§ 3. Требования, предъявляемые к основаниям и фундаментам

Проектирование сооружений любого назначения связано с решением одной из наиболее сложных задач — оценкой несущей способности основания и выбором оптимальных конструкций и методов возведения фундаментов. Сложность задачи предопределяется многообразием свойств  грунтов и условий их залегания. Для успешного решения этой задачи необходимо иметь прежде всего возможно более подробные материалы о геологических и гидрогеологических условиях площадки проектируемого сооружения и свойствах грунтов основания с учетом их природного состояния и возможных последующих изменений под воздействием нагрузок от эксплуатируемого сооружения.

Основание должно иметь прочность, исключающую возможность выпирания грунта из-под фундамента; характеризоваться сжимаемостью грунтов, предотвращающей появление недопустимых равномерных и неравномерных осадок сооружения; быть устойчивым против вымывания или выщелачивания грунта из-под фундамента при воздействии потоков подземных или поверхностных вод; обладать необходимой устойчивостью против сдвига, а фундамент должен обеспечить передачу расчетных нагрузок от сооружения на основание с достаточными запасами прочности; иметь глубину заложения, при которой исключалось бы неблагоприятное воздействие пучения грунта при замерзании на прочность основания; выполняться из материала, устойчивого против разрушающих воздействий периодического увлажнения с промораживанием и агрессивного действия подземных вод.

Несоблюдение в практике проектирования и возведения зданий и сооружений перечисленных требований, а также ошибки в расчетах и низкое качество выполнения работ в ряде случаев приводили к авариям в результате выдавливания грунта из-под фундамента, сдвига большого массива грунта совместно с устоем и т. п.

Так, неправильная оценка физико-механических свойств грунта явилась причиной большой осадки фундамента устоя одного из мостов. За 2,5 года подошва фундамента, постоянно выдавливая слабые илистые грунты, осела в среднем на 5,4 м ниже проектной отметки заложения и остановилась в слое мелких песков, имея перекос 1,5 м (рис. В.4). По мере осадки и смещения фундамента в сторону русла устой наращивали, и в результате этого к моменту полного прекращения деформации основания устой имел искривленную форму. После достройки устоя мост был сдан в эксплуатацию.

Сдвиг левобережного устоя большого автодорожного моста произошел в процессе возведения насыпи, когда последняя была еще не досыпана на 2 м до проектной отметки (рис. В.5). Устой построен на фундаменте из 32 вертикальных свай сечением 30x30 см, заглубленных в плотные средней крупности пески. Под подошвой плиты фундамента по материалам первоначального инженерно-геологического обследования предполагался слой тугопластичных глин толщиной 2,7 м, подстилаемый пластом тугопластичных суглинков мощностью 2,8 м, а под ним — плотные средней крупности пески. Высота насыпи в месте примыкания к устою 10 м.

В результате глубокого сдвига грунта устой на уровне подошвы плиты фундамента сместился в пролет на 74 см и в низовую сторону на 35 см. При этом сломались все сваи, образовались выколы бетона и трещины в ростверке. Массив оползшего грунта сместился на 0,7—I м.

Контрольное бурение, проведенное с целью выявления причин аварии, показало, что под слоем глин залегает текучепластичный ил.

Проверкой устойчивости сдвинувшегося массива (вследствие глубокого сдвига по круглоцилиндрической поверхности) было установлено, что значение момента сдвигающих сил примерно равно моменту удерживающих сил, т. е. не был обеспечен необходимый запас устойчивости.

На основе анализа причин сдвига и результатов выполненных расчетов, а также проведенного дополнительного обследования района оползневого массива и мест сооружения новых опор было решено перед разрушившимся устоем возвести дополнительную опору и опереть на нее пролетные строения длиной 16,76 м со стороны реки и 22,16 м со стороны насыпи; новый устой расположить на необходимом расстоянии от разрушившегося, а два передних ряда свай его фундамента забить с наклоном 5:1 в сторону реки.

Рассмотренные характерные примеры аварий мостов показывают, что основными причинами их возникновения являются, как правило, недостаточное изучение геологических и гидрогеологических условий строительства, а также ошибочная оценка прочности и устойчивости оснований.

Рис. В. 4. Деформированный устой моста
1 — слой растительного грунта: 2 — ил; 3 — мелкие водонасыщенные пески
Рис. В. 5. Глубокий сдвиг устоя моста
1 — сваи; 2 и 2' — положения устоя соответственно до отсыпки насыпи и после его смешения; 3— проектное очертание насыпи; 4 и 4' — фактический контур насыпи до начала смещения и после него; 5 — поверхность скольжения; 6 — трещины сдвига; 7 — супеси; 8 — глины тугопластичные; 9 — текучепластичный ил; 10 — пески плотные