Зоценко Н.Л. Инженерная геология. Механика грунтов, основания и фундаменты

Подождите немного. Документ загружается.

440

up.s

SSS

≤+

0

Граничні деформації будівель і споруд спільно з основою призначають за

рекомендаціями норм. Якщо конструкції об’єкта не розраховані на зусилля від

деформацій основи, вона позначається

. В разі розрахунку конструкцій на

такі зусилля гранична деформація позначається

′

, яка за абсолютною величи-

ною більша, ніж

У нормах подано 11 варіантів основ і фундаментів, а також 11 типів конс-

труктивних схем будівель. Залежно від потужності просадочної товщі, типу

конструктивної схеми будівлі, а також групи умов будівництва вибирають кіль-

ка конкурентоспроможних варіантів основ та фундаментів. Подальше техніко-

економічне порівняння дає можливість вибрати остаточний варіант. Наприклад,

для важких умов будівництва (група 1А) у випадку спорудження каркасного 10-

поверхового житлового будинку (К-3) на товщі просадочного ґрунту

20 м>H

sℓ

>10 м рекомендовано пальові фундаменти з палями-стояками або па-

лями тертя (висячими), а також варіанти ґрунтових паль з армуванням товщі

вертикальними елементами підвищеної жорсткості; варіант стовпів або стрічок

із закріпленням ґрунту; варіант окремих фундаментів на основі, яка ущільнена

за допомогою попереднього зволоження, в тому числі з використанням енергії

вибухів.

16.3. ФУНДАМЕНТИ НА ҐРУНТАХ, ЯКІ ЗДАТНІ ДО НАБУХАННЯ

Деякі глини після зволоження мають властивість збільшувати свій об’єм.

Це – ґрунти здатні до набухання. Вони розповсюджені практично на всій тери-

торії України, але на різній глибині. В Криму, біля міст Керчі й Феодосії, вони

залягають безпосередньо з поверхні землі та є основою фундаментів будівель і

споруд. У Полтаві вони залягають із глибини 15-20 м і мають виходи тільки на

схилах.

Згідно зі ДСТУ, ґрунтами здатними до набухання, вважають такі породи,

в яких зволоження водою або іншою рідиною спричиняє збільшення об’єму, а

відносне набухання в умовах відсутності тиску (вільне набухання) ε

≥0,04.

Відносне набухання при дії тиску визначають за допомогою компресій-

них випробовувань:

nsat

−

, (16.15)

де h

та h

sat

– відповідно висота зразка природної вологості під тиском σ та після

зволоження при тому ж тискові.

Є кілька методів випробувань. За методом однієї кривої зразок установ-

люють у прилад, стискують тиском σ, а після консолідації деформації зволо-

жують до повної стабілізації набухання ґрунту. Іноді (метод двох кривих) один

із двох зразків зволожують без навантаження до стабілізації набухання, а потім,

повільно підвищуючи тиск, проводять компресійні випробовування зразка.

Другий зразок стискують без зволоження. Відносне набухання можна розраху-

441

вати для будь-якого тиску за методом двох кривих.

Головну роль у процесі набухання відіграє глиняста фракція в породі.

Особливе значення має наявність таких мінералів, як іліт, монтморилоніт. За-

вдяки особливостям тонкодисперсної фракції в ґрунті утримується велика кіль-

кість фізично зв’язаної води. Остання активно виявляє здатність розклинювати

тверді мінеральні частинки ґрунту, що веде до його набухання. Таким чином,

водна оболонка разом із гідрофільним характером глинистих мінералів сприяє

розсуванню скелета ґрунту.

Установлено, що найчастіше набухання починається після перевищення

деякої початкової щільності ґрунту. Підвищення щільності веде до зростання

відносного набухання, що пов’язане зі збільшенням кількості мінеральних гли-

нистих частинок у одиниці об’єму.

Відносне набухання знаходиться у зворотній пропорційності до початко-

вої вологості ґрунту (проф. Сорочан Є. А., 1974).

Залежно від зовнішнього навантаження можливе або набухання, або про-

сідання. Звичайно набухання із зростанням тиску в певних межах зменшується,

а просідання збільшується. Зростання тиску від 0 до 0,15 МПа зменшує віднос-

не набухання на 70...80%. Під час компресійних випробувань можна визначити

так званий тиск набухання. Для цього в приладі розміщують зразок ґрунту не-

порушеної структури, зволожують, поступово стискують і фіксують такий тиск,

із якого починається деформація. Чим більше вільне набухання ґрунту, тим бі-

льший тиск набухання p

. Відомі випадки, коли в деяких глинах тиск набухан-

ня складав p

=0,4...0,6 МПа.

Підняття фундаменту від набухання

i.swii.sw

khh εΣ

, (16.16)

де ε

sw.i

– відносне набухання ґрунту і-го шару при дії тиску σ; h

– товщина і-го

шару ґрунту, м; k

sw.i

– коефіцієнт, що залежить від загального вертикального

напруження на глибині, k

=0,6...0,8; n – кількість шарів, на яку розділено зону

набухання ґрунту.

Підсумовування за формулою (16.16) ведуть до нижньої межі зони набу-

хання, де загальне вертикальне напруження від фундаменту, власної ваги зво-

ложеного та незволоженого ґрунту дорівнює тискові набухання p

Процес набухання має зворотний характер. Якщо висушити ґрунт після

набухання, то виникне усадка ґрунту, тобто зменшення об’єму. Величина усад-

ки, як і величина набухання, залежить від таких факторів, як дисперсність ґрун-

ту, його щільність та вологість. Деформація ґрунту за рахунок усадки:

shiі.sh

khS εΣ

, (16.17)

де ε

sh.i

– відносна лінійна усадка ґрунту і-го шару від висихання, котру визна-

чають за відношенням різниці висот найбільш вологого та висушеного зразків

до висоти зразка до висихання; h

– товщина і-го шару ґрунту; n – кількість ша-

рів; k

– коефіцієнт, який приймають 1,3.

Якщо деформації основи, що визначені за формулами (16.16), (16.17), бі-

442

льші, ніж граничні за рекомендаціями норм, або несуча здатність основи недо-

статня, передбачають заходи для зменшення шкідливого впливу цих деформа-

цій.

У селищі поблизу Керчі були збудовані двоповерхові дерев’яні житлові

будинки, під фундаментами яких залягають глини, здатні до набухання. Пос-

тійне зволоження ґрунту поверхневою водою, водою що витікає з інженерних

мереж, зумовило розвиток його набухання із значним тиском. Останній, діючи

на підошву стрічкових фундаментів легких будівель, викликав нерівномірне пі-

дняття фундаментів. Виникла деформація вигину. Щоб запобігти руйнуванню,

на рівні перекриттів над першим та другим поверхами встановили систему за-

мкнених металевих тяжів із круглої сталі, і таким чином зусилля розтягнення

передалося на метал. Будинки були збережені й експлуатуються досі.

Набухання ґрунтів на схилах є також причиною розвитку зсувів. У м. Лу-

бни на правому крутому березі р. Сула делювіальні відклади потужністю до 4 м

підстеляються четвертинними і неогеновими набухаючими глинами. Внаслідок

освоєння схилу під забудову поверхневі води інфільтрувались до цих глин, во-

ни почали набухати, втрачати міцність та сприяти утворенню поверхні ковзан-

ня локальних зсувів. У свою чергу це призвело до активізації процесу зволо-

ження набухаючих глин поверхневими водами. Зсувні процеси на схилі набули

катастрофічного характеру.

Заходи

Реалізація заходів

Водозахисні

Захист від місцевого зволоження поверхневими водами; плану-

вання території; організоване водовідведення з покрівель, якісне

вимощення; влаштування зливовідвідної мережі; влаштування

дренажу.

Повна або часткова за-

міна шару ґрунту здат-

ного до набухання

Улаштування для стрічкових фундаментів на покрівлі або в ме-

жах шару ґрунту, здатного до набухання, компенсуючих поду-

шок, якщо тиск на основу більший за 0,1 МПа, з будь-якого піску,

крім пилуватого; заміна ґрунту іншими місцевими ґрунтами, кот-

рі не набухають, із доведенням їх до заданої щільності і подальше

спорудження фундаменту як на звичайній основі.

Конструктивні

Підвищення жорсткості або гнучкості будівель та споруд шляхом

розділення їх на відсіки деформаційними швами; влаштування

замкнених залізобетонних поясів.

Попереднє зволоження

основи

Відкопування неглибокого котловану з подальшим бурінням

свердловин на його дні, заповнення свердловин дренуючим мате-

ріалом, зволоження основи до часу, коли загальне підняття пове-

рхні досягне 0,8

Повне або часткове про-

різання фундаментами

шару ґрунту, здатного до

набухання

Улаштування пальового фундаменту, палі якого спираються на

ґрунт, що не набухає; використання анкерних паль; використання

звичайних фундаментів неглибокого закладання з підвищеною

глибиною закладання.

Часткове або повне усу-

нення набухання ґрунту

Електрохімічне закріплення верхнього шару ґрунтів, що набуха-

ють. Висота шару закріпленого ґрунту визначається з умов тиску

набухання

Дослідження, проведені у НДІБК, показали, що особливо ефективним ме-

тодом боротьби з такими явищами є електрохімічне закріплення ґрунту, що на-

443

бухає. В процесі обробки таких ґрунтів постійним електричним струмом вони

втрачають властивість набухання.

16.4. ФУНДАМЕНТИ НА СЛАБКИХ ҐРУНТАХ

До слабких (дуже стисливих) ґрунтів належать водонасичені мулисті су-

піски (e>0,9), суглинки (e>1), глини (e>1,5), стрічкові глини, мули, сапропелі,

торфи і заторфовані ґрунти. Лесові ґрунти після насичення водою теж стають

слабкими. Для таких ґрунтів характерна дуже висока стисливість, зумовлена

значенням модуля загальної деформації E

<5 МПа, а також великий коефіцієнт

водонасичення S

≥0,8. Більшість перелічених слабких ґрунтів має тиксотропні

властивості, тобто від динамічного впливу вони короткочасно втрачають струк-

турну міцність, а потім поступово її відновлюють.

Під стрічковими глинами розуміють тонкошаруваті флювіогляціальні ві-

дклади з чергуванням піщаних та глинястих прошарків і чіткими анізотропни-

ми властивостями. Для них характерна висока вологість W=0,4...0,5, мала щіль-

ність ρ=1,3...1,4 т/м

, майже повна відсутність зчеплення c=0,002...0,003 МПа,

модуль деформації E

=3...8 МПа.

Мули – це глинясті ґрунти, які утворилися на дні водоймищ і знаходяться

у початковій стадії формування. Для них характерне недоущільнення. Мули бу-

вають морські, озерні, болотні та алювіальні. В умовах природного залягання

вони мають вологість, яка перевищує вологість на межі текучості, тобто такі

ґрунти мають текучу консистенцію.

Структурні зв’язки в мулах нестійкі. Це здебільшого зв’язки тиксотроп-

но-коагуляційного типу. При дії на мули навіть невеликого тиску або ударного

навантаження, вони переходять у текучий стан. За класифікацією мули віднесе-

но до типу органо-мінеральних ґрунтів.

Згідно з матеріалами досліджень різних мулів (М. П. Лисенко, 1972) вони

мають досить своєрідний хімічний склад. Так,

SiO

в них близько 40%,

CaO

–

24%,

– 7,2%. Вологість мулів досягає W=0,5...6 (50...600%), щільність

ρ=1,18...1,6 т/м

, пористість n=45...90%, коефіцієнт пористості e

=0,8...9. Межі

пластичності для чорноморського мулу: W

=0,4...1,25; W

=0,12...0,93; кількість

органіки I

=14...40%.

Показники механічних властивостей мулу досить низькі. Кут внутріш-

нього тертя φ=4...26°, питоме зчеплення нульове, модуль деформації E=0,3...4

МПа; з глибиною показники механічних властивостей поліпшуються. Струк-

турна міцність мулів також мала. Деякі різновиди мулів мають структурну міц-

ність R=0,015...0,03 МПа.

Сапропелі – це органо-мінеральний ґрунт, який належить до прісновод-

них мулів. Вони утворилися після саморозкладання органічних (рослинних)

решток на дні озер. Сапропелі мають властивості, які значною мірою залежать

від умов утворення, типу водоймища, кількості органічних речовин та карбона-

тів. Такі відклади відзначаються надзвичайно високою вологістю W=0,8–20

(80...2000%); коефіцієнт пористості e

=1,7...25; інакше кажучи, обсяг твердих

444

частинок в 1,7–25 разів менший, ніж обсяг пор. Модуль деформації сапропелів

E=0,03...2 МПа.

Проектування будівель і споруд на слабких ґрунтах відбувається з ураху-

ванням таких загальних правил:

1. Треба уникати порушення природного стану слабкого ґрунту, яке веде

до різкого зниження його механічних властивостей.

2. Не дозволяється збільшення навантажень на фундаменти під час екс-

плуатації будівель і споруд.

3. Необхідно створювати умови для збереження однакового рівня води

(влаштування протифільтраційних запон, дренажу, канав тощо).

4. Треба враховувати чутливість ґрунту до динамічних імпульсів і наван-

тажень.

5. Слід ураховувати величини структурної міцності ґрунту.

6. Фундаменти треба навантажувати одночасно, повільно й поступово на

всій площі будівлі або споруди.

7. Доцільно створювати умови для зменшення нерівномірності осідань.

8. Необхідно пристосовувати надземні конструкції до нерівномірності

осідань та збільшеної деформації основи.

Рекомендації для вибору раціональних заходів улаштування основ та

фундаментів в умовах залягання слабких ґрунтів:

Заходи

Реалізація заходів

Ущільнення або закрі-

плення слабкого ґрун-

ту

Передбудівельне ущільнення ґрунту за допомогою фільтруючого

навантаження з улаштуванням піщаних або картонових дрен; елек-

трохімічне закріплення ґрунту.

Прорізання слабкого

ґрунту

Улаштування пальових фундаментів із використанням порожнис-

тих паль; улаштування фундаментів типу “стіна у ґрунті”.

Заміна слабкого ґрунту

Улаштування подушок із крупного або середньої крупності піску

на повну або часткову товщину слабкого ґрунту для зменшення ти-

ску на покрівлю слабкого ґрунту.

Конструктивні заходи

Проектування будівель та споруд простого окреслення в плані й

однакової висоти їх частин; передбачення будівельного підйому і

щілини між верхом трубопроводів та верхом отворів для них; пе-

редбачення можливості рихтування конструкцій; улаштування

фундаментів у котлованах такої глибини та розмірів у плані, щоб

вага відкопаного ґрунту була близькою до ваги будівлі чи споруди

(“плаваючий фундамент”); улаштування суцільних армованих швів

або залізобетонних поясів по всіх несучих стінах з анкеруванням

плит міжповерхових перекриттів; виключення можливості впливу

будівництва важких споруд на розміщені поряд існуючі будівлі;

обмеження використання збірних залізобетонних фундаментів;

улаштування залізобетонних поясів на рівні верха збірних фунда-

ментних плит та верха цоколя з арматури Ø10 мм загальною пл о-

щею не менше ніж А=8…12 см

Слід зазначити, що найкращим заходом із тих, які перелічено в рекомен-

даціях, є прорізання слабких ґрунтів палями. Однак при цьому слід ураховувати

негативне тертя по бічній поверхні паль у межах слабкого ґрунту. Одним із за-

собів такого урахування є зменшення розрахункових опорів для слабких ґрунтів

445

на 5 кПа порівняно зі звичайним ґрунтом.

Класичним прикладом деформації водонасиченої основи у часі є будів-

ництво та експлуатація 55-метрової башти в італійському місті Піза. Вона бу-

дувалася кілька століть, починаючи з 1173 року, на ділянці, яка піднята над рів-

нем Середземного моря на 2,8 м. Фундамент башти – з природного тесаного

каменю, кільцевий із діаметром близько 20 м та глибиною закладання 2 м. Се-

редній тиск на основу склав p=0,5 МПа. В основі фундаменту залягають пізан-

ські водонасичені глини з прошарками піску. Глини мають такі показники фі-

зичних властивостей: вологість на межі текучості W

=0,72, вологість на межі

пластичності W

=0,28, число пластичності I

=0,44, показник текучості I

=5,6,

відносний вміст органічної речовини I

=0,022.

За роки існування башти сталося велике нерівномірне осідання

(рис. 16.8). Під південною частиною фундаменту осідання складало S=2,8 м, а

під північним – S=1,2 м; крайові тиски відповідно p

max

=0,9 МПа та p

min

=0,1

МПа. У результаті такої нерівномірної деформації вертикальна вісь башти від-

хилилась на висоті 55 м до 6 м. Розвиток нахилу був помічений ще в ХІІІ ст., і

тоді будівельники для поліпшення роботи башти спробували змістити її верхню

частину в бік, протилежний найбільшому осіданню, й створити розвантажую-

чий момент. Але це не допомогло, крен зростав, вісь башти щорічно хилилася

на 3,3 мм. Процес продовжувався до недавнього часу.

У 1932 році була зроблена спроба закріплення ґрунту закачуванням в ос-

нову 1000 т цементного розчину, і деформація начебто стабілізувалася. Але в

період другої світової війни, після падіння авіабомби поблизу башти, нерівно-

мірне осідання продовжилося. Лише в 2001 році після вибурювання ґрунту з

північного боку, значного довантаження основи з того ж боку й натягнення

тросів пощастило зменшити нахил башти майже на 0,5 м і після 40-річної пере-

рви відновити екскурсії на верхні яруси башти.

Тиск під підошвою

фундаменту, МПа

Осідання, м

1,0

0,5

Південь

Північ

Середнє

Північ

Південь

Середній

1300

1500

1700

1900

1174

1260

1350

1174р. Н.Е.

1186

1233

Пд

Пн

55 м (180 футів)

-22

+2,9

-12

-37

-6

Пов.

землі

Рівень

моря

2 3 4 5 1

Рис. 16.8. Деформації основи Пізанської

башти: а – схема крену башти; б –

графіки

тиску під підошвою та осідання фунда-

ментів башти; 1 – сірі глинисті алеврити;

2 – глинисті піски; 3 – блакитні глини;

4 – піски; 5 – глини

446

Заторфовані ґрунти й торфи, відповідно до вказівок ДСТУ Б.В.2.1-2-96,

віднесено до біогенних (озерних, болотних або озерно-болотних) ґрунтів. Вони

є у заплавах річок та на заплавинних терасах і відзначаються значним вмістом

органічних речовин.

Відносним вмістом органічної речовини називається відношення маси

сухих рослинних залишків до маси абсолютно сухого ґрунту. Для визначення

цієї величини береться наважка ґрунту висушеного при температурі 105°С і

прожарюється в муфельній печі при температурі 600°С. Тоді

−

(16.18)

де

– маса тигля, г;

та

– маси тигля відповідно з наважкою висушеного

ґрунту й з прожареним ґрунтом, г.

Число пластичності глинистого заторфованого ґрунту визначають після

видалення органічних речовин.

До заторфованих належать глинисті ґрунти з відносним вмістом органіч-

них речовин 0,1<I

≤0,5. При 0,1<I

≤0,25 ґрунт вважають слабкозаторфованим,

якщо 0,25<I

≤0,4 – середньозаторфованим, а при 0,4<I

≤0,5 – сильнозаторфова-

ним. Якщо відносний вміст органічних речовин більший за I

>0,5, то такі ґрун-

ти називаються торфами. В умовах природного залягання такі ґрунти, як пра-

вило, водонасичені. При цьому ґрунтові води досить агресивні щодо матеріалу

підземних конструкцій будівель і споруд. Заторфовані ґрунти й торфи можуть

залягати з поверхні (відкриті), а можуть бути поховані на деякий глибині. Тоді

вони щільніші, ніж відкриті.

Торфи та заторфовані ґрунти відзначаються великою стисливістю і порі-

вняно малою структурною міцністю. Це пов’язане насамперед із значною пори-

стістю ґрунту, яка досягає кількох сотень відсотків, тобто об’єм мінеральної та

органічної частин у кілька разів менший, ніж об’єм пор. За даними проф. Коно-

валова П. А. (2000), структурна міцність таких ґрунтів коливається від 0,01 до

0,045 МПа, модуль деформації для відкритих торфів E=0,1...0,25 МПа, а для

схованих – E=1...3 МПа.

В. Є. Васильєвський (1965) наводить матеріали спостережень, які прово-

дились на ділянці надзаплавинної тераси колишньої річки Либідь у Києві. Там

п’ятиповерхові житлові будинки зведено на нерівномірній товщі заторфованого

ґрунту та похованого торфу. За кілька років експлуатації цих будинків виникло

осідання фундаментів у середньому на 75 см, а в окремих випадках до 98 см.

Аналогічний випадок зареєстровано з будинком на бульварі Шевченка в столи-

ці України, де середнє осідання близько 60 см. Органічні речовини в заторфо-

ваних ґрунтах зазнають поступової мінералізації і розкладання, які ведуть до

появи додаткової пористості та деформації основ. Ступінь розкладання торфу

визначають як відношення маси повністю розкладеної частини ґрунту до

його загальної маси. Відомо, що чим більший ступінь розкладання, тим менша

деформативність ґрунту.

Орієнтовно визначити показники деформативності й міцності торфів та

заторфованих ґрунтів залежно від ступеня розкладання, вмісту органічних ре-

447

човин, консистенції і коефіцієнта пористості можна за допомогою довідкової

літератури, наприклад, використовуючи “Пособие по проектированию основа-

ний зданий и сооружений” (1986).

Через значну деформативність сильнозаторфованих ґрунтів та торфу

влаштування фундаментів безпосередньо на їх поверхні неможливе. Якщо під

підошвою фундаменту є шар ґрунту з модулем деформації E≤5, товщина котро-

го більша за ширину фундаменту, осідання основи визначають з урахуванням

загального тиску на рівні підошви фундаменту (разом із природним тиском).

Фундаменти на заторфованих ґрунтах і торфах розраховують як за несу-

чою здатністю, так і за деформаціями.

Якщо розрахункове осідання основи спільне з осіданням від мінералізації

або розкладання органічних речовин не перевищує граничного, а навантаження

на ґрунт не перевищують його несучої здатності, додаткових заходів до присто-

сування об’єкта не передбачають. У протилежному випадку передбачають таке:

Заходи

Реалізація заходів

Повне або часткове прорізання

шару заторфованого ґрунту або

торфу фундаментами з підви-

щеною глибиною закладання.

Використання пальових фундаментів; струминної техноло-

гії влаштування фундаментів або фундаментів неглибокого

закладання.

Повна або часткова заміна за-

торфованого ґрунту або торфу.

Улаштування піщаних подушок із крупного або середньої

крупності пісків, який одночасно виконує роль дренажу;

влаштування подушок із щебеню, гравію, природної піща-

но-гравійної суміші або промислових відходів.

Ущільнення заторфованого

ґрунту або торфу постійним за-

вантаженням основи шаром на-

сипного чи намитого ґрунту.

Улаштування штучних дрен із подальшим відсипанням

насипу на поверхні або намиванням шару піску для прис-

корення процесу ущільнення насиченої водою товщі слаб-

ких ґрунтів.

Пристосування надземних і пі-

дземних конструкцій до не-

рівномірного осідання.

Використання монолітних залізобетонних перехресних

фундаментів або суцільних залізобетонних плит; улашту-

вання замкнених залізобетонних поясів та армованих швів.

Якщо ущільнення заторфованого ґрунту запроектоване за рахунок шару

піску, то кінцеве осідання торфу або заторфованого ґрунту визначають за до-

помогою емпіричної формули:

)PE/(PhS

433 +=

, (16.19)

де P – тиск від піщаного шару на поверхні заторфованого ґрунту, кПа; h – тов-

щина шару заторфованого ґрунту, м; E – модуль деформації заторфованого

ґрунту, кПа.

Наприклад, якщо на триметрову товщу заторфованого ґрунту з модулем

Е=1000 кПа намито два метри піску з питомою вагою γ=18 кН/м

, то осідання

заторфованого ґрунту, якщо тиск від піщаного шару становить

hP γ

=18·2=36

кПа, S=3·36·2/(3·1000+4·36)=7 см.

Використання передбудівельного ущільнення заторфованого ґрунту зде-

більшого дешевше, ніж улаштування пальових фундаментів або видалення та-

кого ґрунту із заміною його піщаними або щебеневими подушками.

Досвід показав, що розподіл деформації по глибині заторфованого ґрунту

нерівномірний. Найбільша деформація із значними бічними переміщеннями ві-

448

дбувається у верхній зоні. Для зменшення бічних переміщень можна запропо-

нувати створення по периметру будови одно- або дворядну стінку із забивних

залізобетонних паль, верхня частина яких поєднана монолітним ростверком.

Для фільтрації води на поверхні влаштовують піщану подушку завтовшки бли-

зько одного метра. В цьому випадку робота основи стає подібною до компре-

сійного стиснення ґрунту без можливості бічного розширення.

Слід пам’ятати, що застосування піщаних подушок в умовах суфозії не-

доцільне, так само і при наявності напірного горизонту води в межах подушки.

16.5. ФУНДАМЕНТИ НА НАСИПНИХ І НАМИВНИХ ҐРУНТАХ

Насипні ґрунти – це відклади, штучно утворені людиною. Вони мають

обмежену площу розповсюдження і досить різну потужність: від часток до кі-

лькох десятків метрів. Насипні ґрунти характерні значною неоднорідністю

складу, нерівномірністю стисливості, можливістю самоущільнення, особливо

від вібраційних навантажень і зволоження, а також від розкладання органічних

речовин. У старовинних містах, що існують багато років, товщина шару насип-

ного ґрунту (культурного шару) досягає 30-40 м.

Існує багато твердих відходів, які утворилися від діяльності металургій-

ної, деревообробної, паперової, збагачувальної промисловості, роботи теплових

електростанцій тощо. Вони займають великі площі, що раніше використовува-

лися для сільського господарства та лісових насаджень. В Україні щорічно за

рахунок згоряння вугілля утворюється близько 15 млн. т золи і шлаків

(В. І. Крутов, 1988).

У Донбасі, навіть у такому великому місті, як Донецьк, можна бачити ба-

гато териконів – конусоподібних відвалів порожньої породи на поверхні землі

біля старих та діючих шахт. Висота териконів досягає 200 м. У масі відходів пі-

дприємств значні об’єми займають відходи збагачувальних фабрик. Сховища

таких відходів (хвостосховища) мають місткість до 0,1 км

Залежно від складу й особливостей будови насипні ґрунти поділяють на

три групи.

Перша група – штучні відклади, утворені організованим відсипанням. Та-

кі насипні ґрунти відзначаються однорідністю складу і рівномірною стисливіс-

тю. Для таких насипів використовують гальку, гравій, піски, шлаки, а також

глинисті ґрунти. Вони утворюються сухим способом з ущільненням укладеного

матеріалу або шляхом намиву. Насипні ґрунти першої групи є цілком надійною

основою. Особливо високоякісні намивні піски, які можуть мати в насипу висо-

ку щільність, а отже, малу стисливість.

Друга група – відвали ґрунтів та відходів підприємств (шлаки, формува-

льний ґрунт, відходи збагачувальних фабрик), які хоч і однорідні за складом,

але мають нерівномірну стисливість.

Третя група – звалища відходів підприємств, побутових відходів і ґрун-

тів. Такі відкладення відзначаються великою та нерівномірною стисливістю.

Деякою мірою якість насипної основи залежить від давності її створення.

Строк самоущільнення насипного ґрунту залежить від його складу й характеру

449

утворення насипу. Орієнтовно можна керуватися строками, які наведено в таб-

лиці 16.7.

Таблиця 16.7. Тривалість самоущільнення насипного ґрунту, роки

Вид насипного ґрунту

Планомірно

зведені насипи

Відвали Звалища

Великоуламкові ґрунти та відходи

Піщані ґрунти

Глинисті ґрунти

0,2-1

0,5-1

2-5

1-3

2-5

10-15

2-5

5-10

10-30

Фундаменти на насипній основі розраховують за деформаціями. Для роз-

рахунку осідання використовують значення модуля деформації, який установ-

люють за допомогою штампових випробовувань ґрунтів.

Додаткове осідання насипного ґрунту від розкладання органічних речо-

вин (після самоущільнення) при неповному водонасиченні:

sdror

/hIkS ρ

, (16.19)

де k

– коефіцієнт, що враховує розміщення органічних речовин як у порах

ґрунту, так і на контактах між мінеральними частинками, k

=0,4; I

– відносний

вміст органічної речовини; ρ

і ρ

– щільність відповідно сухого ґрунту та його

частинок; h – товщина шару насипного ґрунту, м.

П р и к л а д. Визначити додаткове осідання насипу від розкладання органічних речо-

вин I

=0,08 у шарі товщиною h=2,5 м, якщо щільність сухого ґрунту ρ

=1,6 т/м

, а частинок

ґрунту ρ

=2,6 т/м

, за формулою (16.19)

050

6108040

,,,S

=⋅⋅=

м = 5 см.

Крім тих деформацій, які розглядалися вище, можливе також осідання

шару ґрунту, що підстеляє насип. Час осідання підстильного шару залежить від

виду ґрунту, котрий його складає. Для піщаного ґрунту це приблизно один рік,

для глинистого шару, що лежить вище від рівня ґрунтової води (РГВ), – 2 роки,

для шару, розташованого нижче від РГВ, – 5 років.

Орієнтовно розрахунковий опір насипної основи визначають за табли-

цею 16.8. У ній мається на увазі, що ущільнення насипного ґрунту відбулося.

У таблиці 16.9 залежно від особливостей насипної основи наведені мож-

ливі засоби влаштування основ та фундаментів. У всіх випадках використання

насипного ґрунту як основи фундаментів наведені нижче засоби фундування

реалізуються в комбінації з конструктивними заходами для забезпечення прос-

торової жорсткості споруди в цілому або її відсіків.

Останнім часом важливе місце серед штучних основ зайняли намивні

ґрунти, які утворюють із використанням засобів гідромеханізації в заплавах рі-

чок, на надзаплавинних терасах і в інших низинних місцях. Широко використо-

вують намивання піщаного ґрунту в Україні (в Києві, Дніпропетровську, Хар-

кові, Полтаві та інших містах). Освоєння намитих територій дозволяє частково

ліквідувати загрозу повені на освоєних ділянках, використовувати непридатні

для сільського господарства землі, розміщувати житлові масиви біля річок. Так,

за генеральним планом забудови Києва більше ніж 4 млн. м

житла розміщено

на заплавинних ділянках Дніпра.