Замена слабого слоя грунта основания

(устройство песчаных подушек)

Песчаные подушки обычно выполняют из средне или крупнозернистого песка (может использоваться и щебень).

Одна из основных целей устройства песчаной подушки – это уменьшить глубину заложения фундаментов при прорезке слабого слоя грунта (рис. 1). При большой мощности слабого слоя грунта (h₁) экономически не выгодно заглублять фундамент на такую глубину. С целью уменьшения глубины заложения фундамента (h₂), выполняют песчаную подушку, укладывая ее в распор со стенками котлована. Песчаную подушку укладывают с заданной степенью плотности, обеспечивая, таким образом, передачу давления от фундамента на хороший грунт, что позволяет снизить величину возможных осадок.

Другая цель устройства песчаной подушки – это уменьшить интенсивность давления от фундамента на слабый слой грунта (рис. 2; 3).

В этом случае фундамент опирается на песчаную подушку (хороший грунт), а ниже располагается слабый слой грунта. Возникает необходимость проверки слабого подстилающего слоя грунта. Такая проверка производится исходя из следующего условия:

(1)

где ордината эпюры природного давления грунта, приходящегося на кровлю слабого подстилающего слоя; ордината эпюры дополнительного (уплотняющего) давления грунта, приходящегося на кровлю слабого подстилающего слоя; R_сл. – расчетное сопротивление слабого слоя грунта в уровне низа подушки от условного фундамента.

Условие (1) позволяет запроектировать песчаную подушку, используя метод последовательных приближений:

1. Первоначально задаются высотой песчаной подушки (h_п), исходя из геологических условий и планируемого производства работ.

2. Строят эпюры природного и дополнительного (уплотняющего) давлений грунта.

3. Вычисляют R_сл. – расчетное сопротивление слабого слоя грунта в уровне низа подушки от условного фундамента. Ширина подошвы условного фундамента определяется исходя из угла a - рассеивания напряжений, который принимается:

- a = 45° - для торфа; - a = 50…60° - для пылеватых песков.

4. Проверяется условие (1). В случаи выполнения данного условия, проектирование песчаной подушки считается выполнено верно. В противном случае - производится перепроектирование песчаной подушки, которое заключается, прежде всего, в изменении ее высоты.

В случае необходимости устройства песчаной подушки высотой h_п > 1 м, ее ширина выбирается из условия равновесия в предельном состоянии по специально разработанной методике Б.И. Далматова.

Песчаные подушки могут устраиваться и с целью уменьшения глубины заложения фундаментов, проектируемых в пучинистых грунтах. В таком случае песчаная подушка, выполненная их крупнозернистого (не пучинистого) грунта – основания, выполняет роль замены пучинистого грунта на не пучинистый. Наиболее актуально выполнение таких мероприятий для районов с глубоким сезонным промерзанием, что позволяет существенно снизить глубину заложения фундаментов, получая в итоге экономический эффект.

Следует подчеркнуть, что песчаную подушку не рекомендуется устраивать при следующих условиях:

1. При наличии в пределах высоты подушки переменного уровня грунтовых вод и работы подушки как дренажа. В этом случае возможно проявление явления суффозии, а также заиливание подушки, что может привести к дополнительным осадкам фундаментов и превращения подушки в обычный пучинистый грунт.

2. При наличии в пределах высоты подушки напорных грунтовых вод и заложении подошвы фундамента выше расчетной глубины промерзания. В этом случае промерзание песчаной подушки может привести к пучению грунта подушки за счет действия напорных грунтовых вод.

Взятие грунта в обойму

При устройстве фундаментов мелкого заложения на слабых, сильносжимаемых основаниях, может быть использован метод усиления основания в виде взятия сжимаемого основания в обойму (рис.4).

Данное конструктивное мероприятие предназначено для исключения возможности выпора слабого слоя грунта из-под подошвы фундамента. В этом случае по периметру фундаментной плиты выполняется сплошная шпунтовая стенка, воспринимающая боковое давление грунта. В результате объем слабого сжимаемого грунта под подошвой фундамента становится ограниченным со всех сторон, что аналогично работе грунта в условиях компрессии и позволяет значительно повысить его несущую способность. На рис. 5 дан график сравнительных результатов зависимостей осадки (S) фундамента от величины прикладываемого давления под его подошвой (Р). Кривая 1 иллюстрирует зависимость S = S(P) до усиления основания (устройства шпунтового ограждения). Кривая 2 – туже зависимость после выполнения усиления - устройства шпунтового ограждения. Нетрудно заметить, что одна и та же величина осадки (S₁) достигается при разных величинах давлений (Р₁ < Р₂), что подтверждает качественную эффективность данного способа усиления основания.

Количественный анализ рассмотренного метода усиления основания, может быть дан на основе численного геотехнического моделирования данной инженерной задачи, с использованием метода конечных элементов.