РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И РАСЧЕТУ МАЛОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

Настоящие Рекомендации содержат основные положения по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов, возводимых на сезоннопромерзающих пучинистых грунтах-основаниях с учетом восприятия деформаций морозного пучения. В них изложены методы выбора оптимальных конструктивных схем фундаментов в зависимости от степени пучинистости грунтов, методы расчета деформаций и сил морозного пучения грунтов, воздействующих на фундаменты, а также расчеты эксплуатационной надежности легких зданий с учетом жесткости их конструкций и назначения противопучинных мероприятий.

Рекомендации разработаны в лаборатории оснований и фундаментов на пучинистых грунтах НИИОСП докт. техн. наук В.О.Орловым совместно с канд. техн. наук В.С.Сажиным (ЦНИИЭПсельстрой Минсельстроя СССР) при участии докт. техн. наук М.Ф.Киселева, кандидатов техн. наук В.Г.Буданова, А.В.Садовского, А.Н.Скачко, инж. Р.В.Жабровой и В.Г.Морозова.

Рекомендации одобрены секцией "Фундаментостроение на мерзлых грунтах" научно-технического Совета НИИОСП и рекомендованы к изданию.

Рекомендации предназначены в качестве практического пособия при изысканиях, проектировании и строительстве малоэтажных зданий и сооружений и выпущены взамен "Руководства по проектированию мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах" (ЦНИИЭПсельстрой, М., 1982).

     ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших проблем в фундаментостроении является дальнейшее обоснование и разработка экономичных проектно-конструкторских решений по устройству оснований и фундаментов на сезоннопромерзающих пучинистых грунтах.

Решение данной проблемы неразрывно связано с учетом и предупреждением воздействий морозного пучения грунтов основания на фундаменты и конструкции зданий и сооружений. Обоснованная оценка деформаций и сил морозного пучения грунтов, глубина заложения фундаментов, а также разработка противопучинных мероприятий и приспособление конструкций сооружений к работе в пучинистых грунтах - вот тот необходимый перечень основных задач, решение которых обеспечивает устойчивость, эксплуатационную надежность и долговечность сооружений.

Широко распространенным в практике строительства мероприятием, обеспечивающим устойчивость сооружений (зданий) на пучинистых грунтах, до настоящего времени является заложение фундаментов ниже расчетной глубины сезонного промерзания. Если для зданий I и II классов глубина заложения фундаментов, исходя из расчетного давления на основание, назначается, как правило, большей, чем глубина сезонного промерзания грунтов, то для малоэтажных легких зданий III класса глубина заложения фундаментов при расчете основания по двум группам предельных состояний может быть ограничена слоем сезоннопромерзающего грунта.

При строительстве малоэтажных зданий, преимущественно сельскохозяйственного назначения, нагрузка на 1 м ленточных фундаментов, в основном не превышает 80-120 кН (8-12 тс), а на столбчатые фундаменты - 200 кН (20 тс). Небольшие нагрузки на фундаменты обусловливают повышенную чувствительность зданий к силам морозного пучения. Это особенно проявляется в условиях глубокого сезонного промерзания пучинистых грунтов, что приводит к значительному расходу материальных и трудовых ресурсов, а следовательно, к удорожанию стоимости строительства. Так, в районах с глубоким промерзанием грунтов доля затрат на работу по нулевому циклу составляет от 25 до 50% общей стоимости строительства всего одноэтажного здания.

Настоящие Рекомендации разработаны с целью развития и дополнения к требованиям главы СНиП 2.02.01-83 [1], согласно которой глубину заложения фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании на данной площадке не нарушают эксплуатационную пригодность здания. При этом они направлены на снижение материалоемкости и стоимости малоэтажных зданий за счет применения так называемых малозаглубленных фундаментов с глубиной заложения в пределах слоя сезоннопромерзающего пучинистого грунта, а также за счет снижения объема работ нулевого цикла.

Предлагаемые расчеты и конструктивные решения предусматривают использование пучинистых грунтов основания по второй группе предельных состояний, т.е. по деформациям от морозного пучения, не превышающим величин, предельно допустимых для нормальной эксплуатации зданий.

Для реализации принципа расчета малозаглубленных фундаментов по деформациям пучения в Рекомендациях приводится методика, основанная на исследовании закономерностей деформаций и сил морозного пучения грунтов и совместной работы фундаментов и оснований.

Согласно этой методике при расчете деформаций морозного пучения учитываются как изменения физических свойств промерзающего грунта и соответственно величины его деформаций в зависимости от передаваемого на основание давления, так и характер изменения сил морозного пучения в результате перемещений фундамента до предельно допустимых величин. Кроме того, методика учитывает тип и размеры фундамента, жесткость конструкций зданий и т.п.

Выбор типа и конструкции фундамента, как и назначение противопучинных мероприятий должны решаться путем сравнения вариантов фундаментов на основе технико-экономического анализа с учетом конкретных условий строительства, включая геологические и гидрогеологические условия, обусловливающие степень пучинистости промерзающих грунтов.

В основу Рекомендаций положены обобщенные результаты многолетних экспериментальных исследований морозного пучения грунтов и его воздействий на сооружения с использованием передового опыта экспериментального строительства зданий на малозаглубленных фундаментах.

     1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации разработаны в развитие главы СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений" и предназначены для расчета, проектирования и устройства малозаглубленных фундаментов под одно- и двухэтажные жилые, общественные и промышленные здания (сооружения), преимущественно сельскохозяйственного назначения, возводимые на пучинистых грунтах-основаниях с нормативной глубиной сезонного промерзания грунтов до 1,7 м.

1.2. Настоящие Рекомендации допускается использовать в качестве практического пособия при нормативной глубине сезонного промерзания пучинистых грунтов более 1,7 м, если малозаглубленные фундаменты проектируются для экспериментального строительства.

1.3. Рекомендации предусматривают расчет и проектирование морозоопасных оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям), согласно которой рассчитываются как осадки основания, так и его деформации от морозного пучения грунта, промерзающего под фундаментом.

Расчет деформаций основания от внешней нагрузки, вызывающей осадки, просадки, горизонтальные перемещения, производится в соответствии с главой СНиП 2.02.01-83.

1.4. Деформации основания, вызванные пучением грунта под подошвой фундамента, не должны превышать предельно допустимые деформации, величина которых зависит от конструктивных особенностей зданий.

Расчет морозоопасного основания по деформациям включает обязательную проверку эксплуатационной надежности здания при действии на фундаменты касательных сил морозного пучения.

1.5. Основным требованием, ограничивающим возможность использования морозоопасных оснований по деформациям морозного пучения, является выбор строительной площадки с грунтами, однородными по составу в плане площадки и по глубине той части сезоннопромерзающего слоя, которая проектируется в качестве основания.

1.6. Проектированию зданий на пучинистых грунтах должны предшествовать обоснованные результаты инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий на участках строительства, способные обеспечить достоверный многолетний прогноз деформаций промерзающих грунтов основания и назначение необходимых противопучинных мероприятий. Материалы изысканий должны также содержать климатологические данные о районе строительства, включая нормативную глубину сезонного промерзания [1].

1.7. При проектировании оснований и фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусмотреть мероприятия, направленные на уменьшение деформаций конструкций зданий. Прочность и долголетняя эксплуатационная надежность зданий на пучинистых грунтах достигается использованием комплекса инженерно-мелиоративных (тепло- и гидромелиорация), строительно-конструктивных и физико-химических мероприятий, при назначении которых следует исходить из требований, приведенных в руководствах [2-3].

1.8. Настоящие Рекомендации содержат сведения по выявлению и расчету деформаций и сил морозного пучения грунтов.

В условиях возможного проведения в течение ряда лет полевых исследований пучинистых свойств промерзающих грунтов на площадках, близких к участкам застройки, следует учитывать рекомендации, приведенные в Руководстве [4]. При этом деформации морозного пучения грунтов определяются посредством инструментальных наблюдений за положением поверхностных и глубинных реперов (марок), а также пучиномеров согласно инструкциям, разрабатываемым ведомственными НИИ, и детального обследования территории застройки.

     2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1. Под малозаглубленным фундаментом на морозоопасном основании (естественном, искусственном, уплотненном и т.п.) понимается любой тип фундамента, глубина заложения которого не превышает нормативную глубину промерзания пучинистого грунта основания. При этом предусматривается, что вертикальная нагрузка от сооружения передается только на основание под подошвой фундамента.

2.2. Основания, подвергающиеся сезонному промерзанию-оттаиванию, должны проектироваться с учетом морозного пучения грунтов. Под морозным пучением понимается внутриобъемное деформирование промерзающих влажных почв, нескальных пород и грунтов, приводящее к увеличению их объема вследствие замерзания в них воды и образования ледяных включений в виде прослойков, линз, поликристаллов и т.п. При последующем оттаивании в этих грунтах протекает обратный процесс, сопровождающийся их осадкой, разуплотнением и снижением несущей способности. Таким образом, при проектировании зданий на малозаглубленных фундаментах необходимо учитывать сезонные знакопеременные деформации основания, проявляющиеся в виде подъема и оседания его поверхности.

Морозное пучение выражается, как правило, в неравномерном поднятии слоя промерзающего грунта, причем напряжения, возникающие в грунте при пучении, оказывают существенное воздействие на фундаменты и наземные конструкции зданий.

2.3. Характеристиками пучинистых грунтов являются:

величина (деформация) морозного пучения , представляющая собой высоту поднятия промерзшего грунта в данной точке;

интенсивность пучения , характеризующая пучение элементарного слоя промерзающего грунта;

относительное пучение (или коэффициент пучения) , определяемое по формуле

,                                                                   (2.1)

где - мощность слоя промерзающего грунта.

2.4. При назначении глубины заложения фундаментов, исходя из условия влияния морозного пучения на эксплуатационную надежность зданий, следует учитывать, что интенсивность этого процесса зависит от таких факторов, как дисперсность и плотность грунта, его влажность и глубина залегания подземных вод, температурный режим в период его промерзания и нагрузка, передаваемая на фундамент. В зависимости от указанных факторов все грунты подразделяются на пучинистые и непучинистые.

2.5. К пучинистым относятся все глинистые грунты, пески мелкие, пылеватые, а также крупнообломочные грунты, содержащие глинистый заполнитель в определенном количестве (см. п.2.7).

Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средние, не содержащие пылевато-глинистых фракций, считаются непучинистыми грунтами при любом уровне безнапорных подземных вод; при водонасыщении этих грунтов в условиях замкнутого объема они относятся к группе слабопучинистых грунтов.

2.6. По степени пучинистости все глинистые грунты подразделяются на пять групп (табл.1). Принадлежность глинистого грунта к одной из этих групп оценивается параметром , определяемым по формуле

,                                       (2.2)

где , , - расчетные значения влажности в слое сезонного промерзания грунта, соответствующие природной, на границах раскатывания и текучести, доли ед.; значение определяется по прил.1;

- критическая влажность, доли ед., ниже значения которой в промерзающем глинистом грунте прекращается перераспределение влаги, вызывающей морозное пучение; определяется по графику рис.1;

- безразмерный коэффициент, численно равный при открытой поверхности промерзающего грунта абсолютному значению средней зимней температуры воздуха, определяемой в соответствии с главой СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика", а при отсутствии в ней данных для конкретного района строительства - по результатам наблюдений ближайшей гидрометеорологической станции.

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 23-01-99, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

Таблица 1

Классификация промерзающих глинистых грунтов по степени пучинистости

Примечание. Значение рассчитывается по формуле (2), в которой плотность сухого грунта принята равной 1,5 т/м; при иной плотности грунта расчетное значение умножается на отношение , где - плотность сухого исследуемого грунта, т/м.

Рис.1. Значения критической влажности в зависимости от числа пластичности (%) и влажности на границе текучести

2.7. Пучинистые свойства крупнообломочных грунтов и песков, содержащих пылевато-глинистые фракции, а также супесей с <0,02, определяются через показатель дисперсности . Эти грунты относятся к непучинистым при <1, к пучинистым - при 1. Изменение показателя в пределах от 1 до 5 (1<<5) соответствует группе слабопучинистых грунтов.

Значение определяется по формуле

,                                                              (2.3)