Многие глинистые грунты меняют свой объем с изменением влажности. Набухающие грунты при высыхании дают усадку, которая может приводить к деформации сооружений.

При проектировании фундаментов надо решить задачи: исключить воздействие набухания и усадки слоя сезонного увлажнения и высыхания и обеспечить неизменность объема грунта под фундаментами или добиться, чтобы перемещения фундаментов при набухании указанного грунта были меньше предельно допустимых.

Снижения интенсивности набухания удается добиться за счет максимального сокращения сроков работ по возведению фундаментов, используя водонепроницаемые материалы и слабо фильтрующие обратные засыпки, а также применяют компенсирующие песчаные подушки, позволяющие частично сглаживать неравномерное набухание грунта. В некоторых случаях прибегают к предварительному замачиванию в пределах толщи набухающих грунтов. Исключить влияние неблагоприятных воздействий от набухания или усадки удается с помощью полной или частичной замены слоя набухающего грунта ненабухающим.

При прорезке сваями набухающего грунта следует учитывать развитие сил трения по их боковым поверхностям. Для полного исключения влияния возможных сезонных вертикальных колебаний поверхности грунта часто устраивают фундаменты из буронабивных свай с уширением. Насыпные грунты из шлаков и глин следует рассчитывать с учетом возможности набухания при замачивании водой.

При определении деформаций основания осадка его от внешней нагрузки и возможная осадка от уменьшения влажности набухающего грунта должны суммироваться.

Помимо требований II группы предельных состояний насыпные грунты должны удовлетворять основным условиям расчета и по несущей способности (I группа предельных состояний).

18. Строительство на структурно-неустойчивых грунтах (слабые водонасыщенные)

Структурно-неустойчивые грунты - грунты,обл. в природном состоянии структурными связями, которые при определенном воздействии (изменении температуры, влажности, приложении динамических усилий) .понижают свою прочность или полностью разрушаются.

К слабым водонасыщенным относятся: илы, ленточные глины, водонасыщенные лессовые грунты, некоторые виды глинистых грунтов, характер. особенности: высокая пористость в природном состоянии, насыщенность водой, малая прочность, большая деформативность.

Илы - водонасыщеннные современные осадки водоемов (морские, лагунные, озерные, речные, болотные илы), образовавшиеся при наличии микробиологических процессов. В илах преобладают глинистая и пылеватая фракция, может присутствовать мелкопесочная. Органические образования 2-15 % по массе. Структура легко разрушается при статических нагрузках, превышающих структурную прочность и от ударной нагрузки. Однако со временем водноколлоидные связи в илах восстанавливаются и уплотненный илистый грунт упрочняется.

Ленточные глины - толща грунтов, состоящая из близко к горизонтали переслаивания тонких и тончайших (несколько сантиметров) прослоев песка, супеси, суглинка. Суммарная мощность может достигать до 10 м и более. В естественном состоянии имеют высокую пористость. Коэффициент пористости обычно равен 0,7…0,8, иногда превышает единицу. Они обычно находятся в водонасыщенном состоянии. Естественная влажность 50 % и более (до 80 %), следовательно ленточные отложения находятся в скрыто пластичном состоянии или даже в скрыто текучем состоянии. Высокое значение пористости и большая влажность свидетельствуют об их малой прочности и сильной деформируемости под нагрузками.

Фильтрующая пригрузка. Эффективно предпостроечное уплотнение слабых водонасыщенных грунтов. С этой целью устраивают фильтрующую пригрузку. Время уплотнения водонасыщенного грунта почти прямо пропорционально квадрату расстояния до дренажной поверхности. Для сокращения расстояния движения отжимаемой воды устраивают вертикальные песчаные дрены диаметром 0,4 … 0,6 м с расстоянием друг от друга 2,5 м. Вертикальные дрены поверху объединяют песчаной фильтрационной подушкой толщиной 0,6 … 1 м.

При толщине слабых глинистых грунтов до 7 м могут быть эффективны дренирующие прорезы в виде траншей шириной 0,6… 0,8 м и глубиной до 5,5 м. Траншеи заполняются песком, а над ними отсыпается горизонтальная подушка. Сплошные дренажные прорези устраивают там, где имеется дешевый дренирующий грунт.

В ряде случаев экономично применение дрен из искусственных материалов, например, картонные дрены. Их изготовляют из непроклееного трехслойного картона с поперечным сечением 3 × 100 мм.

Песчаные подушки. На практике для снижения величины и неравномерности осадок фундаментов часто устраивают песчаные подушки толщиной до пяти метров. С их помощью удается уменьшить глубину заложения фундаментов и распределить давление на большую площадь, уменьшить размеры фундаментов. Песчаные подушки устраивают из средне- и крупнозернистых песков, щебня, гравия, гравийно-песчаной смеси.

Известковые сваи. В ряде случаев целесообразно применять известковые сваи. В толще грунтов под защитой обсадных труб пробуривают скважины диаметром 30 … 50 см. Их заполняют негашеной комовой известью слоем около одного метра. В обсадную трубу спускают трамбовку массой 300 … 400 кг и производят уплотнение. Снова насыпают слой извести и утрамбовывают и т.д.

Грунт уплотняется при погружении трубы и после трамбования извести. При взаимодействии негашеной извести с поровой водой происходит гашение. Вследствие этого увеличивается диаметр известковой сваи на 60 … 80 % и дополнительно уплотняется грунт вокруг сваи. Кроме того, при гашении извести выделяется большое количество тепла. Температура поднимается до 200 °С. Вследствие чего влажность окружающего грунта уменьшается, а прочностные характеристики увеличиваются. Далее производят поверхностное уплотнение грунта тяжелыми трамбовками.

Песчаные сваи устраивают путем забивки в грунт металлической трубы с закрытым концом. Полость заполняют песком с тщательным уплотнением. Вокруг ствола сваи образуется уплотненная зона слабого грунта диаметром до полутора метров (при диаметре сваи 0,4 … 0,5 м).

Электрохимическая обработка. В практике иногда применяют электрохимическую обработку грунтов для повышения несущей способности оснований сооружений, создания ограждений при проходке котлованов и траншей, борьбы с морозным пучением, с оползнями. Они используются для упрочнения всех видов грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут (мелких и пылеватых песков, супесей, суглинков, глин, илов, разложившегося торфа). Электрохимическая обработка подразделяется на: электроосушение, электролитическую обработку и электросиликатизацию. Долговременное необратимое упрочнение можно получить при введении химических добавок.

Упрочнение грунта происходит благодаря электрохимическим и структурообразовательным процессам, происходящим в глинистом грунте при пропускании постоянного электрического тока и введении электролитов.

Свайные фундаменты. Их применяют при сравнительно небольшой толщине слабых грунтов (до 12 м), подстилаемых прочными. Сваями прорезают полностью слабый грунт с опиранием на прочный. При забивке свай резко возрастает поровое давление, вследствие чего снижается несущая способность сваи. Со временем поровое давление снижается практически до нуля, а несущая способность сваи возрастает.

Метод интенсивного ударного уплотнения. В практике гидротехнического строительства используют метод интенсивного ударного уплотнения слабых водонасыщенных грунтов, имеющий две разновидности: метод динамической консолидации и метод ударного разрушения (Ю. К. Зарецкий, 1989).

Работы по динамической консолидации выполняют по многоэтапной схеме с длительными (до месяца) перерывами между этапами, в течении которых рассеивается поровое давление. Расстояние между кратерами применяют равным 2 … 5 диаметрам.

При этом удары в соседней точке не должны нарушать достигнутого эффекта в предыдущей. Трамбовки применяют массой до 20 т при высоте сбрасывания до 30 м. Л. Менард объяснил механизм динамической консолидации положительной ролью содержащегося в порах газа и процессами сжижения.

Метод ударного разрушения применяют к грунтам с относительно невысоким водонасыщением. Уплотнение их не связано с необходимостью отжатия воды. Длительность между этапами здесь не существенна. Расстояние между центрами соседних лунок значительно меньше, чем при длительной консолидации.

Основным расчетом по деформациям является определение неравномерности осадок.

Для закрепления слабых грунтов применяют: одно- и двухрастворную силикатизацию, смолизацию, одно- и двухрастворную электросиликатизацию, электролитическую обработку, электроосушение.