаций; возникающими иногда недопустимыми деформациями в конструкциях зданий и сооружений при недостаточно полном учете дополнительных деформаций; специфическими особенностями технологии устройства оснований и фундаментов.

Сложность рассматриваемой проблемы определяется специфическим и сложным механизмом развития деформаций, значительной толщиной слоя слабых водонасы-щенных глинистых грунтов, достигающей иногда 25-30 м и более.

В настоящее время на строительстве ряда объектов под руководством д.т.н., профессора М.Ю.Абелева проводится исследования специфических свойств водонасы-щенных глинистых грунтов.

Исследования проводились в натурных условиях, на строительстве объектов в г.г. Москва, Сочи и др., поэтому в программу исследований входили: изучение специфичности проявления деформаций слабых водонасыщенных глинистых грунтов, установление степени сжимаемости при различных нагрузках, динамика развития осадок фундаментов во времени и возможности в связи с этим возникновения нестабилизирован-ного состояния, существенной изменчивости и анизотропии прочностных, деформационных, фильтрационных характеристик и тиксотропных свойств.

В качестве примера можно привести инженерно-геологические условия одной из площадок строительства объектов в г. Сочи. Площадка расположена в зоне развития лагунных отложений, которые вскрыты в центральной части Имеретинской низменности, залегают с поверхности до глубины 5 - 25 м. Лагунные отложения представлены заторфованными суглинками и глинами голубовато-серыми, от текучей до тугопла-стичной консистенции. Данные грунты характеризуются очень низкими показателями прочностных и деформационных характеристик, относятся к сильносжимаемым. Помимо собранного архивного материала по изучению свойств «слабых» грунтов, группой научно-технического сопровождения также были проведены собственные независимые лабораторные исследования, которые использовались в составлении расчетной модели консолидации грунтов, и будут учтены при выполнении исследований.

Исследования показывают, что в условиях природного залегания слабые грунты обладают структурными связями и проявляют повышенную сжимаемость только при давлениях, превышающих структурную прочность.

При устройстве свайных оснований необходимо учесть тиксотропные свойства слабых грунтов, которая заключается в том, что при определенных механических воздействиях структурные связи в грунтах разрушаются, резко снижаются показатели прочностных и деформационных свойств грунтов. Опыты показывают, что с течением времени структурные связи, имеющие обратимый характер, восстанавливаются, и происходит упрочнение грунта. В основном, все слабые грунты имеют низкую прочность (угол внутреннего трения ф= 9... 17°, удельное сцепление с = 4...31 кПа) и большую сжимаемость (модуль общей деформации, как правило, меньше 5-6 МПа).

В последнее время для строительства отводятся площадки, где слабые грунты чаще всего находятся в водонасыщенном состоянии и обладают малой водопроницаемостью. При незавершенной консолидации основания (особенно при их быстром за-гружении) это может привести к существенному снижению его несущей способности.

При проектировании фундаментов расчет по 1-й группе предельных состояний при степени влажности слабых грунтов 8Г > 0,85 и коэффициенте консолидации су < 107 см2/год является обязательным. Несущая способность основания должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов. Величину избыточного порового давления допускается определять методами теории фильтрационной консолидации. При соответствующем обосновании (высокие темпы возведения сооружения или нагружения его эксплуатационными нагрузками, отсутствие в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств) допускается в запас надежности принимать величину избыточного давления в поровой воде равной тотальному (полному) нормальному напряжению по площадкам скольжения или назначать расчетные значения ф1, и с1 соответствующими нестабилизированному состоянию грунтов основания, определяя их по схеме неконсолидированного сдвига.

Расчет по 2-й группе предельных состояний слабых сильносжимаемых грунтов также имеет свои особенности. Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации Е < 5000 кПа толщиной более ширины фун-

6/2011 мвВЕСТНИК

дамента Ь осадка основания должна определяться с учетом полного (среднего) давления по подошве фундамента (СНиП 2.02.01-83*). В расчете по деформациям основания, содержащего биогенные грунты или илы, нижнюю границу сжимаемой толщи рекомендуется принимать на такой глубине, где дополнительные напряжения составляют 3 кПа. Давление по подошве фундамента р на сильносжимаемые грунты ограничивается величиной расчетного сопротивления Я, т. е. р < К При определении величины Я для грунтов оснований, включающих водонасыщенные биогенные грунты и илы, принимают пониженное значение коэффициента условий работы грунтового основания ус1.

Конечная осадка и время консолидации слоя слабого грунта при отсыпке на него песчаного слоя определяется без учета осадки подстилающего слоя, если модуль деформации последнего в 10 раз и более превышает модуль деформации слабого грунта.

Если расчетные деформации оснований, сложенных слабыми сильносжимаемыми грунтами, более предельно допустимых или недостаточна их несущая способность, должны предусматриваться специальные мероприятия, обеспечивающие надежность проектируемых сооружений.

Анализ чрезмерных осадок грунтов оснований сооружений показал, что анизотропные свойства слабых грунтов (озерно-ледниковые отложения, биогенные грунты, илы) должны учитываться при расчете оснований по 1-й группе предельных состояний, если плоскость скольжения грунта при возможной потере устойчивости основания пересекает слой указанного грунта как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

Было установлено, что многочисленные аварии и деформации сооружений возведенных на слабых водонасыщенных грунтах показали непригодность этих грунтов в качестве оснований в естественном состоянии и по нормам устройство оснований на таких грунтах без специальных мероприятий улучшающих их свойства не допускается.

Устойчивость фундаментов возведенных по различным технологиям зависит от расчета уплотнения слабых водонасыщенных глинистых грунтов, фильтрация которых подчиняется закону Дарси (без начального градиента напора), структурная прочность сжатия которых равна нулю, а между деформациями и напряжением существует линейная зависимость.

Опыты показали, что фильтрационная консолидация водонасыщенного глинистого грунта с ненарушенной структурой начинается только при таких нагрузках на испытуемый образец, при которых в грунте возникает давление большее, чем величина структурной прочности сжатия. Отжатие поровой воды из уплотняемого слоя водонасыщенного грунта начинается при градиентах напора, больших величины его начального значения.

Для ускорения консолидационного уплотнения водонасыщенных слабых грунтов основания можно устроить вертикальные песчаные дрены. Принцип применения вертикальных дрен заключается в том, что после устройства дренажных колодцев в толще слабых водонасыщенных грунтов сокращается путь фильтрации воды, которая отжимается при консолидации водонасыщенного грунта до дренажной поверхности. Все расчеты вертикальных песчаных дрен базируются на использовании теории фильтрационной консолидации. Проведенные исследования показывают, что в большинстве случаев применение вертикальных песчаных дрен позволяло сократить сроки консолидации водонасыщенных грунтов основания.

Для ускорения работы песчаных дрен на площадке выполняются пригрузочные насыпи. Анализ данных наблюдения за осадкой пригрузочных насыпей, устроенных на слое слабых водонасыщенных глинистых грунтов, в которых предварительно были устроены вертикальные песчаные дрены, и сопоставление этих данных с данными

расчетов по существующим методам показывают, что во многих случаях наблюдаемые величины осадок в определенные моменты времени в несколько раз отличались от расчетных значений.

В процессе исследований были изучены особенности применения песчаных свай для уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов. Методы расчета, предложенные Ю.М.Абелевым, заключались в определении такого расстояния между ними, при котором достигается заданная плотность грунта между сваями.

Научно обоснованный комплексный подход, позволить установить и более глубоко изучить основные особенности, сущность, природу, номенклатурные показатели, критерии и основные характеристики слабых грунтов, а также закономерности развития неравномерных деформаций при различных источниках замачивания и , взаимодействие уплотненных, закрепленных массивов и свай с окружающим грунтом при просадке его от собственного веса.

Результаты лабораторных и полевых исследований позволят изучить механизмы и закономерности проявления неравномерных деформаций грунтов оснований и на этой основе усовершенствовать инженерные и аналитические методы расчета осадок.

Литература:

1. Абелев М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. М.: Стройиздат, 1983. - 248с.

2. Теличенко В.И., Терентьев О.М., Лапидус А.А. Технологии возведения зданий и сооружений. М.: Лакир, 1999. -368 с.

3. Щерба В.Г. Учет стесненных условий при строительстве монолитных многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах. Промышленное и гражданское строительство. М. 2010, № 6. С. 55-57.

The literature:

1. Abelev M. Ju. An industrial and civil building on weak water sated grounds. M: Stroyizdat, 1983. - 248.

2. Telichenko V. I, Terentyev O. M, Lapidus A.A.technolog возве-дения buildings and constructions. M: Lakir, 1999.-368.

3. Sherba V.G. The accounting of the constrained conditions at building of monolithic multi-storeyed residential buildings on weak grounds. Industrial and civil the builder-stvo. M. 2010, № 6. p. 55-57.

Ключевые слова: грунт, здание, технология, безопасность, фундамент, основание.

Keywords: a ground, a building, technology, a safety, a foundation, a base.

г. Москва, ул. Трифоновская, д. 57, Тел. 514-21-20, 648-47-40, int207@mail.ru

Рецензент: зам. ген. Директора AHO «Центр Содействия Эксперт», к.т.н. Ефремов Ю.В.