- ТЕПЛОВЫЕ И ХИМИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРОТИВ ДЕЙСТВИЯ СИЛ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ
- МЕРОПРИЯТИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МАЛОЗАГЛУБЛЯЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
- 3 Свайные фундаменты
- 5 Определение степени пучинистости грунтов
- 2 Нормативные ссылки
- 1 Область применения
- УКАЗАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ПО НУЛЕВОМУ ЦИКЛУ
- ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИИ В ПРАКТИКЕ СТРОИТЕЛЬСТВА
- МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ВЫПУЧИВАНИЯ НЕЗАГЛУБЛЯЕМЫХ И МАЛОЗАГЛУБЛЯЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ
- ПРЕДЕЛЫ ПРИМЕНИМОСТИ МЕРОПРИЯТИИ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ВЫПУЧИВАНИЯ НЕЗАГЛУБЛЯЕМЫХ И МАЛОЗАГЛУБЛЯЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ТЕПЛОВЫЕ И ХИМИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРОТИВ
ДЕЙСТВИЯ СИЛ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ
5.1.
Для снижения удельных касательных сил морозного пучения на период строительства
рекомендуется применять послойное через 10 см засоление грунта засыпки вокруг
фундаментов технической поваренной солью из расчета 26-80 кг на 1 м3
суглинистого грунта или хлористым калием из расчета 30-32 кг на 1 м3.
После рассыпки соли на взрыхленный слой грунта в 10 см по высоте и 30-40 см по
ширине пазухи, считая от стенки фундамента, грунт с солью перемешивается и этот
слой тщательно утрамбовывается, затем укладывается следующий слой грунта с
засолением и утрамбовкой. Грунт засыпки пазухи засоляется, начиная с 1 м ниже
планировочной отметки и не доходя 0,5 м до дневной поверхности.
Применение
засоления грунта допускается только в тех случаях, когда оно не повлияет на
снижение прочности материалов фундаментов или других подземных сооружений.
5.2.
Для уменьшения касательных сил выпучивания фундаментов в промерзающих влажных
глинистых и пылеватых грунтах в период строительства по предложению Томского
инженерно-строительного института может быть применена обработка грунта
толщиной 5-10 см на контакте с фундаментом, нефтяным раствором. В состав
раствора входит дизельное топливо — 54%, высокоокисленный битум — 20%, окись
кальция — 20%, НЧК (алкиларилсульфонат) — 4% и вода — 2% к общему весу.
Приготовление
раствора заключается в следующем:
а)
приготавливается жидкий концентрат растворением высокоокисленного битума в
дизельном топливе путем механического перемешивания о подогревом при
температуре 45-50°С в течение одного часа;
б) при
обычной температуре жидкий концентрат перемешивается с остальными компонентами
в течение 30-40 мин.
Приготовление
жидкого концентрата удобнее производить в стационарных условиях. Приготовление раствора
можно производить непосредственно на строительной площадке в обыкновенных
растворомешалках.
Обработка
грунта нефтяным раствором осуществляется механическим перемешиванием его с
раствором до однородной по цвету массы, количестве 5-40% раствора от веса сухого грунта.
Устройство
контактного слоя из обработанного грунта для фундаментов на естественном
основании можно производить обратной засыпкой пазух грунтом, обработанным
нефтяным раствором, с постойным уплотнением.
5.3. В
целях обеспечения гидроизоляции ленточных фундаментов и снижения сил смерзания
между грунтом и материалом фундаментов по предложению Ленинградского
инженерно-строительного института рекомендуется обмазывать выровненные боковые
поверхности фундамента непрочно-смерзающимися материалами, например битумной
мастикой (приготовленной из золы-уноса ТЭЦ — четыре части, битума МТЗ-три части
и солярового масла — одна часть по объему).
Обмазка
фундамента должна производиться от его подошвы до планировочной отметки в два
слоя: первый — тонкий с тщательной притиркой, второй толщиной в 8 — 10 мм.
5.4.
Для уменьшения значений, удельных касательных сил морозного пучения грунтов при
строительстве малонагруженных свайных фундаментов под специальное
технологическое оборудование на сильнопучинистых грунтах может быть применено
покрытие поверхности свай в зоне сезонного промерзания грунтов полимерной
пленкой. Экспериментальная проверка в полевых условиях показала эффект снижения
касательных сил морозного пучения грунтов от применения полимерных пленок от 2,5
до 8 раз. Состав высокомолекулярных соединений и технология приготовления и
нанесения пленок на плоскости железобетонных фундаментов изложены в
«Рекомендациях по применению высокомолекулярных соединений в борьбе с морозным
выпучиванием фундаментов» (М., Стройиздат, 1969).
5.5.
Столбчатые фундаменты! до полной их нагрузки в период строительства надлежит
обертывать бризолем или рубероидом в два слоя на 2/3 от
нормативной глубины промерзания грунтов, считая от планировочной отметки, при
том условии, если нагрузка на фундамент меньше сил морозного выпучивания.
5.6. На
время строительства вокруг фундаментов зданий и сооружений следует устраивать
временные теплоизоляционные покрытия из опилок, снега, шлака и других
материалов в соответствии с указаниями по предохранению грунтов и грунтовых
оснований от промерзания.
5.7. Во
избежание промораживания грунтов под подошвой фундаментов внутренних стен и
колонн в технических подпольях и цокольных этажах недостроенных или
построенных, но перезимовывающих без отопления зданий следует организовать в
зимние месяцы временное отопление этих помещений, чтобы не допустить
повреждения конструктивных элементов зданий (в практике применяются калориферы,
электронагреватели, металлические печи и др.).
5.8.
При строительстве в зимнее время в отдельных случаях надлежит предусматривать
электропрогрев грунтов путем периодического пропускания (в зимние месяцы)
электрического тока по специально уложенной под фундаментами 3-мм стальной
проволоке; контроль за обогревом грунта под фундаментами должен осуществляться
при этом по данным замеров его температуры ртутными термометрами или по данным
наблюдений за промерзанием грунта около фундаментов по мерзлотомеру Данилина.
5.9.
Промышленные здания или сооружения, для которых по технологическим соображениям
нельзя допускать деформации вследствие промерзания грунтов вокруг фундаментов и
ниже их подошвы (фундаменты под установки для получения жидкого кислорода под
холодильные машины, под автоматические и другие установки в холодильных
неотапливаемых цехах и под специальные установки и оборудование), должны быть
надежно ограждены от деформаций морозного пучения грунтов.
В этих
целях рекомендуется применять периодически (с ноября по март, а для северных и
северо-восточных районов с октября по апрель) обогрев грунта вокруг фундаментов
пропусканием горячей воды по трубопроводу от центральной отопительной системы
или от сточных отработанных промышленных горячих вод. Для этого можно также
использовать водяной пар.
Покрытый
битумной эмалью стальной трубопровод сечением не менее 37 мм должен
укладываться непосредственно в грунт на глубину 20-60 см ниже планировочной
отметки и на 30 см в сторону от фундамента с наружной стороны с уклоном для
слива воды. Там, где позволяют условия производства, над трубопроводом по
поверхности земли рекомендуется уложить растительный грунт слоем 10-15 см с
уклоном в сторону от фундамента. По поверхности растительного слоя в целях
теплоизоляции полезно сделать посев дернообразующих многолетних травосмесей.
5.10.
Подготовку почвенного слоя, посев дернообразующих трав и посадку кустарниковых
растений следует производить, как правило, в весеннее время без нарушения
принятой по проекту планировки площадок.
5.11. В
качестве задернителей рекомендуется применять травосмесь, состоящую из семян
пырея, полевицы, овсяницы, мятлика, тимофеевки и других дернообразующих
травянистых растений. Желательно использовать семена трав местной флоры
применительно к природно-климатическим условиям местности. В засушливые летние
месяцы задерненные и засаженные декоративными кустарниками участки
рекомендуется периодически поливать.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МАЛОЗАГЛУБЛЯЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ
ГРУНТАХ
6.4.
Малозаглубляемые фундаменты на локально уплотненном основании нашли применение
при строительстве зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения на средне-
и слабопучинистых грунтах. Локальное уплотнение грунтов достигается забивкой
фундаментных блоков в грунт или установкой сборных блоков в гнезда,
вытрамбованные при помощи инвентарного уплотнителя динамическим способом, что
повышает степень индустриализации строительных работ, снижает стоимость,
трудовые затраты, и расходы стройматериалов.
Локально
уплотненное грунтовое основание под фундаментом приобретает улучшенные
физико-механические свойства и имеет значительно большую несущую способность. В
результате повышенного давления на грунт и его большей плотности резко
снижаются деформации основания при замерзании и оттаивании грунта.
Экспериментальными
исследованиями по определению деформации морозного пучения под давлением в
природных условиях было установлено, что при промерзании локально уплотненного
основания ниже подошвы фундамента на 60-70 см величина морозного выпучивания
фундамента составляет: при давлении на грунт в 1 кгс/см2 — 5–6 мм; 2
кгс/см2 — 4 мм; 3 кгс/см2 — 3 мм; 4 кгс/см2 — 2
мм и при давлении 6,5 кгс вертикальных перемещений у фундамента не наблюдалось
в течение двух зим.
Применение
локального уплотнения грунтов, в основании на средне- и слабопучинистых грунтах
дает возможность использовать промерзающий грунт в качестве естественного
основания с глубиной заложения фундаментов на 0,5-0,7 от нормативной глубины
промерзания грунтов. Так, например, для средней полосы Европейской территории
СССР заложение фундаментов можно принимать на 1 м от планировочной отметки с
условием локального уплотнения грунтов.
Подготовка
оснований под малозаглубляемые фундаменты должна производиться в следующем
порядке:
а)
срезка растительно-дернового слоя и подсыпка, грунта, не содержащего
растительных включений;
б)
локальное уплотнение грунтов в основании столбчатых фундаментов путем забивки
инвентарного уплотнителя для образования гнезд под сборные фундаменты;
в)
разбивка осей расположения уплотненных оснований должна производиться после
того, как на площадку будет доставлено оборудование для локального уплотнения
грунтов под отдельно-стоящие фундаменты;
г)
глубина заложения малозаглубляемых фундаментов принимается из следующих
условий:
для
зданий, в которых не допускаются вертикальные перемещения от морозного пучения
грунтов в зависимости от удельного давления на грунт под подошвой фундамента в
пределах от 4 до 6 кгс/см2;
для
легких зданий, при наличии вертикальных перемещений, не мешающих нормальной
эксплуатации (временные, сборнощитовые, деревянные и другие здания), глубина
промерзания грунта под подошвой фундамента может быть принята, исходя из
допустимых деформаций.
Перед
устройством малозаглубляемых фундаментов на площадках со сложным геологическим
сложением необходимо уточнить осадки фундаментов, установленных на
локально-уплотненном основании, статическими испытаниями. Количество испытаний
на объекте устанавливается проектной организацией в. зависимости от
гидрогеологических условий.
Технология
устройства малозаглубляемых фундаментов изложена во «Временных рекомендациях по
проектированию и устройству мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах
под малоэтажные сельскохозяйственные здания» (НИИОСП, М., 1972).
3
Свайные фундаменты
8.3.1 Свайные фундаменты и сваи следует рассчитывать по
прочности материала, проверять устойчивость фундаментов при действии сил
морозного пучения для предотвращения выпучивания (поднятия) свай и
предусматривать меры, предотвращающие или уменьшающие влияние сил морозного
пучения грунта на свайный ростверк.
8.3.2 Расчет оснований и свайных фундаментов по устойчивости
и прочности на воздействие сил морозного пучения грунтов следует выполнять при
эксплуатации неотапливаемых сооружений, мачт линий электропередачи и мобильной
связи, трубопроводов и др. или при консервации сооружений, а также для условий
периода строительства, если до передачи на сваи проектных нагрузок возможно
промерзание грунтов слоя сезонного промерзания-оттаивания или выполняется
искусственное замораживание грунтов (при строительстве тоннелей или
эксплуатации помещений с отрицательной температурой).
8.3.3 В
случае оттаивания сезонномерзлых или искусственно замороженных грунтов
возникают отрицательные (негативные) силы трения, действующие на боковую
поверхность сваи и направленные вертикально вниз, причиной появление которых
является оседание грунта. Отрицательную (негативную) силу трения оттаивающего
грунта по боковой поверхности сваи рекомендуется определять по формуле
где up
— периметр поперечного сечения сваи, м;
fn,i — отрицательное трение i-го слоя оттаивающего грунта по боковой поверхности
сваи, кПа, определяемое по опытным данным; расчетные значения fn,i принимать в соответствии с разделом 7 СП 24.13330.2011;
hi — толщина i-го слоя
оттаивающего грунта.
Пример 8.1. Проектом
для башни предусмотрен свайный фундамент с монолитными железобетонными
ростверками, устраиваемыми по оголовкам сплошных железобетонных забивных свай
сечением 30×30 см, и длиной 8 м. Размеры ростверка в плане составляют
1,8×1,8 м, толщина — 1,1 м. Наибольшее значение выдергивающей нагрузки на
свайный фундамент составляет 52,47 тс (~13 тс на одну сваю), наибольшее
значение вдавливающей нагрузки на свайный фундамент составляет 57,8 тс (~14 тс
на одну сваю) при наиболее неблагоприятном воздействии ветровой нагрузки. Вес
конструкций башни составляет 11,48 тс, вес ростверка — 8,45 тс. По данным
инженерно-геологических изысканий грунты сезонного промерзания —
среднепучинистые. Требуется проверить свайный фундамент по устойчивости на
воздействие сил морозного пучения грунтов.
Устойчивость
свайных фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов
проверяется по условию
где τfh
— расчетная удельная касательная сила пучения, кПа (рисунок 8.1);
Afh — площадь боковой поверхности
смерзания сваи в пределах расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания
грунта, м2, (рисунок 8.1);
F — расчетная нагрузка на сваю, кН, принимаемая с
коэффициентом 0,9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок и воздействий,
включая выдергивающие (ветровые, крановые и т.п.); вес башни с ростверком F
= 199,3 кН;
γс —
коэффициент условий работы, принимаемый равный 1,0;
γk — коэффициент надежности, принимаемый равный 1,1;
Frf
— расчетное значение силы, удерживающей сваю от выпучивания вследствие трения
его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины
промерзания, кН, (рисунок 8.1)
определяется по формуле (8.3).
где u — периметр сечения поверхности
сдвига, м, принимаемый равный периметру сечения сваи или ростверка, м, (рисунок
8.1);
fi — расчетное сопротивление i-го слоя талого грунта сдвигу по поверхности сваи, кПа,
(рисунок 8.1);
hi — толщина i-го слоя талого грунта, расположенного ниже подошвы слоя
промерзания-оттаивания, м, (рисунок 8.1).
Рисунок 8.1 — Расчетная схема
Проверяем устойчивость свайного фундамента на действие
касательных сил морозного пучения грунтов
Таким образом, условие устойчивости свайного фундамента на
действие сил морозного пучения грунтов (8.2)
не выполняется, поэтому необходимо предусматривать мероприятия по
предотвращению выпучивания фундамента башни.
5 Определение степени пучинистости грунтов
5.1 Грунты подразделяют по степени пучинистости в
соответствии с ГОСТ 25100 на пять групп
(таблица 5.1). Степень пучинистости влияет при проектировании на выбор
параметров фундамента и противопучинистых мероприятий.
5.2 Предварительную оценку степени
пучинистости грунтов на стадии изысканий допускается выполнять по таблице 5.1
на основании физических характеристик грунтов.
5.3 Для сооружений 2 и 3 геотехнической категории степень
пучинистости и относительная деформация морозного пучения определяются на
основе непосредственных испытаний в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ
28622 с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе
строительства и эксплуатации сооружений.
5.4 Лабораторные
испытания по определению степени пучинистости грунтов по ГОСТ
28622 проводят для глинистых, крупнообломочных (с содержанием глинистого
заполнителя более 10 % общей массы), песчаных (с содержанием частиц мельче 0,05
мм более 2 % общей массы), биогенных, засоленных и искусственных грунтов и
определяют по значению относительной деформации морозного пучения εfh в соответствии с таблицей 5.1 по формуле
где hf
— вертикальная деформация образца грунта в конце испытания, мм;
di — фактическая толщина промерзшего слоя образца грунта,
мм.
Значения hf и di получают по результатам испытаний образцов грунта в
специальной установке, обеспечивающей вертикальное промораживание образца
исследуемого грунта в заданном температурном и влажностном режимах и измерение
перемещений его поверхности. Один из вариантов конструкции установки
представлен на рисунке 5.1.
— обойма; 2 — образец грунта; 3 —
кронштейн; 4 — индикатор перемещения; 5 — шток механизма
для нагружения образца грунта; 6 — штамп; 7 — датчики температуры;
8 — теплоизоляционный кожух;
9 — прибор для измерения температуры; 10 — устройство для подачи
воды (емкость с водой);
11 — терморегулятор; 12 — датчики температуры; 13 — поддон
с водой и капиллярнопористым
материалом; 14 — ТЭН
Рисунок 5.1 — Схема установки для определения степени
пучинистости грунта
5.5 Для сооружений 1 геотехнической категории допускается
определять степень пучинистости расчетным путем по п. 5.6 и 5.7 в соответствии с СП 22.13330, в том
числе в районах распространения ММГ.
5.6 Степень пучинистости
несвязных грунтов (крупнообломочных грунтов и песков, содержащих глинистые
фракции), а также супесей при Iр <
0,02, допускается определять через показатель дисперсности D,
вычисляемый по формуле
где k — коэффициент, равный 1,85·10-4 см2;
е — коэффициент пористости;
— средний диаметр частиц грунта, см,
вычисляемый по формуле
Диаметры отдельных классифицированных фракций определяются
по их минимальным размерам, умноженным на коэффициент 1,4. За расчетный диаметр
наименьшей фракции принимается ее максимальный размер, деленный на коэффициент
1,4.
Пример 5.1. На строительной
площадке слой сезонного промерзания сложен песком пылеватым с коэффициентом
пористости е = 0,81. Требуется определить степень пучинистости грунта.
Гранулометрический состав песка приведен в таблице 5.3.
Средний диаметр частиц грунта равен
Показатель дисперсности D составляет
5.7 Степень пучинистости глинистых грунтов допускается
определять исходя из значения относительной деформации пучения εfh по рисунку 5.2 в зависимости от параметра Rf, вычисляемого по формуле
где w, wρ
— влажность в пределах слоя промерзающего грунта соответственно природная и на
границе раскатывания, д.е.;
wcr — критическая влажность — предельное
значение важности, характеризующее границу, за которой прекращается
перераспределение влаги, вызывающей морозное пучение в промерзающем пучинистом
грунте, д.е., определяется по графикам на рисунке 5.3;
wsat
— полная влагоемкость грунта, д.е., определяемая по формуле
где е —
коэффициент пористости;
ρw — плотность воды, кг/м3;
ρs — плотность твердых частиц грунта,
кг/м3;
ρd
— плотность сухого грунта, кг/м3 определяемая по формуле
где ρ —
плотность грунта, кг/м3;
М0 — безразмерный коэффициент, численно
равный абсолютному значению средней многолетней температуры воздуха за зимний
период, определяемый в соответствии с СП 131.13330.
— практически непучинистый; б —
слабопучинистый; в — среднепучинистый;
г — сильнопучинистый; д — чрезмернопучинистый.
— супеси; 3 — суглинки; 4 — суглинки с
0,07 < ≤
0,13; 5 — суглинки с 0,13 < ≤ 0,17; 6 — глины
(в грунтах 2, 4 и 5 содержание пылеватых частиц размером 0,05 — 0,005
составляет более 50 % по массе).
Рисунок 5.2 — Взаимосвязь параметра Rf и относительной
деформации εfh
Рисунок 5.3 — Зависимость критической влажности wcr
от числа пластичности Iр и
предела текучески грунта wL
Пример 5.2 Площадка строительства находится в
г. Чебоксары. Слой сезонного промерзания сложен суглинком полутвердым с
коэффициентом пористости е = 0,68, природной влажностью w = 0,2,
влажностью на границе раскатывания wρ = 0,19, плотностью
грунта ρ = 1,99·103 кг/м3, влажностью на
границе текучести wL = 0,32. Требуется определить степень
пучинистости грунта.
Параметр Rf определяется по
формуле
wcr — критическая
влажность, определяется по графику 4 (для суглинка с 0,07 < Ip ≤ 0,13) на
рисунке 5.2 для wL
= 0,32 и Iр = wL — wρ
= 0,32 — 0,19 = 0,13 и составляет 0,21;
wsat — полная влагоемкость грунта, доли
единицы, для глинистых грунтов берется влажность на границе текучести wL;
ρd
— плотность сухого грунта, кг/м3, определяемая по формуле
М0 — безразмерный
коэффициент, численно равный абсолютному значению средней многолетней
температуры воздуха за зимний период в г. Чебоксары, принимаем равный 9,02.
Относительная деформация суглинка в соответствии с
параметром Rf·102 = 0,15 составляет εfh = 0,02. По графику на
рисунке 5.2 и по таблице 5.1 грунт в слое сезонного промерзания
относится к слабопучинистому.
2
Нормативные ссылки
В настоящем пособии использованы ссылки на следующие
нормативные документы.
ГОСТ
5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ
12248-2010 Методы лабораторного определения характеристик прочности и
деформируемости
ГОСТ
20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и
деформируемости
ГОСТ 25100-2011 Грунты.
Классификация
ГОСТ
24846-2012 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и
сооружений
ГОСТ
24847-2017 Грунты. Методы определения глубины сезонного промерзания
ГОСТ
25358-2012. Грунты. Метод полевого определения температуры
ГОСТ
26262-2014 Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания
ГОСТ
27217-2012 Грунты. Метод полевого определения удельных касательных сил
морозного пучения
ГОСТ
27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные
положения
ГОСТ
28622-2012 Грунты. Методы лабораторного определения степени пучинистости
ГОСТ
Р 56726-2015 Грунты. Метод лабораторного определения удельной касательной
силы морозного пучения
СП 22.13330.2016
«СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений» (с изменениями № 1, № 2, № 3)
СП 24.13330.2011 «СНиП
2.02.03-85 Свайные фундаменты» (с изменениями № 1, № 2, № 3)
СП
25.13330.2012 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых
грунтах» (с изменениями № 1, № 2, № 3, № 4)
СП
45.13330.2017 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты»
(с изменениями № 1,
№ 2)
СП
104.13330.2016 «СНиП 2.06.15-85 Инженерная защита территории от затопления
и подтопления»
СП
116.13330.2012 «СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и
сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения»
СП 131.13330.2018 «СНиП
23-01-99* Строительная климатология»
— При пользовании настоящим стандартом
целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе
общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по
техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно
издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который
опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячно
издаваемого информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год.
Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то
рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех
внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на
который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого
стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения
настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка,
внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение
рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт
отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется
применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии свода
правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов
1
Область применения
Рекомендации настоящего пособия распространяются на
проектирование различных типов фундаментов зданий и сооружений на пучинистых грунтах,
в том числе возводимых на территории распространения многолетнемерзлых грунтов.
Рекомендации пособия не распространяются на проектирование
оснований земляного полотна автомобильных и железных дорог, аэродромных
покрытий, оснований глубоких опор и фундаментов машин с динамическими
нагрузками.
УКАЗАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ПО
НУЛЕВОМУ ЦИКЛУ
8.1. К
производству работ нулевого цикла предъявляются следующие требования: избегать
избыточного водонасыщения пучинистых грунтов в основании фундаментов, предохранять
их от промерзания в период строительства и своевременно оканчивать земляные
работы по засыпке пазух и планировке площадки вокруг строящегося здания.
В
практике строительства иногда на пониженных площадках применяется подсыпка
грунта при помощи рефулирования со дна водоема мелкозернистого или пылеватого
песка. Поскольку гидромониторами песок вместе с водой выливается из труб на
площадку (с которой вода скатывается, а грунт оседает), следует предусмотреть
дренирование песчаного намытого слоя в целях его самоуплотнения и снижения
водонасыщения.
Обычно
намытые мелкие и пылеватые пески долгое время находятся водонасыщеном состоянии, поэтому такие грунты при промерзании
оказываются сильнопучинистыми и в то же время слабоуплотненными.
При
использования рефулированных грунтов в качестве естественных оснований нельзя
допускать промерзания грунтов под фундаментами и укладывать фундаменты на
промороженный грунт даже для малоэтажных зданий.
Там,
где здания уже построены или находятся в стадии строительства, не следует
допускать намыв пучинистых грунтов ближе 3 м от фундаментов наружных стен.
Способ
производства земляных работ с применением гидромеханизации безвредно можно
применять в южных районах нашей страны, где нормативная глубина промерзания грунтов
не более 70-80 см, а также при непучинистых грунтах по всей территории СССР. Но
на площадках, сложенных пучинистыми грунтами, разработку грунтов при помощи
гидромеханизации производить не следует, так как этот способ водонасыщает
грунты, что нарушает требования п.п. 3.36-3.38, 3.40 и 3.41 главы СНиП по проектированию
оснований зданий и сооружений о предохранении грунтов от избыточного
водонасыщения поверхностными водами. Категорического запрещения в применении
разработки грунтов способом гидромеханизации в принципе нет, но при этом
способе нужно предпринять необходимые гидромелиоративные мероприятия по
осушению грунтов в основании фундаментов я дать надлежащие
технико-экономические обоснования.
8.2.
При устройстве фундаментов на пучинистых грунтах необходимо стремиться при
рытье котлованов землеройными механизмами к соблюдению требований действующих
нормативно-технических документов на производство и приемку земляных работ.
Следует отрывать траншеи для укладки ленточных сборных и монолитных фундаментов
небольшой ширины с тем расчетом, чтобы ширину пазух можно было перекрыть
отмасткой или гидроизоляционным экраном. После монтажа сборных фундаментов или
укладки бетона в монолитный фундамент следует немедленно произвести обратную
засыпку пазух с тщательным уплотнением грунта и обеспечением стока от скопления
поверхностных вод вокруг здания, не дожидаясь окончательной планировки площадки
и укладки отмосток.
8.3.
Открытые котлованы и траншеи не следует оставлять на длительное время до
установки в них фундаментов, так как большой разрыв во времени между открытием
котлованов и укладкой в них фундаментов в большинстве случаев приводит к
резкому ухудшению грунтов в основании фундаментов вследствие периодического или
постоянного затопления дна котлована водой. На пучинистых грунтах к вскрытию
котлована следует приступать только тогда, когда на строительную площадку
завезены фундаментные блоки и все необходимые материалы и потребное
оборудование.
Все
работы по укладке фундаментов и засыпке пазух желательно выполнять в летний
период, когда работы можно производить быстро и с высоким качеством при
сравнительно невысокой стоимости земляных работ. Сезонность производства работ
по нулевому циклу на пучинистых грунтах было бы полезно соблюдать.
При
необходимости вскрытия котлованов и траншей на глубину больше 1 м в зимнее
время, когда грунт находится в твердо-мерзлом состоянии, часто приходится
прибегать к искусственному оттаиванию грунта различными способами, что ускоряет
выполнение земляные работ и не ухудшает строительные свойства грунтов в
основании фундаментов. Не следует применять оттаивание пучинистых грунтов путем
пуска водяного пара в пробуренные скважины, так как при этом резко повышается
влажность грунта за счет конденсата водяного пара.
8.4.
Засыпку пазух надлежит выполнять после окончания бетонирования монолитных
фундаментов и после укладки цокольного перекрытия при сборно-блочных
фундаментах. Следует иметь в виду, что засыпка пазух возле фундаментов
бульдозером не обеспечивает надлежащего уплотнения грунта и вследствие этого
происходит аккумуляция большого количества поверхностных вод, которые
неравномерно водонасыщают грунты возле фундаментов и при замерзании создают
благоприятные условия для деформации фундаментов и надфундаментного строения
касательными силами морозного выпучивания. Еще хуже бывает, когда засыпка пазух
выполняется в зимнее время мерзлым грунтом и без уплотнения. Уложенная отместка
возле фундаментов обычно проваливается после оттаивания и самоуплотнения грунта
в пазухах.
Пазухи
надлежит засыпать тем же талым грунтом с тщательным послойным уплотнением.
Применение
механизмов для уплотнения грунта при засыпке пазух затрудняется из-за наличия
цокольных стенок, создающих стесненные условия для работы механизмов.
8.5.
Согласно требованию главы СНиП по проектированию оснований
зданий и сооружений надлежит применять мероприятия по предотвращению
промерзания пучинистого грунта ниже подошвы фундамента в период строительства.
В
случае перезимования уложенных фундаментов и плит не следует забывать о
предохранении грунтов от промерзания, особенно когда фундаменты будут
нагружаться при кладке или монтаже стен здания до оттаивания грунтов ниже
подошвы, фундаментов. В целях предохранения грунтов от замерзания в основании
фундаментов применяют различные способы, начиная с засыпки грунтом и кончая
покрытием фундаментов и плит теплоизоляционными материалами. Отложения снега
являются также хорошим теплоизолирующим материалом и его можно использовать в
качестве теплоизолятора.
Железобетонные
плиты, толщиной более 0,3 м на сильнопучинистых грунтах должны быть укрыты при
нормативной глубине промерзания более 1,5 м минеральными плитами в один слой,
шлаковатными магами или керамзитом с объемным весом 500 кгс/м3 и
коэффициентом теплопроводности 0,18 слоем 15-20 см.
Если
здание возведено, а грунты в основании фундаментов находятся в мерзлом
состоянии, то необходимо позаботиться об обеспечении равномерного оттаивания
грунтов под подошвой фундамента путем укладки теплоизоляционных покрытий с
наружных сторон фундаментов и обогревом грунтов внутри здания, для чего можно
использовать электроэнергию или нагревание воздуха в подполье калориферами и
временными отопительными печами.
Стены
зимней кладки для равномерного оттаивания южной стороны приходится завешивать рогожами, щитами, толем,
фанерой или соломенными матами для защиты от обрушения при быстром и
неравномерном оттаивании.
В
качестве теплоизоляции на период оттаивания грунтов возле фундаментов снаружи
здания на 1-1,5 месяца с южной стороны можно применить складирование бетонных
блоков, кирпича, щебня, песка, керамзита и других материалов.
Из-за
неравномерного оттаивания грунтов под наружными и внутренними поперечными
несущими стенами происходит образование сквозных трещин под и над проемами на
поперечной внутренней несущей стене. Эти трещины обычно расширяются и иногда
вверху доходят до десятков сантиметров, при этом у наружных продольных стен
наблюдается крен с отклонением верхней части в сторону от здания. При больших
кренах приходится разбирать значительные участки наружных и внутренних стен.
Крен
наружных стен часто образуется в процессе промерзания грунта в январе-марте,
когда фундаменты наружных стен заложены на расчетную глубину промерзания
грунта, а под внутренние несущие стены фундаменты заложены мелко (на половину
или даже одну треть от нормативной глубины промерзания грунтов).
Под
действием нормальных сил морозного пучения грунтов на подошву фундаментов
внутренних несущих стен также появляются расширяющиеся кверху сквозные трещины,
при этом верх наружных стен заметно отклоняется от вертикали. Крем наружных
стен зависит от высоты поднятия внутренней каменной стены и ширины раскрытия
одной или двух трещин на верху внутренней стены.
8.6.
При первом обнаружении хотя бы мелких волосяных трещин на стенах каменных
зданий необходимо установить причину их появления и принять меры по прекращению
расширения этих трещин. Если трещины появились под действием нормальных сил
морозного пучения, то нельзя допускать заделки этих трещин цементным раствором.
Основным мероприятием в данном случае будет оттаивание грунта внутри здания под
фундаментами внутренних несущих стен, что вызовет осадку фундамента и трещины
закроются частично или полностью. От продолжения возведения стен или монтажа
сборных домов при промороженном основании следует воздержаться до полного
оттаивания грунтов под фундаментами и до стабилизации осадки фундаментов после
оттаивания грунтов.
8.7. На
строительных площадках во время производства работ грунты в основании локально
водонасыщаются от утечки воды в грунт из неисправной водопроводной сети. Это
приводит к тому, что на отдельных участках глинистые грунты из непучинистых и
слабопучинистых превращаются в сильнопучинистые со всеми вытекающими
последствиями.
Для
предохранения грунтов, в основании фундаментов от локального водонасыщения в
период строительства линии временного водоснабжения стройки следует укладывать
по поверхности, с тем чтобы легче было обнаружить появление утечки воды и
своевременно устранить повреждения водопроводной
сети.
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИИ В ПРАКТИКЕ СТРОИТЕЛЬСТВА
7.1.
Теплоизоляционные мероприятия, применяемые в практике фундаментостроения,
подразделяются на временные (только на период строительства) и на постоянные (с
учетом их действия в течение всего срока эксплуатации зданий и сооружения).
Во
время строительства вокруг фундаментов зданий и сооружений рекомендуется
применять временные теплоизоляционные покрытия из опилок, шлака, керамзита,
шлаковаты, соломы, снега и других материалов в соответствии с указаниями по
предохранению грунтов и грунтовых оснований от промерзания.
К
постоянным теплоизоляционным мероприятиям относятся отмостки, укладываемые на
теплоизоляционную подушку из шлака, керамзита, шлаковаты, поролона,
прессованных торфяных плит, сухого песка и. др. материалов.
Уложенные
теплоизоляционные отмостки вокруг строящегося здания обычно разрушаются при
дальнейших монтажных работах движением механизмов и после полного окончания
строительных работ их требуется перестраивать, что не всегда выполняется, а
поэтому создаются условия для неравномерного водонасыщения грунтов и глубины
промерзания грунтов возле фундаментов.
Наибольший
теплоизоляционный эффект достигается в тех случаях, когда материал подушки
находится в сухом состоянии, но часто теплоизоляционный материал, уложенный в
корыто, водонасыщается осенью перед промерзанием и от этого снижается
теплоизоляционный эффект.
В
некоторых случаях вместо устройства отмосток применяют задернение поверхности
грунта у наружных стен и, как показывает опыт, промерзание грунта под
растительным покровом снижается на половину по сравнению с глубиной промерзания
грунта под оголенной поверхностью грунта.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ВЫПУЧИВАНИЯ
НЕЗАГЛУБЛЯЕМЫХ И МАЛОЗАГЛУБЛЯЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ
6.1.
Применяемое в практике строительства мероприятие против морозного выпучивания
малонагруженных фундаментов путем повышения глубины заложения фундаментов на
расчетную глубину промерзания грунтов и даже более глубины промерзания не
обеспечивает устойчивость и нормальную эксплуатационную пригодность легких
зданий, возводимых на пучинистых грунтах, так как малонагруженные фундаменты,
несмотря на большое заглубление выпучиваются из грунта с нарастанием неравномерных
остаточных деформаций морозного пучения. В таком случае следует подумать
о том, как здание или сооружение конструктивно приспособить к деформациям
морозного пучения грунтов с расположением фундаментов; на поверхности грунтов
без заглубления или с малым заглублением в слое сезонного промерзания.
Использование
сезоннопромерзающего слоя в качестве естественного основания дает возможность
значительно сократить стоимость работ по нулевому циклу и снизить время
строительства зданий и сооружений. Внедрение в практику фундаментостроения
мероприятий по проектированию легких зданий на фундаментах с мелким
заглублением или без заглубления в грунт будет способствовать успешному
завершению строительства в сельской местности Нечерноземной зоны РСФСР.
Конструкции
фундаментов для легких зданий и сооружений без заглубления в грунт или с мелким
заглублением при расположении подошвы фундамента в слое сезонного промерзания
подвергаются действию нормальных и касательных сил морозного пучения грунтов.
На незаглубляемые фундаменты действуют нормальные силы морозного пучения, а на
малозаглубляемые фундаменты воздействуют совместные касательные и нормальные
силы морозного выпучивания. Касательные силы морозного пучения экспериментально
достаточно изучены в полевых и лабораторных: условиях и против их вредного
действия разработаны противопучинные мероприятия, чего нельзя оказать про
нормальные силы морозного пучения, поэтому необходимо в первую очередь
исследовать величины нормальных сил морозного пучения, установить их основные
закономерности взаимодействия фундаментов с промерзающим грунтом и определить
количественно зависимости нормальных сил морозного пучения от глубины
промерзания грунта и размеров подошвы фундамента.
Полученные
результаты экспериментальных исследований нормальных сил морозного пучения
могут служить в какой-то мере обоснованием для разработки мероприятий против
деформации зданий и сооружений от морозного пучения грунтов в направлении
усовершенствования конструктивных решений фундаментов, подготовки грунтов в
основании, приспособления зданий и сооружений к деформациям морозного пучения
грунтов и применению других способов, направленных на снижение деформаций от
морозного выпучивания фундаментов.
ПРЕДЕЛЫ ПРИМЕНИМОСТИ МЕРОПРИЯТИИ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ВЫПУЧИВАНИЯ
НЕЗАГЛУБЛЯЕМЫХ И МАЛОЗАГЛУБЛЯЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И
СООРУЖЕНИЙ
6.2.
Данные мероприятия распространяются на проектирование оснований и фундаментов
легких одноэтажных гражданских и промышленных зданий и сооружений на пучинистых
грунтах преимущественно сельскохозяйственного назначения и энергетического
строительства, таких, как например, рубленных, сборно-брусчатых и щитовых
домов, гаражей, ремонтных мастерских, промзданий по переработке
сельскохозяйственной продукции, складских помещений для хранения
сельскохозяйственной техники, минеральных удобрений, строительных материалов,
зерна, овощей, кормов для скота, животноводческих комплексов (птичники,
коровники и др.), трансформаторных подстанций, временных зданий в сооружений
строительных баз теплоэлектростанций и другие здания и сооружения,
осуществляемые строительством из местных древесных материалов.
Большей
частью малозагаубляемые фундаменты рекомендуется применять под каменные здания
и сооружения при грунтах, относящихся по степени пучинистости к средне- и
слабопучинистым с условием предварительной подготовки грунтов основании путем локального их
уплотнения.
Незаглубляемые фундаменты под
вышеупомянутые здания и сооружения можно применять на всех грунтах независимо
от их степени пучинистости, кроме грунтов, относящихся к чрезмерно пучинистым.
Сильнопучинистые
грунты по условиям их увлажнения и плотности сложения подразделяются на две
группы: —
чрезмерна пучинистые и — сильнопучинистые по табл.4.
Таблица 4
:
Величина — расстояние, превышающее расчетную глубину промерзания, т.е.
разность между глубиной залегания уровня грунтовых вод на период промерзания и
расчетной глубиной промерзания.
По
физическому состоянию чрезмерно пучинистые грунты имеют свои отличительные
характеристики от сильнопучинистых грунтов.
К
чрезмерно пучинистым грунтам (группа по табл. 4) относится,
как правило, отложения в зоне промерзания, которые не могут служить в качестве
естественного Основания вследствие их малой плотности сложения. К таким
относятся грунты текуче-пластичной я текучей консистенции, заторфованные
грунты, и торфяники, намытые гидромониторами грунты, насыпные грунты в
обводненном состоянии и др.
,
табл. 4) отличаются от чрезмерно
пучинистых по физическому состоянию. К ним относятся все виды грунтов, которые
по плотности в природном сложении могут быть использованы в качестве
естественного основания под фундаменты некоторых зданий и сооружений без
специальной подготовки основания.
Проверка
незаглубляемых фундаментов на действие нормальных сил морозного пучения
выполняется по формуле
— нормативная нагрузка на основание в уровне подошвы
фундамента, кгс;
— площадь подошвы фундамента, см2;
— коэффициент перегрузки,
принимаемый равным 0,9;
— коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,1;
— глубина промерзания грунта
ниже подошвы фундамента, см;
σн
— нормативное значение нормального давления морозного пучения, кгс/см3,
принимается по таблице 2.
. Требуется проверить
фундамент-плиту из керамзитобетона с размерами 100×150 см под колонну
одноэтажного каркасного здания. Глубина промерзания грунта ниже подошвы плиты
60 см, нагрузка на колонну, опирающуюся на плиту, 18 т. Плита уложена на поверхность
песчаной подсыпки без заглубления в грунт. Грунт в основании плиты по степени
морозной пучинистости относится к среднепучинистому.
Подставляя
значения величин в формулу (6), получим
величину нормальных сил морозного пучения грунтов =50 см; σн=0,02
(по табл. ;
0,9×18≥1,1×150×50×100×0,02; 16,2<16,5 т.
Экспериментальная
проверка показала, что при такой нагрузке фундамент каркасного здания при
промерзании грунта на 120 см наблюдались вертикальные смещения фундаментных
плит от 3 до 10 мм, что вполне допустимо для каркасных одноэтажных зданий.
Пределы
применимости мероприятия по предотвращению выпучивания незаглубляемых и
малозаглубляемых фундаментов составлены на основании обобщения имеющегося опыта
строительства и эксплуатации зданий и сооружений, возводимых в качестве
экспериментальных на пучинистых грунтах.