Элювиальные грунты

Рисунок 6.8 - Типовые схемы оснований, содержащих органоминеральные и органические грунты

Для глинистых грунтов с содержанием органических веществ в долях единицы в диапазоне 0,05 £ I_r £ 0,25 нормативные значения характеристик E, j _n и с_n для расчетов оснований сооружений, оговоренных в 5.3.18, допускается принимать по таблице Б.4 приложения Б.

6.4.8. Деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики органоминеральных и органических грунтов должны определяться в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию основания проектируемого сооружения. Указанные характеристики должны устанавливаться при испытаниях образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях.

6.4.9. Для определения прочностных характеристик j и c органоминеральных и органических грунтов следует проводить испытания, применяя методику консолидированных испытаний для определения этих характеристик в стабилизированном состоянии и неконсолидированных испытаний для определения в нестабилизированном состоянии (ГОСТ 12248).

6.4.10. В полевых условиях деформационные характеристики органоминеральных и органических грунтов определяют методами, указанными в ГОСТ 20276. При определении деформационных характеристик этих грунтов в компрессионных приборах, учитывая их высокую сжимаемость, испытуемые образцы должны иметь начальную высоту 30 - 50 мм, а их нагружение следует проводить небольшими ступенями согласно ГОСТ 12248.

Максимальное давление на образец в компрессионном опыте должно превышать проектное не менее чем на 10 - 20 %,но быть не менее 0,1 МПа.

Значения модуля деформации по результатам опыта должны устанавливаться для различных интервалов давлений и использоваться в расчетах осадки в зависимости от фактических нормальных напряжений по глубине основания в пределах сжимаемой толщи.

6.4.11. Коэффициент бокового давления органоминеральных и органических грунтов ξ определяют в приборах трехосного сжатия. Допускается принимать значения ξ по таблицам приложения И.

6.4.12. При применении комплекса мероприятий по предварительной подготовке основания, содержащего органоминеральные и органические грунты (временная или постоянная пригрузка, дренирование и т.п.), характеристики этих грунтов должны устанавливаться по результатам их испытаний после уплотнения.

6.4.13. При расчете оснований должны учитываться анизотропные свойства органоминеральных и органических грунтов. В каждой точке основания следует отбирать не менее двух образцов для определения характеристик в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. Коэффициент фильтрации также должен определяться для этих двух направлений.

Обозначения характеристик грунта с анизотропными свойствами должны иметь индекс, указывающий диапазоны давлений и их направление при испытании (горизонтальное или вертикальное).

6.4.14. Расчет оснований, сложенных органоминеральными и органическими грунтами, должен производиться в соответствии с требованиями раздела 5 с учетом скорости передачи нагрузки на основание, изменения эффективных напряжений в грунте в процессе консолидации основания, анизотропии свойств грунтов, вторичной консолидации. При этом допускается использовать методы теории как линейной, так и нелинейной консолидации грунтов.

Примечание - Анизотропию свойств органоминеральных и органических грунтов допускается не учитывать, если значения характеристик для вертикального и горизонтального направлений отличаются не более чем на 40 %.

6.4.15. При наличии в основании дренирующих слоев необходимо учитывать фильтрацию поровой воды в их сторону, а при наличии песчаной подушки под фундаментом - также в сторону этой подушки. Учитывать действие дренирующего слоя допускается только в том случае, если он не представляет собой замкнутую линзу, а песчаной подушки под фундаментом - если обратная засыпка пазух произведена также дренирующим грунтом.

6.4.16. Основания, сложенные водонасыщенными органоминеральными и органическими грунтами, в соответствии с 5.1.3, 5.7.5 должны рассчитываться по несущей способности.

В этих расчетах силу предельного сопротивления основания N_u, кН/м, при действии вертикальной нагрузки для ленточного фундамента допускается определять по формуле

N_u = b' (q + 5, 14 c ₁), (6.17)

где b' - то же, что и в формуле (5.27);

q - пригрузка, кПа;

c ₁ - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа, равное с_и.

6.4.17. При намыве на дно водоема, сложенного органоминеральными и органическими грунтами, песчаного слоя его толщина должна определяться необходимыми планировочными отметками с расчетом несущей способности основания и с учетом возможности возникновения нестабилизированного состояния.

6.4.18. При расчете по деформациям оснований, включающих водонасыщенные органоминеральные и органические грунты, расчетное сопротивление грунта основания R определяют по формуле (5.7). При этом коэффициент условий работы грунтового основания g _{с 1} принимают по таблице 6.5.

Таблица 6.5

Наименование грунтов и степень их заторфованности Ir	Коэффициент условий работы грунтового основания g c 1
Пески мелкие водонасыщенные:
0,03 < Ir £ 0,25	0,85
0,25 < Ir £ 0,4	0,80
Пески пылеватые водонасыщенные:
0,03 < Ir £ 0,25	0,75
0,25 < Ir £ 0,4	0,70
Глинистые грунты водонасыщенные
0,05 < Ir £ 0,25 при показателе текучести:
IL £ 0,5	1,05
IL > 0,5	1,00
Глинистые грунты водонасыщенные
0,25 < IL < 0,40 при показателе текучести:
IL £ 0,5	0,90
IL > 0,5	0,80

6.4.19. Для предварительного определения размеров фундаментов сооружений I и II уровней ответственности на заторфованных песках и окончательного для сооружений III уровня ответственности допускается принимать расчетные сопротивления R ₀ по таблице В.5 приложения В.

6.4.20. Расчетную схему для определения конечных осадок фундаментов на основании, включающем водонасыщенные органоминеральные и органические грунты, принимают по разделу 5.

Дополнительную осадку основания фундаментов за счет разложения (минерализации) органических включений допускается не учитывать, если в период срока службы сооружения уровень подземных вод не будет понижаться.

Осадку слоя сильнозаторфованного грунта или торфа при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяют по 6.4.30, 6.4.31.

6.4.21. В расчете по деформациям основания, содержащего органоминеральные и органические грунты, нижнюю границу сжимаемой толщи принимают в соответствии с рекомендациями 5.6.41.

6.4.22. Опирание фундаментов непосредственно на поверхность органоминеральных и органических грунтов не допускается, если они представлены сильнозаторфованными грунтами и торфами, сапропелями и илами.

Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации Е < 5 МПа толщиной более ширины фундамента, то осадка основания фундаментов должна определяться по формуле (5.16) при s _{z g.1} = 0.

6.4.23. При расчетных деформациях основания, сложенного органоминеральными и органическими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с подразделом 5.9:

полная или частичная прорезка слоев органоминеральных и органических грунтов фундаментами;

полная или частичная замена органоминерального и органического грунта песком, гравием, щебнем и т.д.;

уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания сооружения или всей площадки строительства насыпным (намывным) грунтом или другим материалом (с устройством фильтрующего слоя или дрен при необходимости ускорения процесса консолидации основания);

закрепление илов буросмесительным способом.

6.4.24. В зависимости от типа основания (см. рисунок 6.8), степени заторфованности, глубины залегания и толщины органоминеральных и органических грунтов, а также конструктивных особенностей проектируемого сооружения и предъявляемых к нему эксплуатационных требований рекомендуются следующие варианты специальных мероприятий:

уплотнение основания временной или постоянной нагрузкой, в том числе с устройством вертикальных дрен и дренажных прорезей - для оснований I и II типов;

полная или частичная прорезка слоя органоминеральных и органических грунтов фундаментами, в том числе свайными, - для оснований II, IV и V типов;

выторфовка линз или слоев органоминерального и органического грунта с заменой его минеральным грунтом - для оснований II, IV и V типов;

устройство фундаментов (столбчатых, ленточных и т.п.) на песчаной, гравийной, щебеночной подушке или на предварительно уплотненной подсыпке из местного материала - для всех типов оснований;

устройство сооружений на плитных фундаментах, перекрестных монолитных или сборно-монолитных лентах и т.п. с конструктивными мероприятиями по повышению пространственной жесткости сооружения - для всех типов оснований.

6.4.25. В отдельных случаях основание, содержащее органоминеральные и органические грунты, может быть использовано при соблюдении определенной скорости передачи нагрузки или при применении конструктивных мероприятий (введение поясов жесткости, разбивка здания на отдельные секции и т.п.).

6.4.26. Песчаные подушки, устраиваемые под фундаментами с целью замены органоминеральных и органических грунтов, уменьшения давления на нижележащие слои, повышения, в случае необходимости, отметки подошвы фундаментов, ускорения процесса консолидации (уплотнения) нижележащих грунтов, устраивают, как правило, из песков крупных и средней крупности. В отдельных случаях допускается применение щебня, гравия, шлака или гравийно-песчаной смеси. Мелкие пески для устройства подушек не рекомендуются.

Плотность сухого грунта в подушках из песка крупного и средней крупности рекомендуется не менее 1,65 т/м³.

При назначении прочностных характеристик уплотненного грунта в подушках следует учитывать указания 5.6.14.

6.4.27. Для намыва слоя грунта в качестве основания сооружения могут применяться супеси и пески любой крупности. Для ускорения консолидации намываемого слоя пылеватых песков или супесей необходимы предварительный намыв или укладка на маловодопроницаемое естественное основание, сложенное органоминеральными и органическими грунтами, дренирующего слоя, например, из песка средней крупности.

6.4.28. Проектирование пригрузки должно производиться с учетом требований 6.4.12. При этом должны быть установлены толщина и размеры в плане пригрузочного слоя и время, необходимые для достижения заданной степени консолидации основания, а также конечная осадка основания под пригрузкой.

6.4.29. Конечную осадку и время консолидации слоя органоминерального и органического грунта при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяют без учета осадки подстилающего слоя, если его модуль деформации в 10 раз и более превышает модуль деформации органоминерального и органического грунта.

Нагрузку от намыва или отсыпки и порядок ее учета в расчетах конечной осадки, а также время консолидации слоя органоминерального и органического грунта определяют в соответствии с принятым проектом организации работ.

6.4.30. Конечную осадку слоя органоминерального и органического грунта в стабилизированном состоянии s, м,вызванную намытым или отсыпанным слоем песка, определяют по формуле

s = 3 ph/ (3 E + 4 p), (6.18)

где p - давление от песчаной насыпи на поверхность органоминерального и органического грунта, кПа;

h - толщина слоя органоминерального и органического грунта, м;

Е - модуль деформации органоминерального и органического грунта при полной влагоемкости, кПа.

Формулу (6.18) допускается использовать при размере насыпи в плане не менее 5 h.

6.4.31. В случае если основание, содержащее органоминеральные и органические грунты, состоит из нескольких горизонтальных слоев с различными модулями деформации, осадку всей толщи в конце периода стабилизации определяют как сумму осадок отдельных слоев.

6.4.32. При толщине слоев органоминеральных и органических грунтов, превышающей 3 м, их рекомендуется уплотнять с использованием вертикальных дрен.

План расположения дрен, их сечение и шаг устанавливают расчетом из условия 90 % консолидации основания или в зависимости от назначаемых сроков уплотнения строительной площадки. В плане дрены располагают по квадратной или гексагональной сетке (из равносторонних треугольников) с шагом: для песчаных дрен 1,5 - 3 м, для дрен заводского изготовления 0,5 - 2 м.

Для сооружений I и II уровней ответственности шаг дрен определяют на опытных участках.

6.4.33. При использовании вертикальных дрен, полностью прорезающих уплотняемый слой грунта, и наличии дренирующих слоев на концах дрены консолидация грунта под нагрузкой происходит за счет отжатия поровой воды в дрену и дренирующие слои. Эквивалентный диаметр зоны влияния дрен d_e в этом случае следует принимать при расположении дрен по квадратной сетке d_e = 1,13 d; no гексагональной сетке - d_e = 1,05 d, где d - расстояние между осями дрен (шаг дрен).

6.4.34. В проектах сооружений, возводимых на органоминеральных и органических грунтах, должны предусматриваться следующие нормы геотехнического мониторинга деформаций оснований и фундаментов:

при застройке новых районов типовыми зданиями высотой 5 этажей и более - одно наблюдаемое здание на 3 строящихся;

при застройке квартала - первое по очередности постройки здание I и II уровней ответственности;

для всех сооружений, имеющих конструкции пролетом более 24 м;

для сооружений, в которых в ходе строительства или эксплуатации возникли значительные деформации несущих конструкций или появились трещины.

6.5.1. Основания, сложенные элювиальными грунтами - продуктами выветривания скальных и полускальных грунтов, оставшимися на месте своего образования и сохранившими структуру и текстуру исходных пород, должны проектироваться с учетом:

неоднородности состава и свойств по глубине и в плане из-за наличия грунтов разной степени выветрелости с различием прочностных и деформационных характеристик, возрастающих с глубиной;

снижения прочностных и деформационных характеристик во время их длительного пребывания в открытых котлованах;

возможности перехода в плывунное состояние элювиальных супесей и пылеватых песков в случае их водонасыщения в период устройства котлованов и фундаментов;

возможного наличия просадочных свойств у элювиальных пылеватых песков с коэффициентом пористости е > 0,6 и степенью влажности S_r < 0,7 и возможности набухания элювиальных глинистых грунтов при замачивании отходами технологических производств.

6.5.2. В зависимости от исходных горных пород, подвергшихся выветриванию, следует выделять элювиальные грунты магматических, метаморфических и осадочных сцементированных скальных грунтов, а по содержанию кварца - подразделять элювиальные грунты на две группы: содержащие кварц и бескварцевые.

6.5.3. Профиль коры выветривания в общем случае может быть представлен сверху вниз следующими зонами, различающимися степенью выветрелости: дисперсной, обломочной, глыбовой и трещиноватой. В соответствии с выделенными зонами наблюдается возрастание по глубине плотности элювиальных образований, уменьшение пористости и трещиноватости и увеличение прочности крупных обломков и отдельностей.

6.5.4. При проведении инженерно-геологических изысканий на элювиальных грунтах должны быть выявлены: генетический вид и петрографический состав исходной скальной породы; структура и профиль коры выветривания, ее трещиноватость, сланцеватость, слоистость, элементы падения и простирания, поверхности скольжения, наличие «языков» и «карманов» выветривания; размеры, форма и количество крупных включений; изменение по глубине состава и свойств грунтов.

6.5.5. Степень снижения прочности элювиальных грунтов основания во время пребывания их открытыми в котловане должна устанавливаться опытным путем в полевых условиях. Допускается проводить определение этих параметров в лабораторных условиях на отобранных образцах (монолитах) грунта.

Для предварительной оценки возможного снижения прочности элювиальных грунтов допускаются косвенные методы, учитывающие изменение в течение заданного периода времени: плотности скальных грунтов; удельного сопротивления пенетрации глинистых грунтов; содержания частиц размером менее 0,1 мм в песках и менее 2 мм в крупнообломочных грунтах.

6.5.6. Количественную оценку снижения прочности элювиальных грунтов в открытых котлованах производят по изменению их прочностных и деформационных характеристик в период дополнительного выветривания, а качественную оценку - по изменению значений плотности образцов грунта, их водопоглощающей способности, интенсивности распада (дробления) крупных обломков, глыб и отдельностей.

Необходимо устанавливать также толщину верхнего ослабленного дополнительным выветриванием слоя элювиального грунта.

6.5.7. Оценку стойкости элювиальных грунтов к дополнительному (атмосферному) выветриванию, устанавливающую степень снижения их прочности в открытых котлованах за ожидаемый период времени t (годы, месяцы, сутки), производят путем определения:

скорости снижения выбранного параметра степени выветрелости A за период времени t:(A ₁ - A ₂)/ t;

степени снижения выбранного параметра A: (A ₁ - A ₂)/ A ₁;

общего количественного снижения параметра A за весь период t:(А ₁ - A ₂). Ожидаемый период пребывания элювиальных грунтов открытыми в разработанных котлованах, а также интервалы времени D t, через которые проводят определения количественных значений параметра A, устанавливают исходя из конкретных особенностей района и сроков строительства.

6.5.8. Для элювия скальных и элювиальных крупнообломочных грунтов необходимо устанавливать степень их выветрелости, характеризуемую коэффициентом выветрелости (см. 6.5.9, 6.5.10), а для крупнообломочных грунтов также - относительную прочность обломков, характеризуемую коэффициентом истираемости (см. 6.5.11).

6.5.9. Коэффициент выветрелости K_wr элювия скальных грунтов устанавливают с учетом плотности ρ выветрелой породы в условиях природного залегания и плотности ρ _н невыветрелой (монолитной) породы и вычисляют по формуле

K_wr = 1 - I_wr, (6.19)

где I_wr = (ρ _и - ρ)/ρ.

Допускается значение ρ _и принимать равным плотности частиц скального грунта.

Подразделение элювия скальных грунтов по степени выветрелости приведено в таблице 6.6, а ориентировочные значения предела прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии R_c, которые могут быть использованы для предварительной оценки оснований из этих грунтов, приведены в приложении К.

Таблица 6.6

Разновидность элювия скальных грунтов по степени выветрелости	Коэффициент выветрелости Kwr для скальных грунтов
магматических и метаморфических	осадочных сцементированных
Невыветрелые
Слабовыветрелые	1 > Kwr ³ 0,9	1 > Kwr ³ 0,95
Выветрелые	0,9 > Kwr ³ 0,8	0,95 > Kwr ³ 0,85
Сильновыветрелые (рухляки)	Менее 0,8	Менее 0,85

6.5.10. Коэффициент выветрелости элювиальных крупнообломочных грунтов K_wr определяют по испытаниям проб грунта на истирание во вращающемся полочном барабане и вычисляют по формуле

K_wr = (k _l - k ₀)/ k ₁, (6.20)

где k ₁ - отношение массы m ₁ частиц размером менее 2 мм к массе m ₂ частиц размером более 2 мм после испытания на истирание;

k ₀ - то же, в природном состоянии (до испытания на истирание).

Подразделение элювиальных крупнообломочных грунтов по степени выветрелости приведено в таблице 6.7.

6.5.11. Коэффициент истираемости K_fr крупных обломков (частиц более 2 мм) элювиальных крупнообломочных грунтов определяют по испытаниям на истираемость этих частиц во вращающемся полочном барабане и вычисляют по формуле

K_fr = m ₁/ m ₀, (6.21)

где m ₁ - масса частиц размером менее 2 мм после испытания на истирание;

m ₀ - начальная масса пробы крупных обломков.

Подразделение крупных обломков по прочности в зависимости от значений K_fr приведено в таблице 6.8.

Таблица 6.7

Разновидности элювиальных крупнообломочных грунтов по степени выветрелости	Коэффициент выветрелости Kwr для крупнообломочных грунтов при исходных образующих породах
магматических и метаморфических	осадочных сцементированных
Невыветрелые	0 < Kwr £ 0,5	0 < Kwr £ 0,33
Слабовыветрелые	0,5 < Kwr £ 0,75	0,33 < Kwr £ 0,67
Сильновыветрелые	0,75 < Kwr £ 1	0,67 < Kwr < 1

Таблица 6.8

Наименование обломков по прочности на истирание	Коэффициент истираемости обломков Kfr
Очень прочные	Kfr £ 0,05
Прочные	0,05 < Kfr £ 0,2
Средней прочности	0,2 < Kfr £ 0,3
Малопрочные	0,3 < Kfr £ 0,4
Непрочные	Kfr > 0,4

6.5.12. При подразделении элювиальных крупнообломочных грунтов по гранулометрическому составу на разновидности в дополнение к ГОСТ 25100 необходимо указывать содержание частиц заполнителя размером менее 0,1 мм, а также выделять щебенисто-дресвяные грунты при содержании частиц менее 0,1 мм до 10 %, а частиц крупнее 10 мм - более 25 % по массе.

Ориентировочные значения модуля деформации для разновидностей элювиальных крупнообломочных грунтов приведены в приложении К.

6.5.13. В элювиальных песках и глинистых грунтах - продуктах выветривания магматических и метаморфических пород - следует выделять прочноструктурные и слабоструктурные разновидности.

К прочноструктурным (сапролитам) относятся пески и глинистые грунты, в которых частично сохранена макроструктура исходных пород и которые при природной влажности характеризуются пределом прочности на одноосное сжатие R_c ³ 0,2 МПа.

Элювиальные пески и глинистые грунты, имеющие при природной влажности значение R_c < 0,2 МПа, относятся к слабоструктурным. Нормативные значения Е, j и c этих грунтов для расчетов оснований сооружений, оговоренных в 5.3.18, допускается принимать по таблицам Б.5 и Б.6 приложения Б.

6.5.14. Элювиальные глинистые грунты - продукты выветривания осадочных сцементированных скальных грунтов аргиллито-алевролитового комплекса - представлены в основном суглинками и глинами. Нормативные значения Е, j и c этих грунтов допускается принимать по таблице Б.7 приложения Б, а для песков осадочных пород - по таблице Б.5 приложения Б, так как они близки по свойствам к пескам магматических кварцесодержащих пород.

6.5.15. Расчет оснований фундаментов, сложенных элювиальными грунтами, должен производиться в соответствии с требованиями раздела 5. Если элювиальные грунты являются просадочными или набухающими, следует учитывать требования подразделов 6.1 и 6.2.

6.5.16. Расчетные сопротивления R дисперсных элювиальных грунтов при расчетах оснований фундаментов по деформациям определяют согласно требованиям подраздела 5.6.

Расчетные сопротивления R_c для назначения предварительных размеров фундаментов сооружений I и II уровней ответственности и окончательных размеров сооружений III уровня ответственности приведены в таблицах В.6 - В.8 приложения В.

6.5.17. При расчетных деформациях основания фундаментов, сложенного элювиальными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с подразделом 5.9:

устройство уплотненных грунтовых распределительных подушек из песка, гравия, щебня или крупнообломочных грунтов с обломками исходных горных пород, в частности при неровной поверхности скальных грунтов;

удаление из верхней зоны основания включений скальных грунтов, полная или частичная замена рыхлого заполнения «карманов» и «гнезд» выветривания в скальных грунтах щебнем, гравием или песком с уплотнением.

В случае недостаточности этих мероприятий следует предусматривать конструктивные мероприятия в соответствии с требованиями подраздела 5.9, свайные фундаменты или метод выравнивания осадок основания фундаментов.

6.5.18. В проекте оснований и фундаментов должна предусматриваться защита элювиальных грунтов от разрушения атмосферными воздействиями и водой в период устройства котлованов. Для этой цели следует применять водозащитные мероприятия, не допускать перерывы в устройстве оснований и последующем возведений фундаментов; предусматривать недобор грунта в котловане; применять взрывной способ разработки скальных грунтов лишь при условии мелкошпуровой отпалки.