Суффозия грунта в основании фундамента
Обновлено: 08.05.2024
Суффозионные процессы и их последствия как факторы риска в строительстве.
С увеличением темпов развития градостроительства, и как следствие, городской инфраструктуры, а также всевозможных подземных коммуникаций, увеличивается и техногенная нагрузка на застраиваемые территории. Поэтому, все чаще возникает необходимость оценки развития (возникновения, наступления) геологических процессов, связанных именно с техногенным воздействием.
Один из таких процессов - суффозия грунта, последствиями которой являются провалы грунта и проседание вышележащей толщи, а также образование отрицательных форм рельефа на территории застройки и прилегающих территориях.
По размерам суффозионные воронки достигают до 10, а иногда, и 100 м. Сам же процесс может протекать как на значительной глубине, так и вблизи поверхности. Глубинные суффозионные процессы, являются одной из причин образования подземных пещер, что в свою очередь ведет к проседанию всей вышележащей толщи грунтов и пород, а в условиях увеличения нагрузки на поверхность (при строительстве различных объектов) способно привести к провалу всей грунтовой толщи.
Суффозия – процесс выноса частиц грунта водами естественных подземных горизонтов, а также водами искусственных техногенных горизонтов. Данный процесс, на территориях застройки практически всегда развивается мгновенно и способен привести к природно-техногенным катастрофам разного масштаба, а также к значительным экономическим потерям.
Как правило, образованию суффозионных проявлений на жилых территориях способствует изменение гидродинамической обстановки в ходе проведения строительных мероприятий, а также вследствие утечек из городских коммуникаций. Также, зачастую этому процессу способствует изменения химического состава подземных вод, вследствие которого происходит растворение частиц грунта и их последующий вынос.
В настоящее время, при проектировании объектов промышленного и гражданского строительства принято выполнять оценку рисков, в том числе оценивают вероятность проявления опасных геологических процессов, а также техногенное влияние на территорию предполагаемого строительства и последствия, связанные с ним.
Известно, что такой процесс как суффозия может возникать только в определенных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях. Основополагающим фактором является наличие пород с определенным текстурно-структурным составом. Также важную роль, определяющую возможность возникновения данного явления, играют такие факторы, как фильтрационная способность пород, величина градиента напора (гидродинамическая сила потока), химический состав вод горизонта и скорость подземного потока, а также наличие области выноса.
В случае, если процесс суффозии носит природно-техногенные характер, то все чаще источниками утечек воды, являются объекты водоснабжения и канализации, для обратной засыпки которых, чаще всего используют неоднородные по гранулометрическому составу насыпные грунты, наиболее подверженные суффозионному разрушению. А при плохом их уплотнении процесс происходит быстрее. Например, в случае если коммуникации проходят под транспортными магистралями, то формирование полости невозможно заметить до момента разрушения асфальтового покрытия под нагрузкой от транспорта.
На территории строительства новых зданий, изменение режима потока ПВ, в большинстве случаев, происходит вследствие вскрытия грунтовой толщи при организации строительных выемок. Образовании искусственной полости выноса (котлована, траншеи и др.), и отлив воды через ее поверхность приводит к увеличению скорости потока, которое и влечет за собой свободный вынос частиц грунта в образовавшуюся полость.
Суффозия на сегодня является актуальной геотехнической проблемой, так как устранение ее последствий требует проведения технологически сложных и дорогостоящих работ. Поэтому оценка риска, с целью предотвращения возможности возникновения данного явления играет значительную роль при проектировании строительства.
Наиболее оптимальным вариантом является использование комплекса методов оценки.
Для выполнения расчетов и последующего прогнозирования необходимо учитывать информацию, полученную в ходе предварительного обследования участка строительства.
Как правило, оценивают:
Подпись
Для московского региона проведена оценка и последующее картирование опасных и потенциально опасных суффозионных районов, что изначально позволяет предварительно охарактеризовать район застройки по степени развития и активности процесса.
2. Гидрологические условия
Наличием естественных водотоков на территории строительства обусловлена гидрогеологическая обстановка участка строительства. Химический состав подземных вод.
3. Естественные горизонтов ПВ
Изучение гидрогеологических условий дает возможность определить максимально возможные значения напорных градиентов, скорости потоков, состав и фильтрационные особенности пород.
4. Текстурно-структурные особенности пород
Исследования водопроницаемости грунтов предполагают изучение свойств техногенных грунтов и грунтов естественного залегания зоне эксплуатации.
Сюда входит определения фильтрационных свойств грунтов, а также исследования грунтов на виброползучесть.
5. Техногенную нагрузку
Определяют количество коммуникаций на единицу площади и др. факторы, которыми может быть обусловлено развитие аварийной обстановки.
С учетом некоторых из вышеперечисленных факторов, в лабораторных условиях, выполняется физическое моделирование суффозионного процесса. Для данного моделирования используются специальные трехмерные установки, позволяющие воссоздать условия, характерные именно для исследуемой территории.
Однако, минусом данного метода, несомненно является невозможность учета всех исходных параметров из-за их многообразия. Непредсказуемость факторов техногенного происхождения и скорость их изменения особенно влияют на объективность данного прогнозного расчета.
По итогам прогнозной оценки, в зависимости от факторов, влияющих на суффозионный процесс, определяют методы его предотвращения, а также даются рекомендации, позволяющие контролировать его развития на территории застройки.
На сегодня, методы борьбы с суффозией заключаются в предотвращении движения воды через размываемый массив и включают в себя:
- Регулирование стока ПВ и организация дренажных систем
- Организация противофильтрационных завес и шпунтовых стенок
- Увеличение пути фильтрации и уменьшение скорости движения ПВ
- Искусственное изменение свойств пород путем изменения их состава (цементация, силикатизация), для снижения фильтрационных свойств
1. Слабые грунты как основания зданий и сооружений
Слабыми принято называть молодые (в геологическом понимании) наносы различного состава и генезиса, которые не получили в естественных условиях достаточного уплотнения. Понятие слабый грунт в современной технической литературе трактуется довольно широко. По условиям образования и залегания эти грунты можно разбить на три группы: морские и озерные отложения образующие слоистые толщи (пески, супеси, суглинки, глины, органогенные и минеральные илы); покровные отложения, залегающие на плоских участках, на склонах и под склонами (торфяники, глинистый элювий коренных пород, размоченный лёсс, делювиальные отложения склонов, пролювий конусов выноса); техногенные отложения, залегающие в форме бугров, терриконов или во впадинах рельефа, в оврагах, карьерах в форме карманов (городская свалка, культурные слои старых городов, отвалы промышленных отходов, накопления хвостохранилищ и т.п.).
Слабые грунты особенно широко распространены в районах северо-запада СССР, в недавнем геологическом прошлом освободившихся от ледникового покрова последнего континентального оледенения, в условиях избыточного увлажнения и затрудненного стока подземных и поверхностных вод. Эти грунты образуют залежи на дне и по берегам морей и озер, в поймах и дельтах рек, на заболоченных водоразделах. Суммарная мощность толщ слабых грунтов сравнительно невелика, обычно не более 20—30 м; в ряде районов она достигает 50 м. Слабые грунты обычно водонасыщены, имеют весьма высокую влажность ( ω > ωL ),большую пористость и весьма большую сжимаемость; они чувствительны к воздействию вибрации и других факторов, связанных со строительным производством.
На территории многих городов северо-запада СССР, в частности Ленинграда, слабые грунты распространены почти повсеместно. Здания и сооружения, построенные в этих городах еще в дореволюционное время на ленточных фундаментах из бутового камня, а также на коротких деревянных сваях, получили осадки порядка десятков сантиметров. Развитие осадки продолжалось в течение многих лет после завершения строительства и обычно приводило к повреждениям кладки стен.
В условиях слабых грунтов современные крупнопанельные каркасные и кирпичные дома возводят на сваях, которые погружают в плотный подстилающий грунт. Длина таких свай обычно составляет 9—15 м, а под некоторыми зданиями — 32 м [28]. Однако и длинные сваи по ряду причин не гарантируют от возможного развития неравномерных осадок [32].
2. Устройство фундаментов в условиях существующей застройки на слабых глинистых грунтах
Слабые глинистые грунты — глины, суглинки, супеси, имеют высокую влажность ( ω > 0,5), большую пористость ( е > 1), модуль деформации примерно 1 — 10 МПа, низкую водопроницаемость [7]. При воздействии вибрации прочность этих грунтов понижается, т.е. проявляются тиксотропные свойства. Осадки зданий, возведенных на таких грунтах, развиваются в течение десятков лет и достигают больших величин. В районах северо-запада нашей страны распространены ленточные глины — поздние и послеледниковые отложения пресноводных бассейнов. Эти грунты имеют характерную (ленточную) текстуру; т.е. состоят из большого числа тонких слоев песчаного и глинистого материала, ритмично сменяющих друг друга, поэтому водопроницаемость грунта по вертикали (поперек слоистости) значительно меньше, чем по горизонтали. Распределение влажности в толще ленточных глин закономерно (рис. 6.1): в середине толщи влажность заметно больше, чем в периферийных частях, поэтому грунт на глубине 2—3 м и более заметно слабее залегающего у поверхности. Ленточные глины обладают большой пучинистостью при промораживании.
Кроме того, эти глины особенно чувствительны к перемятию, т.е. резко изменяют свойства при различных технологических воздействиях. Поэтому, как рекомендовал в свое время Б.Д. Васильев, при разработке котлованов в этих грунтах требуется применять особые меры предосторожности (см. гл. 5). Разработка котлованов возле фундаментов на ленточных глинах весьма опасна.
Дополнительные осадки фундаментов на ленточных глинах могут быть учтены расчетом при проектировании. При этом, как показывает опыт, следует использовать результаты лабораторных испытаний, принимая значения коэффициента сжимаемости грунта в том диапазоне компрессионной кривой, который соответствует изменению напряженного состояния основания при возведении нового здания.
Ленточные глины в большой степени подвержены морозному пучению, поэтому при зимнем производстве работ в котлованах, вскрывающих ленточные глины, необходимо надежно утеплять существующие фундаменты. Для предотвращения выдавливания глины из-под подошвы фундаментов старых домов следует, как правило, применять технологический шпунт, погружаемый на 2—4 м ниже дна котлована.
Если строительный котлован разрабатывается ниже подошвы существующих фундаментов, применение ограждающего шпунта обязательно. Шпунт должен быть рассчитан не только по устойчивости, но и по деформациям. Для этой цели можно использовать методику, разработанную в ЛИСИ [8].
Сваи и шпунты легко проникают в ленточные глины, поэтому суммарное динамическое воздействие на основание бывает сравнительно невелико. Известны случаи, когда для проходки слоя ленточных глин толщиной 5 м требовалось всего 30—40 ударов механического молота [18]. Однако сваи и шпунты, ближайшие к существующему фундаменту, должны отстоять от него не менее чем на 2 м, а фронт свайных работ должен быть направлен в сторону существующих фундаментов [6].
При разработке проектов фундаментов при наличии ленточных глин необходимо иметь данные детальных изысканий, достоверно устанавливающих глубину заложения подошвы фундаментов существующих зданий по всей линии примыкания. Если в материалах изысканий эти данные отсутствуют, возможен выпор грунта. К примеру, в Ленинграде на ул. Куйбышева в 1978 г. при разработке котлована для устройства фундамента здания цеха возле заселенного трехэтажного дома в последнем образовались опасные деформации. Оказалось, что этот дом состоял из двух частей разновременной постройки: в одной части подошва фундаментов была заглублена на 0,5 м больше, чем под другой, где фундамент при изысканиях был вскрыт шурфом. В результате развился выпор грунта, жильцы были в срочном порядке выселены и здание разобрано, так как из-за полученных повреждений его капитальный ремонт оказался невозможен.
3. Устройство фундаментов вблизи зданий, возведенных на водонасыщенных рыхлых песках
Водонасыщенные рыхлые пески (аллювиальные, озерно-морские и другие) в условиях статического нагружения не получают больших деформаций, поэтому осадки зданий высотой, до 6—7 этажей на этих грунтах обычно не имеют опасного развития. Однако выполнение строительных работ в непосредственной близости от таких зданий может существенно изменить картину. Например, в районе Большой Охты в Ленинграде в 1979 г. при разработке котлована и забивке свай два здания, постройки 60-х годов получили сильные повреждения из-за неравномерной дополнительной осадки водонасыщенных песков (рис. 6.2).
Сваи, погружаемые вибрированием или забивкой (механическим молотом, дизель-молотом) в рыхлые водонасыщенные пески, должны располагаться на достаточном удалении от существующих фундаментов. Исследования, проведенные ВНИИГСом и ГПИ Фундаментпроект, показали, что безопасным является расстояние 20 м [11]. Большее приближение к существующему фундаменту требует проведения специальных виброметрических исследований при проведении инженерно-геологических изысканий и виброметрического контроля в период свайных работ.
Далматов Б.И. Проектирование и устройство фундаментов около существующих зданий Далматов Б.И. Фундаменты зданий на слабых грунтах//Труды VII Дунайско-Европейской конф. по механике грунтов и фундаментостроению Ежов Е.Ф. Исследование дополнительных осадок фундаментов сооружений при устройстве около них ограждающих шпунтовых стенок: Автореф. дис. Ободовский А.А. Проектирование свайных фундаментов Сотников С.Н. Осадки сплошных фундаментных плит и ленточных фундаментов крупнопанельных домов на мощной толще слабых грунтов //Механика грунтов, основания и фундаменты: Сб. науч. тр. / ЛИСИ Сотников С.Н., Соколов В.М., Вершинин В.П. Осадки свайных фундаментов жилых домов в условиях слабых грунтов Ленинграда // Фундаментостроение в сложных грунтовых условиях: Тезисы докладов Всесоюзного совещанияНа участке, приближенном к существующим фундаментам, уместно применение свай, погружаемых вдавливанием, а также винтовых и буронабивных свай. Разбуривание полостей для устройства буронабивных свай, даже под глинистым раствором, в рыхлых водонасыщенных песках около существующих фундаментов небезопасно. В этих условиях наиболее рационально применение стальных обсадных труб, оставляемых в скважинах, и подводное бетонирование без откачивания воды из полости. Такой метод был успешно использован в Ленинграде при устройстве фундаментов здания гостиницы «Москва» в непосредственной близости от ранее возведенной станции метрополитена (проект Ленинградского отделения ГПИ Фундаментпроект).
В водонасыщенных рыхлых песках применение глубинного водоотлива при наличии зданий возле котлована является нежелательной мерой, так как понижение уровня подземных вод на длительный период времени вызывает уплотнение грунта и развитие дополнительной осадки. В силу этих причин применение постоянных дренажных устройств на застроенных территориях, приводящие к понижению уровня подземных вод на несколько метров, недопустимо (см. гл. 1).
Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений
Суффозия грунта в основании фундамента
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ТЕРРИТОРИЙ, ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ КАРСТОВО-СУФФОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Engineering protection of territories, buildings and structures from karst-suffusion processes. Design rules
Дата введения 2021-09-03
Предисловие
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - АО "НИЦ "Строительство" - научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет
Введение
Настоящий свод правил устанавливает основные требования по проектированию противокарстовых мероприятий инженерной защиты на территориях потенциально опасных и опасных в отношении возможности развития карстовых, карстово-суффозионных и других процессов, связанных с карстом, которые могут привести к провалам или оседаниям поверхности. Свод правил разработан в развитие СП 116.13330.2012 "СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения".
Разработан АО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы - канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский; д-р техн. наук Е.А.Сорочан, д-р техн. наук В.И.Шейнин; д-р техн. наук А.Л.Готман; д-р техн. наук Н.З.Готман; д-р геол.-минерал. наук А.В.Аникеев (приложение А); д-р геол.-минерал. наук (приложение А); канд. техн. наук В.А.Ковалев, канд. техн. наук В.В.Семкин, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук А.М.Дзагов; канд. техн. наук А.В.Шапошников, канд. техн. наук О.А.Шулятьев; А.Б.Патрикеев, И.А.Пастухова, В.С.Поспехов, А.И.Симонов).
1 Область применения
1.1 Настоящий свод правил распространяется на проектирование оснований вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений на закарстованных территориях (опасных и потенциально опасных в карстово-суффозионном отношении).
1.2 Настоящий свод правил не распространяется на проектирование оснований линейных сооружений (инженерных сетей и коммуникаций, автомобильных и железных дорог, мостов, аэродромов), гидротехнических сооружений, сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, а также фундаментов машин с динамическими нагрузками.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил приведены нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 24846-2019 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения
ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент
СП 15.13330.2012 "СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции" (с изменениями N 1, N 2, N 3)
СП 16.13330.2017 "СНиП II-23-81* Стальные конструкции" (с изменениями N 1, N 2)
СП 20.13330.2016 "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия" (с изменениями N 1, N 2)
СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений" (с изменениями N 1, N 2, N 3)
СП 24.13330.2011 "СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты" (с изменениями N 1, N 2, N 3)
СП 45.13330.2017 "СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты" (с изменениями N 1, N 2)
СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"
СП 48.13330.2019 "СНиП 12-01-2004 Организация строительства"
СП 63.13330.2018 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" (с изменением N 1)
СП 64.13330.2017 "СНиП II-25-80 Деревянные конструкции" (с изменениями N 1, N 2)
СП 116.13330.2012 "СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения"
СП 126.13330.2012 "СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве"
СП 128.13330.2016 "СНиП 2.03.06-85 Алюминиевые конструкции"
СП 131.13330.2018 "СНиП 23-01-99* Строительная климатология"
СП 266.1325800.2016 Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования (с изменением N 1)
СП 267.1325800.2016 Здания и комплексы высотные. Правила проектирования
СП 305.1325800.2017 Здания и сооружения. Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве
СП 333.1325800.2017 Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла
СП 385.1325800.2018 Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения (с изменением N 1)
СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы
СанПиН 2.1.7.1322-03 Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления
Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.
3 Термины и определения
В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 активная зона: Зона в основании сооружения, расположенная в пределах сжимаемой толщи.
Примечание - Сжимаемая толща определяется согласно СП 22.13330.
водоупор (водоупорный слой грунта): Слабопроницаемый слой грунта, фильтрацией подземных вод через который можно пренебречь.
[СП 22.13330.2012*, пункт 3.5]
* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: СП 22.13330.2016. - Примечание изготовителя базы данных.
3.3 вторичная расчетная схема: Расчетная схема, полученная из первичной расчетной схемы за счет моделирования условий взаимодействия сооружения с основанием, подверженным воздействию карстово-суффозионных процессов.
3.4 гидроразрыв грунта: Механическое направленное разрушение массива грунта с образованием трещин при инъекции раствора.
3.5 закарстованная территория (район, участок): Территория, в пределах которой карст и связанные с ним суффозионные процессы проявлялись, проявляются или могут проявиться как на земной поверхности, так и в толще растворимых скальных грунтов.
карст: Комплексный геологический процесс, обусловленный растворением подземными и/или поверхностными водами горных пород, проявляющийся в их ослаблении, разрушении, образовании пустот и пещер, изменении напряженного состояния пород, динамики, химического состава и режима подземных и поверхностных вод, в развитии суффозии (механической и химической), эрозий, оседаний, обрушений и провалов грунтов и земной поверхности.
карстово-суффозионные процессы: Взаимосвязанное развитие карстового процесса и суффозии. При изучении и оценке карста включаются в состав карстового процесса.
3.8 отказ при нагнетании: Снижение расхода раствора до заданной величины при заданном давлении.
3.9 первичная расчетная схема: Расчетная схема, принятая для условий нормальной эксплуатации здания или сооружения на основные сочетания нагрузок.
3.10 покрывающая толща: Грунты, расположенные над карстующимися грунтами.
3.11 расчетный диаметр карстового провала: Прогнозируемый расчетный диаметр провала или оседания в основании сооружения, вызванный развитием карстово-суффозионного процесса, являющийся одним из основных исходных параметров для разработки противокарстовых мероприятий.
3.12 тампон (пакер): Конструкция для изоляции участка скважины при инъекции раствора.
3.13 тампонаж: Заполнение пустот и трещин твердеющим инъекционным раствором.
3.14 тампонажный раствор: Твердеющий водный раствор на основе вяжущего, применяемый для закрепления несвязных грунтов, заполнения пустот и трещин в горных породах.
суффозия: Разрушение и вынос потоком подземных вод отдельных компонентов и крупных масс дисперсных и сцементированных обломочных пород, в том числе слагающих структурные элементы скальных массивов.
3.16 цементация грунтов: Улучшение физико-механических свойств грунтового массива путем нагнетания в него глинисто-цементно-песчаных растворов.
4 Общие положения
4.1 Настоящий свод правил распространяется на проектирование противокарстовых мероприятий инженерной защиты на территориях потенциально опасных и опасных в отношении возможности развития карстовых, карстово-суффозионных и других процессов связанных с карстом, которые могут привести к провалам или оседаниям земной поверхности.
Примечание - Далее в тексте документа под противокарстовыми мероприятиями следует понимать мероприятия, направленные на предотвращение развития карстовых и карстово-суффозионных процессов.
4.2 Разработку проекта противокарстовых мероприятий выполняют на основании:
Суффозия грунта в основании фундамента
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ СУФФОЗИОННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА ЗАГИПСОВАННЫХ ГРУНТАХ
В настоящих Рекомендациях изложен метод расчета суффозионных деформаций оснований, сложенных загипсованными суглинками, супесями и песками. При расчете учитывается схема фильтрационного потока, начальная загипсованность грунта, степень выщелачивания солей и давление.
Рекомендации разработаны кандидатами техн. наук В.П.Петрухиным и С.В.Альперовичем на основе исследований, выполненных в НИИОСП им. Н.М.Герсеванова Госстроя СССР при участии канд. техн. наук Н.П.Куранова (ВОДГЕО Госстроя СССР), одобрены секцией Научно-технического совета НИИОСП и рекомендованы к изданию.
Предназначены для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций строительного профиля.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Рекомендации составлены в развитие раздела 9 главы СНиП II-15-74* и распространяются на проектирование оснований, сложенных суглинками, супесями и песками, находящимися в естественных условиях в воздушно-сухом (необводненном) состоянии и содержащими гипс в любом количестве, а также примеси легкорастворимых солей в количестве не более 5%.
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 2.02.01-83. - Примечание изготовителя базы данных.
1.2. Расчет оснований по деформациям (второму предельному состоянию) следует выполнять с учетом следующих условий:
в результате фильтрации воды или растворов происходит растворение и выщелачивание гипса из массива грунта;
длина зоны, в пределах которой возможно выщелачивание гипса (выщелачиваемая зона), ограничена условием предельного насыщения фильтрующейся жидкости гипсом;
в процессе фильтрации происходит развитие выщелачиваемой зоны, т.е. увеличивается ее длина и уменьшается содержание гипса в грунте в направлении движения фильтрационного потока;
суффозионные деформации основания имеют место только в пределах выщелачиваемой зоны и нарастают по мере ее развития.
1.3. При расчете деформаций основания необходимо учитывать схему фильтрации водного потока в основании фундамента (рис.1):
схема 1 - равномерная вертикальная фильтрация в бесконечность (имеет место при одновременном и равномерном замачивании всей подошвы фундамента и его окрестности);
схема 2 - горизонтальная фильтрация в слое ограниченной толщины (имеет место при наличии слоя засоленного грунта, подстилаемого относительным водоупором);
схема 3 - фильтрация от местного источника замачивания (имеет место при частичном замачивании основания фундамента).
Рис.1. Схемы замачивания основания фундаментов:
I - равномерная вертикальная фильтрация в бесконечность;
II - горизонтальная фильтрация в слое ограниченной толщины;
III - фильтрация от местного источника замачивания
2. ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТА
2.1. Расчет суффозионных деформаций оснований по схеме 1 следует начинать с определения состояния выщелачиваемой зоны, т.е. ее длины и распределения в ней гипса в расчетный момент времени. Для этого в пределах деформируемой зоны основания выделяют слои с различным содержанием гипса (рис.2а). При этом начальное распределение гипса в грунте представляется ступенчатой функцией . В свою очередь выделенные слои разбиваются на более мелкие, толщиной 0,5 м, для которых производится расчет рассоления.
Рис.2. Схема для расчета рассоления основания при вертикальной фильтрации: а - неоднородное основание; б - однородное основание
Если основание сложено однородные грунтом, то начальное содержание гипса принимается постоянным в пределах деформируемой зоны , а вся зона разбивается на слои по 0,5 м.
2.2. При расчете суффозионных деформаций в случае фильтрации по схеме 1 деформируемая зона ограничивается глубиной , где суммарные вертикальные напряжения от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному давлению суффозионной осадки .
Значение определяется по данным лабораторных испытаний. Методика определения приведена в приложении 1.
2.3. После разбивки основания на слои следует определить количество оставшегося в твердой фазе гипса на расчетный момент времени последовательно в каждом слое, начиная с верхнего. При этом слой, в котором содержание гипса будет равно начальному содержанию, является нижней границей выщелачиваемой зоны. Для нижележащих слоев расчет растворения гипса не проводится.
Если на расчетный момент времени длина выщелачиваемой зоны меньше , определяемой по указанию п.2.2, расчет деформаций производится только в пределах выщелачиваемой зоны. Если длина выщелачиваемой зоны больше , расчет деформаций производится в пределах деформируемой зоны.
2.4. Количество оставшегося в твердой фазе гипса в -ом слое на расчетный момент времени следует определять по формуле
, (1)
где - начальное массовое содержание гипса в -ом слое, доли ед.;
- координата середины -го слоя, м;
- приведенная координата для середины -го слоя;
Значения , , следует определять по формулам
; (2)
; (3)
, (4)*
где - время эксплуатации сооружения, сут;
- плотность сухого грунта, т/м;
* - плотность гипса, т/м (принимается равной 2,3 т/м);
* Формула и экспликация к ней соответствуют оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
- коэффициент растворения, сут;
- недостаток насыщения, доли ед.;
- скорость фильтрации, м/сут;
- концентрация насыщения фильтрующей воды гипсом, т/м;
- концентрация гипса в воде на участке входа ее в загипсованный грунт, т/м;
- число слоев, лежащих выше -го слоя.
Методика определения коэффициента растворения приведена в приложении 2.
Для определения недостатка насыщения рекомендуется эмпирическая зависимость
, (5)
где - коэффициент фильтрации, м/сут.
Недостаток насыщения имеет следующие ориентировочные значения: для песков, у которых 0,1; 0,2 и 0,5 мм ( - диаметр частиц грунта, содержание которых по массе составляет 50%), - соответственно равно 0,18; 0,25 и 0,28, для супесей - 0,05-0,015, для суглинков - 0,01-0,1.
2.5. После определения следует определить степень выщелачивания для каждого слоя по формуле
. (6)
Далее для каждого расчетного слоя определяется значение относительного суффозионного сжатия , соответствующее данной степени выщелачивания.
Методика определения приведена в приложении 1.
2.6. Суффозионная осадка основания на расчетный момент времени при фильтрации по схеме 1 определяется по формуле
, (7)
где - число слоев в пределах толщи, равной длине выщелачиваемой зоны на расчетный момент времени (рис.3);
- оросительное суффозионное сжатие -го слоя при давлении в этом слое от нагрузки, передаваемой фундаментом, и от собственного веса грунта и при степени выщелачивания, определяемой по формуле (6).
Рис.3. Схема для расчета деформаций при вертикальной фильтрации
Распределение напряжений в грунте от веса фундамента (сооружения) принимается по схеме линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Пример расчета суффозионной осадки основания при вертикальной фильтрации (схема 1) приведен в приложении 3.
2.7. Расчет деформаций оснований при фильтрации по схеме 2 следует производить с учетом развития во времени выщелачиваемой зоны в горизонтальном направлении и изменяющейся неоднородности деформационных свойств грунтов основания в пределах площади фундамента.
Вначале необходимо установить состояние выщелачиваемой зоны в основании фундамента на расчетный момент времени. Для установленного состояния выщелачиваемой зоны следует определить осадку сторон фундамента и его крен.
Суффозия грунта в основании фундамента
Суффозия возможна только при наличии суффозионно неустойчивых пород. К таковым относятся горные породы с коэффициентом неоднородности гранулометрического состава Cu< 20:
Cu=d60/d10< 20
Где d60 – контролирующий диаметр частиц, d10 – действующий или эффективный диаметр частиц.
Также суффозия развивается в трещиноватых скальных и полускальных породах при выносе заполнителя из трещин и карстовых полостей (таб. 1). Таким образом, строение горной породы должно быть настолько неоднородным, чтобы мелкие частицы имели возможность перемещаться с водным поток в поровом или трещинном пространстве массива.
Таблица 1
Суффозионно неустойчивые породы
где Kф – коэффициент фильтрации породы, м/сут.
Зачастую высокими напорными градиентами в природных условиях характеризуются склоны речных долин, озёр, овражно-балочных систем и прочих эрозионных форм рельефа, в связи с чем суффозионные понижения (воронки) часто цепочкой сосредоточены вдоль бровок склонов (рис. 4). По тем же причинам суффозия возможна над восходящими родниками (рис. 5).
Присклоновая суффозия в некоторых случаях может обусловить развитие оползневого процесса (рис. 6).
В техногенных условиях высокие напорные градиенты развиваются в приустьевой части водозаборных скважин, в телах плотин и т.п. (рис. 7).
 |  |
| Рис. 4. | Рис. 5. |
 | Рис. 6. |
| Рис. 7. |  |
Помимо наличия суффозионно неустойчивых грунтов и определённых гидрогеодинамических условий, важное значение имеет наличие области сноса (как правило, выносимых водным потоком частиц. Как правило, таковыми являются карстовые полости, приразломные зоны, основание склона, полые подземные сооружения и коммуникации (бомбоубежища, тоннели метро, корродированные водонесущие коммуникации и т.п)(рис. 8, рис. 9, рис. 10). Механизм образования суффозионных воронов над полостью показан на рис. 11.
 |  |
| Рис. 9. | Рис. 10. |
 | Рис. 11. |
Таким образом, основными причинами суффозии являются:
- Проявление потока подземных вод в водонасыщенных суффозионно-неустойчивых породах (рис. 12);
- Увеличение скорости потока подземных вод (рис. 13);
- Выход области суффозионного выноса на контакт с водонасыщенными суффозионно-неустойчивыми породами (рис. 14).
где v0 - скорость, при которой преодолевается вес частиц, см/с; d и D средние диаметры мелких и крупных частиц контактирующих грунтов.
Л.И.Козлова уточнила эту формулу:
Суффозия
Суффозия - процесс выноса некоторых компонентов грунта подземными водами. Это могут быть мелкие твердые частицы (физическая суффозия), растворимые соли (химическая суффозия). Причиной суффозии является движение подземных вод, а условия должны быть следующими:
1. Гранулометрический состав грунта неоднородный и допускает движение мелких частиц через поры, образованные более крупными.
2. Имеется область выноса компонент грунта (полость естественная или искусственная, выход грунта на поверхность., контакт с более водопроницаемым грунтом).
Очень часто суффозия развивается на контакте грунтов и не распространяется на внутренние зоны массива грунтов. В этом случае она называется внешней или контрастной. Если же процесс возникает под действием фильтрационного потока внутри грунта (большой градиент или гидродинамическое давление, которое вызывает резкое увеличение скорости фильтрации подземных вод), то такая суффозия называется внутренней.
По гранулометрическому составу грунта и скорости потока можно оценить возможность развития процесса суффозии. Для этого можно воспользоваться исследованиями Д.Д. Джастина.
Исследования грунтов под фундамент
Исследование грунтов. Колонковое бурение малогабаритной установкой Фундамент – основа любого дома. Для выбора его типа, грамотного проектирования и избежания проблем при эксплуатации дома, связанных с грунтовыми условиями, требуется поведение исследований грунтов под фундамент . В этой статье речь пойдет о частном малоэтажном строительстве, на которое не распространяются требования Градостроительного кодекса РФ.
Геологическое строение, свойства грунтов, уровень подземных вод и данные об опасных геологических процессах – это исходные данные для проектирования фундамента. Чтобы получить эту информацию необходимо выполнить бурение на глубину, немного превышающую сферу взаимодействия фундамента с основанием. Обычно это 4-8 м за редким исключением. Для понимания залегания грунтов и их изменчивости по простиранию оптимальное количество скважин – 3, минимум 2, причем бурить их нужно в контуре предполагаемой застройки.
Бурение для исследования грунтов
Способ бурения для исследования грунтов должен позволять извлекать грунт ненарушенного сложения в процессе всей проходки скважины. Это требование не взято с потолка, а продиктовано необходимостью получения качественной информации о строении грунтовой толщи, геологических границах, структуре грунтов, включениях. По эти данным определяется возраст и генезис отложений, что важно при оценке свойств. В нормативных документах (СП 11-105-97 ч.I и др.) есть прямой запрет на бурение шнеком для целей инженерно-геологических изысканий, который связан перечисленными причинами. Из наиболее доступных способов бурения – колонковый и ручным буром геолога. Ударно-канатный способ хорош, но более дорогой и долгий. Про плюсы и минусы ручного бура геолога уже была речь в другой статье, здесь рассмотрим колонковое бурение.
При упоминании колонкового способа первая ассоциация – это большая буровая на базе грузовика типа ЗИЛ 131, КАМАЗ и т.д. Есть альтернатива – малогабаритная буровая на легковом прицепе: грязи меньше, а результат тот же. В идеале бурение должно быть всухую или с продувкой. С позиции буровиков это плохо, т.к. инструмент изнашивается сильнее, но с позиции изысканий – лучше.
Бурение ведется укороченными рейсами, поэтому малогабаритная буровая даже удобнее, т.к. длина рейса не превышает 1 м.
В колонковую трубу набивается керн в том состоянии, в котором он находится в массиве. Керн выпрессовывается компрессором и сразу делается описание и отбор и упаковка монолитов для лабораторных исследований.
Поскольку лабораторные работы стоят денег, а количество монолитов для каждого характерного слоя должно быть не менее 10, согласно СП 11-105-97, полный комплект работ стоит дорого (на глубину 6 м таких слоев может быть 2, а может и 8). Для оптимизации и снижения затрат заказчика образцов отбирают меньше и делают определение только физических свойств. Механические берутся по таблицам СП 22.13330.2016, что допустимо для зданий и сооружений 3 уровня ответственности.
Состав отчетных материалов
После полевых и лабораторных работ составляется отчет. Выглядеть он может по-разному, важно его содержание. Для проектировщика необходимо получить геологический разрез и подробное описание всех скважин, схему расположения скважин, таблицу физико-механических свойств грунтов, информацию о подземных водах, опасных геологических процессах и специфических грунтах. По-хорошему, геолог должен дать рекомендации по фундаменту, обратить внимание заказчика на сложности и особенности участка, если таковые имеются.
Читайте также: