§ 61. Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах
Характерной особенностью просадочных и набухающих грунтов является резкое снижение их несущей способности при замачивании. Применительно к условиям строительства фундаментов мостов возможны случаи максимального и минимального замачивания грунтов. Первый случай характерен для постоянных и периодически действующих водотоков, второй — для суходолов. В первом случае грунты за многие годы обводнились в достаточной степени, и поэтому изменения гидрологического режима водотоков не будут оказывать заметного влияния на несущую способность построенных фундаментов. Во втором случае, охватывающем строительство путепроводов, эстакад, а иногда и малых мостов на периодически действующих водотоках в районах с сухим климатом, например в Средней Азии, не предусмотренное проектом фундаментов замачивание грунтов может привести к резкому уменьшению несущей способности оснований и проявлению значительных деформаций сооружений.
При проектировании фундаментов в местах залегания просадочных грунтов необходимо учитывать возможность их замачивания и связанного с этим увеличения осадки в результате: 1) местного замачивания грунтов основания, приводящего к просадке их на ограниченной площади в пределах части или, реже, всей просадочной толщи; 2) интенсивного замачивания грунтов основания с промачиванием всей просадочной толщи на площади значительных размеров и полным проявлением просадки грунтов как от нагрузки, передаваемой фундаментами, так и от собственного веса грунтов; 3) подъема уровня подземных вод, вызывающего просадку нижних слоев грунта основания под действием веса вышележащих слоев или суммарной нагрузки от фундамента сооружения и собственного веса грунтов.
При проектировании фундаментов в толще набухающих грунтов необходимо учитывать, что объем таких грунтов при замачивании увеличивается, а при понижении влажности уменьшается. Степень набухания грунтов основания зависит от давления на них фундамента, вида и состояния грунтов, толщины их слоя и площади замачивания.
Деформация оснований, сложенных набухающими грунтами, может происходить по следующим причинам: 1) набухание вследствие увлажнения грунтов атмосферными и производственными водами или в результате подъема уровня подземных вод; 2) накопление влаги под подошвой фундамента мелкого заложения или под ростверком свайного фундамента вследствие недоброкачественного уплотнения засыпки грунта в пазухах между боковыми поверхностями котлована и фундамента; 3) набухание и осадка грунта в верхней части зоны аэрации в результате изменения водно-теплового режима под воздействием сезонных и климатических факторов. В связи с этим для опор мостов стремятся применять, как правило, свайные фундаменты.
Конструирование и расчет свайных фундаментов на непросадочных лессовых или набухающих грунтах для опор мостов через постоянные и периодически действующие водотоки производят по методике, принятой для фундаментов на глинистых грунтах соответствующей влажности. В зависимости от консистенции и характера напластования грунтов для устройства фундаментов применяют вертикальные и наклонные сваи, оболочки и столбы.
Проектируя фундаменты опор мостов, стремятся везде, где это возможно, прорезать толщу просадочных или набухающих грунтов и опереть низ элементов на мало-сжимаемые грунты, несущая способность которых не уменьшается при замачивании. В зависимости от местных условий ростверк фундаментов располагают над поверхностью грунта или в грунте.
Если прорезка большой толщи просадочных грунтов в конкретных местных условиях строительства сооружений экономически нецелесообразна, то в грунтовых условиях I типа по просадочности допускается применять фундаменты из элементов, низ которых будет заглублен в слой грунта с относительной проса дойностью менее 0,01.
Несущую способность свай, оболочек и столбов в просадочных грунтах, которые могут подвергнуться замачиванию в период эксплуатации сооружений, следует определять на основании результатов статических испытаний, выполненных с полным замачиванием просадочного грунта вокруг испытываемых свай, оболочек, столбов. Не допускается принимать несущую способность свай и оболочек в просадочных грунтах на основании результатов их динамических испытаний, а также определять расчетные сопротивления грунтов по данным результатов полевых испытаний методом зондирования.
В набухающих грунтах фундаменты опор мостов следует проектировать исходя из необходимости исключения возможности подъема фундаментов в случае увеличения влажности грунтов основания. Между поверхностью набухающих грунтов и подошвой ростверка свайного фундамента следует оставлять зазор не менее 0,5 м, чтобы исключить воздействие сил нормального давления от набухания грунта, которые могут достигать 0,4 МПа.
Вопросы для повторения и самопроверки
1. Какие грунты относят к сильносжимаемым, просадочным и набухающим?
2. Каковы характерные особенности илов, заторфованных грунтов, торфов, ленточных глин, грунтов насыпных, лессовых и набухающих?
3. Как и почему изменяется несущая способность свай, забитых в илы, ленточные глины, слабозаторфованные глинистые грунты?
4. Какие типы фундаментов применяют на сильносжимаемых, просадочных и набухающих грунтах и почему?
5. Почему рекомендуют везде, где это практически возможно, прорезать сваями насквозь толщу сильносжимаемых, просадочных и набухающих грунтов и опирать низ свай на грунты с достаточно высокой несущей способностью и малой сжимаемостью?
6. Что такое силы негативного трения, когда они проявляются и как их надо учитывать?
7. Какими нормативными документами следует пользоваться при расчетах несущей способности и осадок оснований из сильносжимаемых, просадочных и набухающих грунтов?