Конструктивные методы улучшения работы грунтов в основаниях сооружений

Устройство грунтовых подушек. Если в основании фундамента залегают слабые грунты (илы, текучие пылевато-глинистые грунты, торфы, заторфованные, малоуплотненные насыпные или пучинис-тые грунты), обладающие низкой несущей способностью и повы­шенной сжимаемостью, то их использование в качестве естествен­ных оснований чаще всего оказывается невозможным или нецелесо­образным. В этом случае экономичной может оказаться замена слабого грунта другим, обладающим достаточно высоким сопроти­влением сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который образуеттак называемую грунтовую подушку.

В качестве материала грунтовых подушек обычно используют крупнообломочные грунты (гравий, щебень), крупные и среднезер-нистые пески, шлак и т. д.

При устройстве грунтовых подушек в лёссовых основаниях при­меняют перемятые местные грунты. Наиболее часто грунтовые подушки имеют толщину в пределах 1..3 м.

При решении вопроса о назначении толщины грунтовых поду­шек могут быть два случая. Возможен вариант (рис. 12.1, а), когда слой слабого грунта подстилается более прочным и малосжима-емым грунтом, причем расстояние от подошвы фундамента до кровли прочного грунта z не превышает 1...3 м. Тогда целесообразно пол­ностью удалить слабый грунт в пределах этой глу­бины и заменить его, на­пример, песком, создав песчаную подушку. Когда пласт слабого гру­нта имеет большую тол­щину (рис. 12.1, б), то пол­ная замена слабого грунта оказывается неэкономичной и прибегают к устройству грунтовых подушек «висячего» типа, подстилаемых слабым грунтом. Если в первом случае выбор толщины грунтовой подушки однозначен, то во втором случае ее толщина должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечивалась надежность решения в соответствии с принципами проектирования оснований по предельным состо­яниям.

Порядок проектирования грунтовых подушек сводится к следу­ющему. Задавшись расчетными значениями физико-механических характеристик материала подушки, определяют ориентировочные размеры фундамента в плане. Далее, варьируя толщину подушки и, если необходимо, размеры фундамента, устанавливают такую тол­щину подушки, чтобы выполнялось условие Pz^Rz где p_z — сумма давлений, передаваемых на подстилающий слой слабого грунта от фундамента и веса грунтовой подушки: p_z=y_az+a.p₀, у_п и z — соответственно удельный вес и толщина грунтовой подуш­ки; р₀ — дополнительное давление под подошвой фундамента; R_z — расчетное сопротивление грунта, слагающего слабый подсти­лающий слой.

Далее производится расчет деформаций основания. Если со­вместная деформация грунтовой подушки и подстилающего грунта s окажется больше предельно допустимой величины s_u для данного сооружения, то толщина подушки должна быть увеличена до раз­мера, при котором будет выполнено условие s^s_u.

Ширина подушки понизу ^зависит от угла /? (рис. 12.1,6), часто называемого углом распределения напряжений. Для песка обычно принимают /?=30...35°, для гравия /?=40...45°. Таким образом, b₂=b+2z-tg$. (12.3)

Шпунтовые конструкции как ограждающие элементы могут быть использованы для улучшения условий работы грунтов в основаниях сооружений.

1 — фундамент; 2 — слабый грунт; 3 — шпунтовое ограж­дение; 4 — плотный грунт; 5 — песчаная подготовка

1 — фундамент; 2 — армирующие элементы; 3 — песчаная подушка; 4 — насыпь; 5 — под­порная стенка; 6 — призма обрушения

Шпунт погружают через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт (рис. 12.2). Фунда­ментная конструкция устраивается на песчаной подготовке и сопряга­ется со шпунтовым ограждением. Такое техническое решение исклю­чает возможность выпирания грун­та в сторону из-под фундамента, т. е. увеличивает его несущую спо­собность, и ограничивает боковое расширение грунта при деформаци­ях основания, что приводит к уменьшению осадок.

Армирование грунта заключается во введении в грунт специаль­ных армирующих элементов.

Эти элементы выполняются в виде лент или сплошных матов, изготовленных из геотекстиля. Реже используется металлическая арматура. Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью и обеспечивать необходимое зацепление с грунтом, для чего их поверхность делается шероховатой. На рис. 12.3, а приведе­на схема армирования искусственного основания фундамента. За счет восприятия армирующими элементами касательных и горизон­тальных напряжений увеличивается несущая способность основания и снижаются осадки фундаментов. Эффективно армирование грунта в теле искусственных насыпей (рис. 12.3, б), что повышает устой­чивость их откосов. При возведении подпорных стенок армирова­ние грунта обратной засыпки (рис. 12.3, в) существенно снижает активное давление грунта на стенку, вследствие чего уменьшаются усилия в конструкции стенки и увеличивается ее устойчивость. Арматура здесь играет роль анкерующих элементов и должна заво­диться за пределы призмы обрушения.

Боковые пригрузки. При возведении ограждающих дамб и дру­гих земляных сооружений на слабых грунтах устойчивость откосов сооружений и их оснований может быть повышена устройством пригрузок основания и низовой части откосов, выполняемых, как правило, из крупнообломочных или песчаных грунтов (рис. 12.4).