6 Перевірка слабкого підстилкового шару і проектування ґрунтових подушок

6.2 Визначення розмірів ґрунтових подушок

Якщо поверхневим шаром грунтової товщі є слабкий грунт і улаштування фундаменту мілкого закладання на природній основі неможливе або потребує дуже великих витрат бетону, можливим варіантом проектного рішення є улаштування піщаних чи з іншого матеріалу (щебеню, гравію, шлаку, відходів різних виробництв) подушок. При заміні в межах зони можливих значних ущільнень і зон зсувів під фундаментом слабкого ґрунту на малостисливий з відносно високим опором зсуву, робота ґрунтів основи значно покращується. До матеріалу подушок ставлять такі вимоги: легкість укладання з заданою щільністю, мала стисливість, відносно високий опір зсуву, стійкість скелету при русі ґрунтових вод.

Улаштування ґрунтових подушок здійснюється таким чином: в розроблений котлован чи траншею укладають з ущільненням шари ґрунту подушки завтовшки 20-40 cм.

Подушки розподіляють тиск від фундаменту на більшу площу і завдяки розсіюванню напружень зменшують його вплив на слабкий підстилковий шар.

Товщину подушки h_n (рис. 6.2) приймають виходячи з тиску, який можна передати на підстилковий ґрунт. Розрахунковий тиск на цей ґрунт визначають як на підстилковий шар слабкого ґрунту за формулою (6.1).

Розміри подушки в плані залежать від опору ґрунту, що розташований обабіч неї, і характеру розподілу напружень по глибині. Для визначення розмірів подушки задаються розподілом напружень у ній під кутом a, який звичайно знаходиться в межах 30-45° (рис. 6.2). Тоді

b_n = b + 2h_ntga.                                                           (6.5)

Рисунок 6.2 – Улаштування ґрунтової подушки

Ширина подушки у нижній її частині не повинна бути менша за ширину умовного фундаменту b_z , що визначається за формулами (6.2) - (6.4) на глибині z = h_n.

Якщо замінюваний грунт, що оточує подушку, дуже слабкий (глинистий водонасичений), то розміри подушки повинні перевірятись за умовами стійкості цього ґрунту. Опір ґрунту, що оточує подушку, має виключити можливість деформації подушки у бокових напрямках.

Для улаштування подушок можна використовувати і місцеві пилувато-глинисті ґрунти, що піддаються ущільненню, якщо подушка розташована вище від рівня ґрунтових вод. Ці ґрунти укладають у подушку при оптимальній вологості під ретельним контролем за однорідністю їх складу і ступенем ущільнення.

Подушки з пилувато-глинистого ґрунту часто застосовують у лесових ґрунтах з метою часткової або повної ліквідації їх властивостей осідання. В цьому випадку призначення їх розмірів має особливості, з якими можна ознайомитись у спеціальній літературі [3,4,5].

У поперечному перерізі подушки можуть мати різну форму у залежності від крутизни скосів котловану. У слабких ґрунтах, що обпливають, не тримають скосу і не сприймають активного бокового тиску (розпору), подушки роблять значно ширшим, ніж підошва фундаменту, з умовою забезпечення їх стійкості і погашення активного бокового тиску тілом подушки. У ґрунтах, що обпливають, подушки можна також підсипати в простір між боковими шпунтовими стінками, які забезпечують стійкість стінок котловану і сприймають боковий розпір.

Подушки можуть улаштовуватись під стовпчасті і стрічкові фундаменти у вигляді окремих масивів або стрічок, а також у вигляді суцільного масиву під всю будівлю.

Важливим питанням є визначення стійкості подушок у слабких ґрунтах. Розміри таких подушок, призначені з умови (6.5), можуть виявитись недостатніми, у результаті чого грунт, що оточує подушку, ущільнюється або переходить в пластичний стан, а подушка роздавлюється (видавлюється).

Задача визначення оптимальних розмірів піщаних подушок на слабких ґрунтах у плані розв'язана Б.І.Далматовим, який запропонував визначати їх розміри, виходячи з умови стійкості призми АСД - випадок 1 (рис. 6.3,а) або АСЕД - випадок 2 (рис.6.3,б). Отримані ним формули (6.6) і (6.7) справедливі при будь-якому характері розподілу тиску по підошві фундаменту.

Рисунок 6.3 – Схеми до розрахунку піщаної подушки

Розміри подушки визначають методом послідовних наближень за формулами

                     (6.6)

       (6.7)

де р_n - граничний тиск, який можна передати по підошві фундаменту;

b - кут нахилу поверхні можливого зсуву (приймається більшим від кута j_n);

j_n і j₁ - відповідно розрахункові значення кута внутрішнього тертя матеріалу подушки і кута тертя цього матеріалу з підстилковим грунтом;

d - глибина закладання підошви фундаменту;

h_n - висота ґрунтової подушки;

с - розширення подушки у кожен бік від фундаменту;

g_n і g - відповідно питома вага матеріалу подушки і замінюваного грунту;

b і b_n - відповідно ширина фундаменту і підошви подушки;

а - відрізок ДЕ (рис. 6.3, б);

y = (b_n+b)/2 = b+c;

n = b/b_n;    k = g_n/g.

Прийнявши певні розміри подушки і задавшись різними значеннями кута нахилу площини сповзання b, за формулами (6.6) і (6.7) знаходять мінімальне значення р_n, яке не повинно бути менше середньої інтенсивності тиску р_сер по підошві фундаменту. Якщо ця умова не виконується, виконують розрахунок при більшій ширині подушки і фундаменту.

Розміри подушки є вдало прийнятими, якщо

p_cep £ p_n/1,1,                                                                 (6.8)

де 1,1 - коефіцієнт запасу стійкості.

Після визначення розмірів подушки виконується розрахунок основи за деформаціями. Сумарне осідання подушки S_n і грунту, що лежить нижче, S не повинно перевищувати допустимої величини S_u для даної будівлі.

Осідання подушки визначається як осідання шару грунту з модулем деформації і питомою вагою її матеріалу, одержаними після улаштування подушки.