§ 66. Особенности конструирования и расчета фундаментов в сейсмических районах

Основания и фундаменты мостов в сейсмических районах проектируют, руководствуясь указаниями СНиП II-7-81, СНиП 2.02.03—85 и СНиП П-18-76. Наибольшая вероятная сила землетрясения в районе или в местах возведения любых зданий и сооружений, включая мосты, выраженная в баллах, принимается по приведенным в СНиП II-7-81 картам сейсмического районирования территории СССР или списку основных населенных пунктов СССР, расположенных в сейсмических районах. Указанная на картах сейсмичность относится к равнинным участкам со средними геологическими условиями, характеризуемыми залеганием с поверхности большой   толщи   слабовлажных   суглинков,   и   низким (глубже 10 м от естественной поверхности грунта) уровнем подземных вод.

После определения сейсмичности района строительства по картам сейсмического районирования или списку населенных пунктов устанавливают на основе карт сейсмического микрорайонирования или по материалам общих инженерно-геологических изысканий уточненную сейсмичность площадки строительства. Сейсмичность площадки строительства моста принимают, как правило, единой на всем ее протяжении. Однако в некоторых случаях инженерно-геологические условия площадки могут резко различаться по длине сооружения. Например, условия в русле реки отличаются от условий на ее поймах. В таких случаях сооружение следует проектировать с учетом более сильного сейсмического воздействия.

Принятая сейсмичность площадки строительства характеризует максимальную силу возможного землетрясения в ее пределах независимо от назначения и степени ответственности сооружения. Однако экономически неоправданно в условиях одинаковой сейсмичности проектировать разные здания и сооружения в расчете на землетрясения одной и той же силы. Очевидно, степень гарантии безопасности зданий и сооружений должна зависеть от их назначения, капитальности, срока надежной эксплуатации, опасности последствий разрушения и размера вызванных этим убытков. Для возможности учета этих требований в действующих нормах введено понятие расчетной сейсмичности сооружения, или, кратко, расчетной сейсмичности.

Поскольку размещение мостов предопределено местами пересечения трассы дороги с водотоками, логами, другими дорогами и не может быть существенно изменено, то практически отпадает возможность выбора более благоприятных по геологическим условиям площадок для возведения мостов, а необходимую сейсмостойкость мостов и в первую очередь опор приходится обеспечивать путем правильного выбора оснований, фундаментов и надфундаментной части опор, а также схемы и конструкции моста в целом.

В обеспечении сейсмостойкости фундаментов первостепенное значение имеет правильный выбор несущего пласта грунтов. Наилучшими грунтами несущего пласта считаются скальные, крупнообломочные и песчаные грунты, твердые и полутвердые глины, а также любые вечно-мерзлые грунты, используемые по принципу I.  Такие грунты мало изменяют показатели своих механических свойств при сейсмическом воздействии как в условиях отсутствия воды, так и при ее наличии.

Водонасыщенные рыхлые, а также средней плотности сложения пески при совместном воздействии нагрузки от сооружения и землетрясения легко уплотняются из-за перехода их частиц из неустойчивого равновесия в более устойчивое. При этом, а также вследствие уменьшения трения между частицами они сближаются, вытесняя воду из пор. Отжимаемая из пор вода стремится уйти в сторону наименьшего сопротивления, увлекая за собой частицы грунта, в результате чего происходит разжижение песков, а иногда и их выпор с потерей устойчивости основания. Внезапное разжижение водонасыщенных песков бывает крайне редко. Однако известны случаи, приводившие к полному разрушению мостов, зданий и сооружений.

Разрушаются подтопленные песчаные насыпи, когда происходит внезапное разжижение грунта, например, под влиянием сотрясений от проходившего поезда, производства поблизости взрывных работ или других аналогичных причин.

Особенно неблагоприятны для оснований намытые под водой пески или насыпные грунты ввиду их высокой пористости.

Повышение плотности сложения песков при сейсмическом воздействии приводит к значительным не предусмотренным в проектах мостов осадкам основания фундамента, а иногда к появлению сил негативного трения по боковой поверхности фундаментов, создающих дополнительную, не учитываемую в расчетах, нагрузку на основание.

Глинистые грунты при сейсмическом воздействии уплотняются значительно меньше, чем песчаные, так как отжатие воды из пор между глинистыми частицами происходит медленнее, чем у песков.

С увеличением размера поперечного сечения свай затрудняется возможность вдавливания (внедрения) их низа в несущий пласт, особенно если он состоит из водонасыщенных средней плотности сложения песков или туго-пластичных глинистых грунтов, поэтому при равных условиях для фундаментов на таких грунтах предпочтительнее оболочки либо столбы с уширенной пятой или без нее.

Под   воздействием   сейсмической   силы   происходит отлипание (отслаивание) грунта от боковой поверхности фундаментов или элементов на некоторую глубину от поверхности грунта, причем тем большую, чем меньше их гибкость и выше сейсмичность. Вследствие отлипания грунта в пределах верхней части элементов или фундаментов исключаются силы трения грунта о их боковую поверхность.

С увеличением глубины повышается природная плотность сложения грунтов и существенно затухают силы сейсмического воздействия, поэтому при увеличении глубины заложения фундаментов при прочих равных условиях повышается их сейсмостойкость.