Основания и фундаменты в торфяных грунтах - Морарескул Н.Н.

Автор: Морарескул Н.Н.

Теги: организация и развитие библиотечного дела задачи библиотек общее машиностроение технология машиностроения строительство строительные конструкции проектирование фундаментов фундаменты стройиздат

Год: 1979

Похожие

Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах)

Мерзлые торфяные грунты как основания сооружений

Основания и фундаменты реконструируемых зданий

Устройство фундаментов на заторфованных грунтах

Текст

н.н. морарескул
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Морарескул Н.Н.
Основания и фундаменты
в торфяных грунтах
Стройиздат 1979
УДК 021. 13:621. 131.276
Морарескул H. H. Основания и фундаменты в торфяных грунтах. —
Л., Стройкздат, Ленипгр. отд-ште, 1979. — 80 с., на.
В книге освещены вопросы проектирования и устройства оснований и
фундаментов в специфических условиях заболоченных территорий, т. е. в мес-
тах залегания торфа в верхней части напластования грунтов. Приведены
строительные свойства торфа п особенности проектирования фундаментов на
естественном основании, па песчаных подушках, па сваях. Рассмотрены ха-
рактерные особенности производства работ по устропсшу фундаментов.
Книга предназначена для научных работников и проектировщиков.
30206—178
М-------------309—79. 3202000000
047(01)—79
ВВЕДЕНИЕ
Обширные территории нашей страны заболочены,
т. е. покрыты слоем торфа, и характеризуются высо-
ким уровнем грунтовых вод, что вызывает при проек-
тировании и возведении сооружений целый ряд труд-
ностей. Вследствие этого строители, как правило, ста-
раются обходить торфяные грунты, возводя сооруже-
ния на грунтах минеральных и даже пахотных землях.
Такая практика в ряде директивных указаний послед-
них лет была осуждена. Указывалось, что для строи-
тельства нужно использовать непригодные для сель-
ского хозяйства земли: склоны холмов, затопляемые,
заболоченные земли и др. Практика показывает так-
же, что существующие города в своем росте вынуж-
дены строиться па соседних, ранее обойденных забо-
лоченных территориях. При расшпеини действующих
промышленных предприятий выбор места расположе-
ния объекта вследствие грунтовых условий почти пе-
кл ючеп.
Таким образом, именно в последние годы произо-
шел значительный перелом в отношении использова-
ния территорий, покрытых торфом, для промышленно-
го п гражданского строительства. Разработка и науч-
ное обоснование методов строительства па заболочен-
ных территориях - одна из главных задач современ-
ного фундаментостроения. Решение этой задачи соот-
ветствует директивным указаниям и технической по-
литике в строительстве.
Промышленные п гражданские сооружения очень
чувствительны к осадкам, поэтому для них торф в ка-
честве основания, как правило, вообще непригоден, а
само наличие торфа на площадке существенно ухуд-
шает работу оснований из минеральных грунтов. Осо-
бенности работы оснований, проектирования и устрой-
ства оснований и фундаментов являются предметом
рассмотрения в данной брошюре.
Литература, систематически освещающая основа-
ния и фундаменты промышленных п гражданских зда-
ний п сооружений в торфяных грунтах, практически
отсутствует. Данная книга первая попытка такого
3
изложения ив основе псгледоппипй ивторп и опыг.1
строительства.
Ввиду крайне сжатого объема многие материалы
приводятся в тезисной форме, т. е. без доказательств.
По той же причине полностью отсутствует обзор лите-
ратуры, прямо или косвенно относящейся к рассмат-
риваемой теме.
Следует обратить внимание читателей па направ-
ленность книги.
Наличие торфа, т. е. заболоченность территорий
накладывает свой отпечаток на самые разнообраз-
ные виды строительства: транспортное, гидротехниче-
ское, промышленное, гражданское, строительство
ЛЭП, магистральных трубопроводов и др. В книге
освещаются только сведения, относящиеся к устрой-
ству фундаментов промышленных и гражданских зда-
ний и сооружений.
Приводимые материалы в основном практического
характера, т. е. такие, которые могут быть использо-
ваны для проектирования и устройства оснований и
фундаментов в рассматриваемых условиях. Научные
положения приводятся лишь в самом кратком виде и
только те, которые имеют практическое значение.
Исходя из практических соображений составлены
и части книги: строительные свойства торфа; фунда-
менты на естественном основании; фундаменты на
песчаных подушках и сваях (как наиболее распро-
страненные и технологичные); производство строи-
тельных работ на заболоченной территории.
Одним из важных вопросов промышленного и граж-
данского строительства является устройство основа-
ний подземных коммуникаций. В условиях заболочен-
ных районов устройство н эксплуатация коммуника-
ций сопряжены со значительными трудностями. Од-
нако при сжатом объеме книги осветить эти вопросы
не представилось возможным.
ГЛАВА I
ТОРФЯНЫЕ ГРУНТЫ КАК СРЕДА
И ОСНОВАНИЕ СООРУЖЕНИИ
§ 1. Торфяной грунт
Торфяным грунтом (торфом) называется порода органогенно-
го происхождения, образовавшаяся в результате накопления не'
вполне разложившихся растительных остатков в условиях избы-
точной влажности и затрудненного доступа воздуха.
Строительные свойства торфа изучали многие исследователя.
Приведем краткую сводку этих свойств по Л. С. Амаряну [1]
(табл. 1).
Из таблицы видны главные особенности торфа по сравнению
с минеральными грунтами. Влажность торфа в 20—60 раз боль-
ше влажности минеральных грунтов, объемная масса примерно в
2 раза меньше, удельный вес — небольшой и устойчивый по ве-
личине. Коэффициент пористости в 15—40 раз больше, чем у ми-
неральных грунтов. Поры торфа занимают 0,92—0,97 всего объ-
ема торфа. Сочетание большой пористости и малого удельного
веса приводит к тому, что объемная масса взвешенного торфа
(ниже уровня грунтовых вод) практически равна нулю. Модуль
деформации в десятки и даже сотни раз меньше, чем у минераль-
Таблица 1
Характеристики свойств торфа
Характеристика Торф
низинный верховой
Влажность, % . Объемная масса, г/см3 Удельный вес, г/см3 Коэффициент пористо- сти Модуль деформации, кг/см2 .... Коэффициент фильтра- ции, см/с .... Сопротивление сдвигу, кгс/см2 .... Степень разложения, % 710—1060 1,09—1,05 1,45—1,55 8,85—16,5 1,2—2,1 1,4-10-3 д-6,2-10-4 0,08—0,22 27—51 810—1410 1,09—1,07 1,5—1,6 12,2—22,6 1,0—1,5 4,2-10-2 д 2,8-10-4 0,04—0,16 18—46
5.
пых грунтов. Коэффициент фильтрпцип примерно соответствует
водопроницаемости мелких п пылеватых песков, Сопротивление
сдвигу, определенное крыльчаткой, колеблется в шичптельпых
пределах. Это сопротивление обусловлено глинным образом
сцеплением, так как угол внутреннего трепня пеуплотненного
торфа близок к пулю. Степень разложения изменяется в боль-
шом диапазоне.
На заболоченной территории уровень грунтовых вод близок к
поверхности, торф водонасыщен, но обладает малой водоотда-
чей, т. е. из него под действием собственной массы вода почти
не выделяется. При осушении торф имеет очень большую усадку.
Торф в отличие от минеральных грунтов является своеобраз-
ной горной породой органогенного происхождения. В табл. 2
приведено сопоставление основных понятий механики грунтов
Таблица 2
Сопоставление основных строительных
свойств минеральных грунтов и торфа
Минеральные грунты Торф
Образованы в результате выветри- вания, переноса и отложения Скелет — твердые частицы и об- ломки минералов и горных пород Вода свободная связанная Структурные связи — жесткие (кристаллизационные), водно-колло- идные Физические свойства: гранулометрический состав объемная масса плотность Торф — продукт роста растений, их накопления и постепенного раз- рушения (разложения). Погребенный торф не может быть перенесен и от- ложен в новом месте, а открытый— иногда может Торф — продукт остатков расте- ний-торфообразователей; частицы мягки, гибки; торф частично вклю- чает минеральные зерна, а иногда со- держит крупные включения — пни Свободная связанная вода содер- жится в разных видах как в порах, так и внутри растительных остатков Жестких связей нет, в основном водно-коллоидиые, при сдвиге и рас- тяжении наблюдается разрыв воло- кон Понятие гранулометрического со- става употребляется редко (оно не- точно), чаще применяется понятие дисперсности Обьсмния мисси uiiiijiiii ичп.т массе и минеральных i pyninx Ibtornociii и p.icTit- |<'Л1,11ЫМП и микс11ti.ni.111.1 ми частица- ми, панаму пилигпн <к редпенной, кроме кип, икни hi in метода опре- Hl'Hi'IIIIH (units ум. hliilH'iiiuie)
(I
Продолжение таблицы 2
Минеральные грунты Торф
влажность пористость степень влажности консистенция Плотность сложения Механические свойства: сжимаемость водопроницаемость сопротивление сдвигу Влажность сохраняет свое понятие и для торфа, но зависит от способа определения. В торфе величина влаж- ности может быть получена разная, в зависимости от температуры высу- шивания Пористость, коэффициент пористо- сти обычны, поры имеются между растительными остатками (открытые) и внутри их (замкнутые) Степень влажности обычна, такая же, как для минеральных грунтов Понятие и методы определения консистенции грунтов совершенно не применимы к торфу. Изменение фор- мы без изменения объема почти не- возможно. Методика негодна. У торфа волокнистая структура, внут- ри растительных остатков имеется вода Торф ие является сыпучим грун- том, поэтому понятие «плотность сложения» на него не распространя- ется. Косвенно плотность характери- зуется через объемную массу скелета или пористость Понятие и методы определения сжимаемости одинаковы с минераль- ными грунтами. Торф правильнее считать нелинейио-деформируемым. Сжимаемость более точно характери- зуется коэффицентом относительной сжимаемости, так как большой коэф- фициент пористости может сущест- венно изменить коэффициент сжимае- мости В основном все понятия и методи- ка определения остаются в силе, за исключением определения коэффици- ента фильтрации по кривой консоли- дации. Коэффициент фильтрации из- меняется во времени. То же относит- ся к начальному градиенту. Сопротивление торфа сдвигу обус- ловлено не только внутренним трени- ем и сцеплением, но и прямым сопро- тивлением волокон разрыву
7
Продолжение таблицы 2
Минеральные грунты Торф
линейная деформируемость (при нагрузке штампом) Реологические свойства Свойства при отрицательных тем- пературах: замерзание, миграция, пу- чение Особенность торфа заключается в том, что в первой фазе напряженно- го состояния наблюдаются пластиче- ские деформации сдвига В торфе эти свойства выражены отчетливо даже при малых нагруз- ках Все эти понятия и свойства рас- пространяются и на торф
и их физико-механических свойств с соответствующими поня-
тиями и свойствами торфа.
Торф целесообразно исследовать двумя путями: сопоставле-
нием его свойств с известными свойствами минеральных грунтов
и дополнительным изучением его особенностей как органогенной
горной породы.
§ 2. Сжимаемость, сопротивление сдвигу,
водопроницаемость
Для строительных целей наибольший интерес представляют
механические свойства торфа, т. е. сжимаемость, сопротивление
сдвигу и водопроницаемость. Ниже приводятся некоторые резуль-
таты исследований, выполненных в ЛИСИ.
Сжимаемость торфа чрезвычайно велика. Под нагрузкой
1—2 кгс/см2 осадка торфяного образца составляет 30—50% пер-
воначальной высоты. Для оценки сжимаемости обычно использу-
ется компрессионная зависимость, графики которой нелинейны.
Существуют разные способы аналитических выражений для ком-
прессионных кривых торфа. По нашим опытам, хорошее совпаде-
ние с экспериментом дает формула, предложенная Г. В. Сороки-
ной,
е = ек + Ае%
где ек—1 коэффициент пористости, соответствующий максимальной величине
нагрузки; ен — основание натуральных логарифмов; А и В — констан гы
уравнения; р — нагрузка.
Следует отметить, что для торфа очень наглядным и практич-
ным является построение компрессионных крипых по методу
Н. Н. Маслова [12].
Длительные наблюдения hi осадками торфяных i руптоп при
компрессионном уплотнении покинли, что полной ппбплизации
деформации оброчной не удастся достичь даже через очень боль-
h
шие промежутки времени (1,5—2 года)- Поэтому важной явля-
ется оценка сжимаемости торфяных грунтов по результатам
ускоренных испытаний.
Проведение длительных компрессионных испытаний [3] по-
зволило определить коэффициент перехода К от относительных
деформаций, полученных после суточных испытаний %сут/, к отно-
сительным деформациям, полученным по результатам длитель-
ных (двухлетних) испытаний.
^сут/
Тогда, используя обычную зависимость для построения ком-
прессионной кривой, получим
^^сут/ ( 1 ^0)’ (О
где ei —1 коэффициент пористости, соответствующий i ступени нагрузки;
е0 — начальный коэффициент пористости; X cyri—относительная деформация,
полученная по результатам суточных компрессионных испытаний и соответ-
ствующая i ступени нагрузки.
Зависимость (1) позволяет прогнозировать действительный
график компрессионной кривой, если известен коэффициент К для
различных ступеней нагрузок. На рис. 1 представлен график из-
менения K = полученный на основе двухлетних испытаний
25 образцов осоково-сфагнового торфа со степенью разложения
20%: е= 16-*-21, = 800 ч- 1200%.
Можно заметить, что коэффициент перехода К. сильно зависит
от нагрузки. При уплотняющих давлениях, больших 6 кгс/см2,
результаты длительных и ускоренных испытаний практически
совпадают.
Опыты многих исследователей показали, что торф очень не-
однороден. Для получения более ясной картины по всему масси-
ву следует подвергать испытаниям большее количество образцов,
с тем чтобы впоследствии использовать статистический материал.
9
При площади одометров менее 40 см2 начинает сказываться влия-
ние трения сжимаемого образца на получаемые результаты.
Опыты показывают также, что при цикличном приложении на-
грузки и последующей разгрузке наблюдается общее увеличение
деформации сжатия с каждым циклом.
Сопротивление сдвигу характеризует прочность торфа при на-
грузке в основании и является решающим фактором при оценке
устойчивости откосов.
Для выявления деформаций торфа при сдвиге проводились
опыты с закладкой в торф глиняных шпонок (жгутиков). После
окончания опыта торф разрезался по линии шпонок, а деформа-
ции, полученные при этом, позволяли судить о деформациях об-
разца при сдвиге. Оказалось, что в образцах не было четкой зо-
ны сдвига. Образец торфа в вертикальном сечении перекашивал-
ся и принимал форму параллелограмма.
Лишь на двухсрезных приборах при значительном перемеще-
нии обоймы удалось достичь среза- Своеобразная картина дефор-
маций при сдвиге объясняется спутанно-волокнистым строением
торфа и сопротивлением волокон разрыву. По этой последней
причине известная трехчленная формула Н. Н. Маслова [12] по
сопротивлению грунтов сдвигу применительно к торфу может
быть выражена следующим образом:
tpw = ptgfw + Ew 4” °i,,
где TpW— сопротивление торфа сдвигу по времени в зависимости от величины
приложенной нагрузки р и достигнутой к данному моменту плотности-влаж-
ности II7 торфа; <pw— угол внутреннего трения при плотпости-влажности W;
Sw-—связность торфа, обусловливаемая сопротивлением сдвигу водно-кол-
лоидных оболочек, окружающих частицы торфа; <та — сопротивление раз-
рыву волокон торфа.
Опыты показали, что сопротивление торфа сдвигу в сильней-
шей степени зависит от его плотности-влажности (рис. 2).
Можно заметить, что сопротивление сдвигу т, угол внутренне-
го трения <р и сцепление с сильно изменяются. Такая изменчи-
вость является одной из самых важных особенностей строитель-
ных свойств торфа, так как величины <р, т, с являются расчетными
характеристиками при оценке оснований.
Экспериментальным путем установлены некоторые другие за-
висимости. Оказалось, что сопротивление торфа сдвигу возра-
стает быстрее его степени консолидации под нагрузкой и дости-
гает практически полной величины, в то время как осадка со-
ставляет только 60—70% от ее полного значения. Сопротивление
сдвигу увеличивается с увеличением времени уплотнения. Одна-
ко 70—90% полного сопротивления развивается уже после 3-ча-
сового уплотнения образца. Угол внутреннего трепня почти не
меняется при испытании образцов ненарушенной п нарушенной
структуры. Несколько изменяется только сцепление.
Ю
Водопроницаемость торфа колеблется в значительном диапа-
зоне. Определение скорости фильтрации при разных градиентах
показало, что в торфе не всегда существует прямая зависимость
между напором и количеством профильтровавшейся воды. Ино-
гда эта зависимость криволинейна. Для торфа характерно нали-
Рис. 3. График зависимости
коэффициента фильтрации от
нагрузки
Рис. 2. Графики зависимости сопротивления сдвигу от плотности-влаж-
ности
чие начального градиента, даже если он обладает сравнительно
большой водопроницаемостью.
Опыты показали также, что уплотнение торфа внешней на-
грузкой значительно уменьшает его водопроницаемость [5] ' и
увеличивает начальный градиент напора (рис. 3)- Аналогичные
явления наблюдаются при увеличении степени разложения тор-
фа. В процессе фильтрации водопроницаемость снижается, по-ви-
димому, вследствие кольматации пор.
.11
§ 3. Консолидация, ползучесть
и фазы деформаций при уплотнении
Консолидация — это общий процесс деформирования двух-
или многофазных грунтов во времени; частным случаем является
фильтрационная консолидация, представляющая собой деформа-
цию грунта, сопровождающуюся отжатием поровой воды.
Ползучесть — это деформация во времени скелета грунта при
отсутствии сил фильтрационного сопротивления отжимаемой во-
ды или при отсутствии изменения соотношения фаз в единице
объема грунта.
Наблюдения за деформациями торфа во времени, например
при намыве песка на его поверхность, показали, что фильтраци-
онная консолидация затухает быстро, практически в период стро-
ительства. Но осадки, вызванные ползучестью скелета, продол-
жаются очень долго.
Консолидация и ползучесть торфа при уплотнении изучались
автором и В. Н. Брониным [3]. Длительные лабораторные и по-
левые исследования ползучести торфа при уплотнении показали,
что для описания деформаций наиболее целесообразно при по-
стоянных нагрузках использовать простейшие теории ползучести,
а при переменных нагрузках в определенном диапазоне напряже-
ний — теорию наследственной ползучести.
Из наблюдений за осадками земляных сооружений на торфе,
а также из экспериментальных исследований можно заметить,
что деформации торфа под возрастающей нагрузкой состоят из
трех фаз: обмятие — фильтрационная консолидация — осадка
ползучести. Эти фазы, по нашему представлению, можно объяс-
нить следующим образом.
В отличие от минеральных грунтов торф представляет собой
не равномерно-дисперсную систему, а пространственный каркас,
состоящий из волокон неразложившихся остатков (рис. 4). Этот
каркас составляет обычно 60—95% объема всех твердых частиц.
Между «стержнями» этого каркаса расположены мелкие части-
цы разложившейся части, а также минеральные частицы и пу-
зырьки газов. Около 95% всего объема торфа занято водой. Осо-
бенностью каркаса является, как правило, хаотическое располо-
жение «стержней»-волокон и их небольшое сопротивление на-
грузке при продольном изгибе. Однако переплетение волокон и
образование треугольных решеток в разных плоскостях создает
определенную жесткость пространственной системы в целом, чем
и объясняется структурная прочность торфа. «Стержни» систе-
мы не сплошные, а пористые. В их замкнутых порах содержится
вода. Во всей системе вода в основном связанная (в том числе
и внутри «стержней») и лишь в крупных порах опа свободная.
Процесс уплотнения торфа проходит через три фазы.
1 фаза — нагрузка р < рст|). Происходит обмятие поверхности
торфа. Пространственный каркас сжат, мгновенные деформации
12
малы, уплотнение почти отсутствует и происходит в основном за
счет ползучести скелета торфа. На мелкие частицы нагрузка не
передается.
Каркас торфа работает подобно каркасу здания. Пузырьки
газа не сжимаются. В точках контакта толщина пленок связан-
ной воды уменьшается.
Рис. 4. Изменение свойств торфа в трех фазах напряженного
состояния
X — относительная
вого давления; е
фильтрации; I —
деформация; (%— коэффициент начального поро-
— коэффициент пористости; К — коэффициент
начальный градиент; т — сопротивление сдвигу;
t — время условного рассеивания порового давления
II фаза — нагрузка р стр < р < р кр. Усилия в «стержнях» тор-
фяного каркаса превышают их сопротивление продольному изги-
бу. Происходит потеря устойчивости и постепенное (с увеличени-
ем нагрузки) обрушение всего каркаса. Исчезают крупные поры.
Значительно уменьшается пористость торфа, происходит фильт-
рационная часть осадки. Эта часть осадки идет очень бы-
стро, так как коэффициент фильтрации торфа достаточно велик,
а выдавливается вода свободная или рыхло связанная. Несущий
каркас как результат природной структуры торфа исчезает. Торф
в конце этой фазы переходит в качественно иную систему — мас-
су ориентированных (преимущественно горизонтальных) воло-
кон. Увеличивается число контактов между волокнами, происхо-
дит общее упрочнение торфа, но уже на новой основе. Резко
уменьшается коэффициент фильтрации, что усиливается кольма-
тацией пор- Делается большим относительное содержание связан-
ной воды, увеличивается вязкость поровой воды.
13
Ill фаза — нагрузка р >pKf. Происходит компрессионное
сжатие всей массы торфа: горизонтально ориентированных воло-
кон, содержащих воду, мелких частиц и пузырьков газов. Послед-
ние частично выдавливаются вместе с водой. Сопротивление на-
грузке обусловливается сопротивлением смятию частиц в точках
контакта, т. е- качественно иначе, чем во второй фазе. Контакты
осуществляются непосредственно и через пленки связанной воды.
Сжимаемость снижается в результате увеличения плотности.
Происходит медленное отжатие связанной воды, которое уже не-
льзя считать фильтрационной консолидацией, так как движение
этой воды не подчиняется законам гидравлики. При значитель-
ном давлении на волокна в их замкнутых порах возникает боль-
шой напор, стенки волокон лопаются и вода поступает в поры
торфа.
Приведенные выше три фазы напряженно-деформированного
состояния торфа, разумеется, не могут быть резко отделены друг
от друга, так как процесс сжатия, перегрузки, обрушения карка-
са начинается с точек, далее распространяется по всему массиву,
а затем переходит в последнюю фазу. Однако такое теоретиче-
ское построение позволяет объяснить наблюдаемые процессы
сжатия торфа. Особенности уплотнения в разных торфах выте-
кают как частные случаи из общей трехфазной последовательно-
сти.
На рис. 4 приведены в графическом виде обобщенные матери-
алы изменения свойств торфа (компрессионные кривые, измене-
ние порового давления и др.)- На границах фаз можно заметить
и изменение соответствующих закономерностей.
§ 4. Состав и агрессивность болотных вод
В результате разложения органических веществ в болотных
водах образуется целый ряд органических и минеральных сое-
динений, взаимодействующих с цементным камнем и снижающих
его прочность. Происходит растворение наружной карбонатной
пленки бетона и гидрата окиси кальция, выщелачивание свобод-
ной извести и даже взаимодействие с основными минералами це-
мента. Наличие в болотных водах различных ионов может увели-
чивать или уменьшать агрессивность воды. Иногда встречаются
воды, практически не агрессивные-
Химический состав грунтовых вод обычно приводится в мате-
риалах инженерно-геологических изысканий. Критерии агрессив-
ности воды приведены в СНиП П-28—73. Автором были обрабо-
таны материалы производственных организаций и литературные
материалы путем выбора исходных данных, составления таблиц,
графиков рассеяния и др. В результате были установлены осо-
бенности ионного состава воды в торфе, типы агрессивности и
виды коррозии бетона.
14
Материалы по Архангельску (рис. 5) показали, что болотные
воды в 68% случаев обладали агрессивностью, причем многие
пррбы воды имели показания, соответствующие двум степеням
агрессивности: слабой и средней. Агрессивность по ионному со-
ставу в основном общекислотная и углекислая, гораздо реже
встречаются сульфатная и выщелачивающая. Болотные воды в
большинстве случаев вызывают коррозию бетона (II вид корро-
зии). Содержание ионов в воде колеблется в значительных пре-
делах; глубина отбора проб никакого влияния на содержание в
ней ионов не оказывает.
Выщелачивающая 5%
Коррозия I Вида
Коррозия Н Вида
Рис. 5. Цикло! раммы агрессивности болотных вод
а — Архангельск; б — Самотлор (Тюменская область)
Обработка массовых химических анализов болотных вод по
Самотлору (Тюменская область) показала, что вода всех
проб — агрессивна (см. рис. 5)- Агрессия общекислотная и уг-
лекислая; коррозия бетона II вида.
Изучение химических анализов болотных вод по ряду объек-
тов Ленинградской области подтвердило предыдущие результа-
ты. Дополнительно была установлена сульфатная агрессия в
34% проб. Степень агрессивности — от слабой до сильной.
Литературные источники, касающиеся обработки материа-
лов, также подтверждают эти закономерности. Выщелачиваю-
щая агрессия встречается сравнительно редко во всех типах бо-
лот. Общекислотная агрессивность остается характерной чертой
болотных вод. В верховых болотах все пробы показали эту аг-
рессию, в низинных — 31%. Для верховых болот рН=4,3-н4,9,
переходных — рН=5,0-н5,5, низинных — рН = 6-н7.
Таким образом, воды верховых и переходных болот, как пра-
вило, обладают общекислотной агрессией (сильной или сред-
ней), а воды низинных болот — не всегда. Углекислая агрес-
сивность не исследована, так как материалов о содержании СО2
15
в водах болот в литературе нет. Магнезиальная, сульфатная и
щелочная агрессии отсутствуют во всех случаях, независимо от
типа болот.
§ 5. Промерзание, пучение, смерзание торфа
Промерзание, пучение и смерзание грунтов с материалами
фундаментов, как известно, имеют очень большое значение для
проектирования, возведения и эксплуатации фундаментов в ми-
неральных грунтах. Применительно к торфяным грунтам эти яв-
ления были изучены автором.
В промышленном и гражданском строительстве для опреде-
ления глубины промерзания грунтов часто используется метод
В. С. Лукьянова и М. Д. Головко. Этот метод гибко отражает
влияние условий промерзания и свойств грунта. Пробные расче-
ты глубины промерзания торфа и сопоставление полученных ве-
личин с наблюденными в природных условиях показало, что
этот метод можно применить и для определения глубины про-
мерзания торфа.
Имеются и другие более точные методы. Для приближенного
определения глубины промерзания торфа в литературе рекомен-
дуется формула
, Е^отр
Л“ = '20(ХГ ’
где Лм—глубина промерзания торфа, м; Е/Отр — сумма отрицательных гра-
дусо-дней за соответствующий период времени в данном климатическом рай-
оне.
Местные колебания климата изменяют глубину промерзания
на 10—15%. Более интенсивно промерзают осушенный торф или
менее увлажненные его участки. Скорость промерзания очень
различна: 0,5—1,2 см/сутки— для повышенных частей рельефа,
0,4—0,9 см/сутки — для пониженных. В целом в зависимости от
элементов микрорельефа глубина промерзания изменяется в
1,4—1,7 раза. Даже небольшой слой снега значительно умень-
шает глубину промерзания. Как правило, глубина промерзания
торфа составляет 0,35—0,50 от глубины промерзания минераль-
ных грунтов.
Пучением грунта называется увеличение его объема при за-
мерзании. В качестве материала в лабораторных условиях был
использован однородный торф — перемятые монолиты древес-
ных, пушицевых, сфагновых и шейхцериевых торфов переходно-
го и верхового типа со степенью разложения 35%.
Заготовленный образец торфа помещался в специальный
прибор, последний устанавливался в холодильной камере, и
торф постепенно замораживался. По величине поднятия поверх-
ности торфа и его глубине промерзания можно было судить о
16
пучинистых свойствах. Для проведения опытов использован
прибор системы Б. И. Далматова и Н. Н. Морарескула (рис. 6).
Прибор состоит из одометра 1, резервуара 5, бачка 6 и ряда
вспомогательных устройств. Одометр представляет собой ци-
линдр из органического стекла с фильтрующим днищем и ме-
таллическим поршнем 2. В стенке цилиндра просверлены отвер-
стия для зубьев контактной гребенки 3.
Рис. 6. Прибор для изучения морозного пучения торфа
Контактная гребенка сопротивления служит для определения
глубины промерзания торфа. Она состоит в основном из метал-
лических зубьев, соединенных с мостиком сопротивления. Зубья,
проходя через отверстия в одометре, втыкаются в торф. Изме-
ряя электрическое сопротивление между отдельными зубьями,
можно определить глубину промерзания торфа; следует заме-
тить, что с увеличением глубины промерзания резко увеличива-
ется сопротивление.
Для измерения вертикальных перемещений поверхности тор-
фа на одометре устанавливаются две мессуры. Одометр в соб-
ранном виде с образцом торфа, мессурами и гребенкой кладется
на дно резервуара.
Резервуар сделан из органического стекла и имеет фильтру-
ющее днище. Перед опытом резервуар наполняется крупнозер-
нистым грунтом для того, чтобы в образце //, помещенном в
одометр, граница промерзания оставалась плоской в течение
всего периода промерзания. Резервуар сообщается с баком, на-
полненным водой. Так как одометр и резервуар имеют фильтру-
ющие днища и сообщаются с баком, образец торфа замерзает
в условиях открытой системы, как это обычно бывает в природ-
ных условиях. Резервуар и бак во избежание замерзания грун-
та снизу устанавливают на дубовое основание 7, снабженное
2 Зак. 656
17
электрической спиралью 8 для подогрева днища резервуара.
Весь прибор смонтирован в ящике 9. Свободное пространство
заполнено ватой 10 для уменьшения притока холода с боков.
Температура образца измеряется термопарами 4. Образец тор-
фа 11, находясь в камере с температурой —10° С, постепенно ох-
лаждается и при замерзании верхних слоев начинает пучиться.
Опыты показали, что пучение начиналось одновременно с за-
мерзанием торфа. Коэффициент пучения во всех опытах оказал-
ся небольшим и колебался в пределах Кп = '1,02-ь 1,03. Влия-
ния притока воды (или отсутствия притока) не обнаружено.
Определение влажности до и после опытов показало, что эти
влажности почти не отличаются друг от друга. Колебания влаж-
ности находились в пределах точности ее определения.
Смерзание торфа с материалом фундаментов изучалось пу-
тем вмораживания моделей фундаментов во влажный торф с
последующим продавливанием этих моделей с помощью меха-
низированного пресса системы Б. И. Далматова. Пресс обеспе-
чивал постоянную скорость перемещения модели относительно
торфа. Установлено, что в начале опыта сопротивление продав-
ливанию возрастало довольно быстро, приблизительно пропор-
ционально времени, а затем, достигнув максимума, начинало
падать. Напряжение, при котором происходил срыв торфа от-
носительно фундамента, соответствовало прочности смерзания
при данной скорости нагружения образца. После срыва проч-
ность смерзания уменьшалась сначала быстро, затем медлен-
нее. Оказалось, что устойчивая прочность смерзания очень ве-
лика — 7,0—7,5 кгс/см2, т. е. 70—75 тс/м2. Однако это не озна-
чает опасности подъема фундаментов касательными силами пу-
чения, поскольку торф — практически непучинистый грунт.
Кроме того, торф, расположенный под мерзлым -слоем, облада-
ет большой сжимаемостью. Сочетание этих двух факторов при-
водит к выводу, что опасность поднятия фундаментов каса-
тельными силами пучения практически отсутствует.
ГЛАВА II
ФУНДАМЕНТЫ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ
§ 1. Анализ природной обстановки. Типы оснований
Из главы I можно заключить, что торф, являясь грунтом,
т. е. дисперсной горной породой, по своим свойствам существен-
но отличается от свойств обычных минеральных грунтов. Опы-
ты автора, практика строительства и материалы различных
исследований позволяют утверждать, что количественные харак-
теристики строительных свойств торфа настолько сильно отли-
чаются от соответствующих характеристик минеральных грун-
тов, что это приводит к качественным изменениям в работе ос-
нований и фундаментов. Эти изменения (особенности) требуют
научного анализа и количественной оценки.
Современные знания в области инженерной геологии и ме-
ханики грунтов в сочетании со знанием свойств торфа дают воз-
можность оценить условия работы оснований, а уже известные
явления поставить на новую («торфяную») основу.
Для проектирования и устройства оснований и фундаментов
в рассматриваемых условиях большое значение имеет инженер-
но-геологический анализ, т. е. анализ природной обстановки.
При оценке оснований с торфяными грунтами большое зна-
чение приобретают условия залегания торфа — торф может
быть открытым и погребенным. Условия образова-
ния и залегания открытого торфа хорошо освещены в литера-
туре. Погребенный же торф встречается в аллювиальных отло-
жениях, погребенных старицах, в виде алахтонного торфа (у бе-
реговых валов рек, под насыпным слоем, по берегам древних
морей и в толще межледниковых отложений, рис. 7).
В описании строительных площадок необходимо системати-
зировать условия, влияющие на строительство. Для промыш-
ленного и гражданского строительства предлагается классифи-
кация, приведенная в табл. 3.
Результаты анализа типов оснований и фундаментов в тор-
фяных грунтах даны на рис. 8.
Открытый торф может служить основанием только легких
деревянных зданий. Такие сооружения постоянного назначения
необходимо устраивать на песчаных подушках или сваях-. Тя-
желые капитальные здания устраиваются с прорезкой торфа на
минеральном грунте, песчаных подушках или сваях.
2*
19-
Апахтонный торф
берег дребмего моря
Рис. 7. Условия
залегания торфа
а — открытого;
б — погребенного
"’Wr - Торф
Рис. 8. Типы оснований и фунда-
ментов сооружений
а — торф открытый; б — торф погре-
бенный
20
Таблица 3
Классификация условий строительных площадок
при наличии торфа
Залегание торфа Открытое Погребенное
е условия Растительность на по- верхности торфа Наличие древесной р астительности Древесной раститель- ности нет —
Л X X о со о Гидрологические и гидрогеологические условия питания болота Грунтовыми водами Смешанное Поверхностными и ат- мосферными вода- ми Грунтовыми водами
Торф Плотный Слабый Сплавина Плотный
Факторы, влияющие на проектные решения Залегание торфа Глубина до подошв1ы слоя торфа Подстилающие торф минеральные грун- ты Рельеф кровли грун- тов, подстилающих торф На поверхности Д Boj Cj Пл Р< Не В толще минеральных грунтов э 4 м iee 4 м 1абые отные звный эовный
влияющие 1СТВО работ Условия освоения Состав грунтов, под- стилающих торф Требуется специаль- ная инженерная подготовка Песч< Глинн Специальной инже- нерной подготовки не требуется 1иые стые
-- о £ » СХ со о X Ожидаемый приток воды в котлованы Большой Малый
f1 о « Q. ЯЗ £3 & « X Проходимость торфа для строительных гусеничных машин Непроходим Проходим Проходим
Прорезка торфа, т. е. заложение фундамента на минераль-
ном грунте ниже подошвы слоя торфа, возможна обычными ме-
тодами, без затруднений, при глубине подошвы слоя торфа до
3—4 м. Расчеты оснований выполняются в соответствии со
СНиП II-15—74. Далее рассматриваются некоторые специфиче-
ские расчеты оснований в этих условиях.
Песчаные подушки представляют собой искусственные осно-
вания, когда слабый грунт — торф — заменяется более устой-
чивым минеральным грунтом — песком, гравием и т. п. Подуш-
21
ку можно делать из любого грунта, но лишь сыпучие грунты
быстрее других уплотняются дс) требуемой плотности. Песчаная
подушка в техническом отношении проста, выполняется обыч-
ными механизмами. При хорошем уплотнении она является со-
вершенно надежным основанием, обеспечивающим малые и
равномерные осадки здания и их быстрое затухание. Расчет-
ное давление на грунт подушки значительно больше, чем на
подстилающие грунты. Это позволяет уменьшить размеры фун-
дамента. Материал подушки непучинистый, и поэтому фунда-
менты закладываются независимо от глубины сезонного про-
мерзания грунтов.
Песчаные подушки имеют И определенные недостатки: тре-
буется значительное количество песка; укладка и уплотнение
песка очень трудоемки; при недостаточном уплотнении песка
возможны неравномерные осадки фундаментов; подушка иногда
имеет большую высоту, а это, и свою очередь, обуславливает и
большую ширину подушки, т. е- большой объем.
Свайные фундаменты обладают большими достоинствами,
особенно в заболоченных районах. Устройство этих фундаментов
в техническом отношении довольно просто и доступно любой
строительной организации, так как сваи легко погружаются в
слабые грунты. Объем земляных работ мал, водоотлива почти
нет, крепления откосов не требуется. Осадки здания малы.
Недостатком свайных фундаментов являются значительный
расход железобетона и необходимость защиты его от коррозии
вследствие агрессивности болотных вод. В условиях высокого
уровня грунтовых вод целесообразно применение деревянных
свай, но стандартный круглый лесоматериал имеет малую дли-
ну. Между тем сваи должны не только прорезать весь слой торфа,
но и заглубляться в минеральный грунт. Кроме того, так как при
слабых торфах затруднено продвижение по торфу копров и транс-
порта, то необходимы специальные подготовительные работы.
Материалы по технико-экономическому анализу рассмотренных
трех вариантов оснований и фундаментов приведены ниже.
Уплотнение торфа песчаными сваями широко применяется
в дорожном строительстве, однако для устройства оснований
капитальных зданий этот метод рекомендовать нельзя. Расчеты
показывают, что даже при сжатии торфа песчаными сваями на
50 % его объема сжимаемость торфа остается высокой. Следова-
тельно, возможны значительные осадки зданий.
Типы оснований и фундаментов при наличии погребенного
торфа выбирают с учетом изложенных выше соображений. Мно-
гое зависит от сжимаемости торфа и массы сооружения. Иног-
да верхний слой можно использовать в качестве основания со-
оружения. Как правило, при наличии торфа основание становит-
ся сильно и неравномерно сжимаемым. Методы проектирования
и строительства на таких основаниях хорошо освещены в рабо-
тах Б. Д. Васильева [4] и Б. И. Далматова [7].
22
§ 2. Особенности расчета естественных оснований
Расчет оснований зданий и сооружений при наличии торфя-
ных грунтов выполняется по предельным состояниям [19], т. е.
по деформациям и несущей способности. Однако наличие торфа
накладывает свой отпечаток на работу основании и, следова-
тельно, на его расчет.
Расчет оснований по деформациям
Расчет оснований по деформациям производится исходя из
условия
S<Snp, (2)
где S — величина совместной деформации основания н здания или соору-
жения, определяемая расчетом; Snp—предельно допустимая величина сов-
местной деформации основания и здания или сооружения.
Если фундамент прорезает торф, закладывается на кровле
минерального грунта и имеется высокое стояние уровня грунто-
вых вод, то работа естественного основания существенно меня-
ется. Объемная масса торфа ниже уровня грунтовых вод прак-
тически равна нулю. Следовательно, щжруз’ва на аджя,а¥Л¥г. от-
сутствует и фундамент как бы находится на поверхности грунта,
то есть глубина заложения фундамента равна нулю. Это обсто-
ятельство резко меняет даже качественную сторону работы ес-
тественного основания. Рассмотрим крайний неблагоприятный
случай: уровень грунтовых вод у поверхности, пласт торфа взве-
шен, фундамент на кровле минерального грунта, подсыпка на
Поверхности торфа отсутствует или незначительна
Условием допустимости расчета оснований по деформациям
является отсутствие зон частичного разрушения грунта (зон пре-
дельного равновесия). Практически допускается развитие этих
зон на глубину около z=b!4:, где b — ширина подошвы Фунда-
мента. В нашем случае зоны частичного разрушения будут рас-
пространяться иначе, чем в обычных условиях.
Максимальный угол отклонения при учете объемной массы
грунта у, глубина заложения фундамента h, сцепления с и глу-
бины расположения точки z ниже подошвы фундамента вы-
числяется с помощью выражения
Sin0MaKC = ---------~—-------------Г- , (3)
Pi +Рз +2у 1г + h Д- —- |
\ 7 + /
где р, и р2 — главные напряжения; ф и с — соответственно угол внутрен-
него трения и сцепление грунта.
С уменьшением глубины заложения фундамента h или, что
то же, пригрузки на основание вокруг фундамента и глубины
расположения рассматриваемой точки z величина sin 0макс уве-
личивается. Для сыпучего грунта и точек, расположенных на
23
кровле минерального грунта за пределами подошвы фундамен-
та, ось эллипса напряжений совпадает с линией кровли грунта,
т. е. р!>0, р2=0, и тогда
Sin0MaKC = 1, 6Макс == 90°.
Так как для грунтов всегда <р<90°, можно сделать вывод,
что зоны частичного разрушения сыпучего грунта возникают при
любой нагрузке по подошве фундамента. Эти зоны выходят на
поверхность основания и распространяются в стороны.
Сцепление связного грунта влияет на развитие зон сдвига
аналогично пригрузке, которая может быть учтена в выражении
(3).
Для любой нагрузки и свойств грунтов можно построить
зоны частичного разрушения грунтов. Методы построений и ана-
лиз результатов разработаны И. В. Яропольским [25] и Н. Н.
Масловым [12]. Однако трудность заключается в оценке вели-
чины развития зон разрушения как критерия допустимости рас-
чета основания по деформациям. Какие-либо теоретические и,
главное, опытные данные, связывающие величины зон частич-
ного разрушения с линейной деформируемостью основания, нам
не известны, поэтому в настоящее время обоснование расчета
оснований по деформациям остается нерешенной задачей. Для
приведения условий работы основания к обычным и выполнения
обычных расчетов можно рекомендовать некоторое заглубление
фундамента в минеральный грунт. Тогда расчет по деформаци-
ям выполняется обычным путем, т. е. вначале определяется
расчетное давление на грунт, затем размеры фундамента и да-
лее расчет по деформациям.
Грунт выше подошвы фундамента является слоистым: грунт
основания, торф, грунт подсыпки. Поэтому для определения
расчетного давления по формуле (17) СНиП II-15—74 необхо-
димо привести массу грунтов к объемной массе грунта основа-
ния с учетом взвешивающего действия воды.
Пример. Определение расчетного давления на грунт основания. Здание
с гибкой конструктивной схемой (рис. 9,а). Характеристики мелкозернистого
песка для расчета по деформациям: угол внутреннего трения <р п= 32°, сцеп-
ление си =0,02 кгс/см2 = 0,2 тс/м2, удельный вес у, =2,65 г/см3, пористость
п=0,4. Намытый песок: у=1,8 т/м3. Уровень грунтовых вод —у поверх-
ности слоя торфа. Объемная масса взвешенного торфа уг = 0.
Объемная масса мелкозернистого песка (грунта основания) выше подо-
швы фундамента с учетом взвешивающего действия воды определяется по
формуле
Yn = (Yi-1) (1-n) = (2,65-1) (1-0,4) « 1,0 т/м3.
Пригрузка на уровне подошвы
<7=0,3-1 + 1,5-1,8=3 тс/м2.
Условная глубина заложения фундамента в грунте, приведенном к объ-
емной массе грунта основания,
а 3,0
= лг = 3,°м-
7п 1,и
24
Расчетное давление на грунт
/? = —7—— (^Тц + + £>сп—7цЛ0),
где ЛП] и т2 — коэффициенты условий работы основания н здания; k н— ко-
эффициент надежности; А, В, D — коэффициенты, зависящие от q>; b, h —
ширина и глубина заложения фундамента; у п—объемная масса грунта,
залетающего ниже подошвы фундамента; h0 — глубина от пола до подошвы
фундамента.
< Для заданных условий:
Л = 1,34; В-6,35; £>=-8,55; й„=1,0; /м. 1,2; т2--=1,0; Ло=0;
/? = 1'21 о~ (1,34-1,2-1+6,35-3-1 + 8,55.0,2) = 28,8 тс/м2-с.= 2,88 кгс/см2.
Расчет оснований по несущей способности
Расчет оснований по несущей способности производится ис-
ходя из условия
(4)
«и
где N — расчетная нагрузка на основание; Ф — несущая способность осно-
вания.
Этот расчет в рассматриваемых условиях приобретает осо-
бое значение вследствие неблагоприятного сочетания условий
работы основания: взвешивания водой минеральных грунтов,
отсутствия практически массы торфа, малой глубины заложения
фундамента относительно кровли минерального грунта-основа-
ния, низких прочностных характеристик грунтов, подстилающих
торф. Все перечисленные факторы действуют односторонне:
снижают несущую способность основания, т. е. увеличивают
опасность потери устойчивости основания.
25
Следует иметь в виду, что потеря устойчивости может прои-
зойти не только при горизонтальной нагрузке или расположении
фундаментов на откосе, но и при вертикальной нагрузке на ос-
нование. В связи с этим расчет основания на выпор можно счи-
тать необходимой частью расчета при наличии торфяного
грунта.
Торфяные грунты, как правило, подстилаются водонасыщен-
,ными глинистыми грунтами, находящимися в переувлажненном
состоянии. При этом необходимо обратить внимание на указа-
ние СНиП П-15—74 и [15] об учете нестабилизированного сос-
тояния при коэффициенте консолидации CO<1 • 107 см2/год. На-
помним, что коэффициент консолидации
Co=*(1+g) , (5)
atB
где k — коэффициент фнльтрацин грунта основания; е — коэффициент по-
ристости; а — коэффициент сжимаемости; ув — объемная масса воды.
Пример. Расчет основания по несущей способности (рис. 9,6). Равнодей-
ствующие нагрузок, приведенные к уровню подошвы фундамента; JVl= 120 тс,
Г, = 7,54 тс, в/= 0,02 м. Характеристики для расчета по несущей способно-
сти: угол внутреннего трения <pi = 14°, сцепление Ci = 0,1 кгс/см2 = 1,0 тс/м2,
удельный вес yt = 1,7 т/м3, пористость п = 0,4. Намытый песок: у^ =2,65 г/см3,
У! = 1,8 т/м3. Грунт основания — суглинок.
Грунт основания глинистый, поэтому взвешивающее действие воды не
учитывается.
Объемная масса намытого песка, взвешенного водой,
у взв = (у, -1) (1-п) = (2,65-1) (1- 0,4) « 1,0 т/м3.
Для торфа ниже УГВ у т = 0. Общая пригрузка на уровне подошвы
<7 = 1,8-1 + 1-1 + 0,5-1,7 = 3,65 тс/м2.
Глубина заложения фундамента в грунте, приведенном по массе к грун-
ту основания,
а 3,65 „ в
h = — —-------= 2,15 м.
7 17
Определяем несущую способность основания по СНиП П-15—74 [(22),
(24), (28) н приложение 5]
I = I — 2ez = 2,40 — 2 • 0,02 = 2,36 м;
tgcp; tgl4° = 0,25; Xf = 0,95; = 3,8; Хс = 10,5;
Л 7,54 tgB 0,077 = —1 = 0,077; —-— = — = 0,31; 98 tgcpj 0,25 Z7 = 0,76; iq = 0,88; zz = 0,85;
1 п~ ь 2,4 0,25 - 2 4 -1Д «7-1+ 1Q -1,25,
пч =1 + /о ~ 2>5; Пс ~ 1 + 1,о —1’3:
Ai = 0,95 • 0,76 1,25 = 0,9; Вг = 3,8 • 0,88 2.5 = 8,3;
Di = 10,5 • 0,85 • 1,3 = 11,6;
26
Ф = Ы (А^ + в^'+ D^Ci) = 2,4 • 2,36 (0,9 - 2,4 • 1,7 + 8,3 2,15 • 1,7 +
+ 11 6- 1,0) = 5,66 (3,66 + 30,3 + 11,6) = 258 тс;
Ф 258
—— = —— = 215> 120 тс.
йн 1,2
Пример. Расчет основания по несущей способности.
Проверяем устойчивость основания фундаментов эстакады, проходящей
через заболоченную территорию. Инженерная подготовка территории не пре-
дусматривается.
Исходные данные; фундамент с размерами подошвы 1=Ь=2 м проре-
зает слой торфа и иа 0,5 м заглубляется в несущий слой — глииу. Расчетная
нагрузка на основание ^ = 24 тс. Уровень грунтовых вод — у поверхности.
Характеристики глины: объемная масса у! = 1,7 т/м3, угол внутреннего тре-
ния <pi = 14°, сцепление <4 = 0,1 кгс/см2=1,0 тс/м2, коэффициент сжимаемости
а=0,03 см2/кгс, коэффициент фильтрации 6 = 2,3-10-7 см/с=2,3-10-7-3-107=
= 6,9 см/год, коэффициент пористости е= 1,1.
Определяем коэффициент консолидации
k (1 +е) 6,9 (1 + 1,1)
Cv = 7 „ ’/ = 5 • IO3 < 1 • 107 см/год.
о?в 0,03 • 0,001 '
По СНиП II-15—74 (п. 3.76) необходимо учитывать нестабилизироваиное
состояние.
Несущая способность основания расчитывается по СНиП II-15—74 [фор-
мула (33)]
Ф =~b I\q +
5,7 —0,28 (— - 1 ) Cj
\ Ь /1
где b п1 — приведенные размеры подошвы фундамента; q — пригрузка со
стброны предполагаемого выпора грунта.
В нашем случае b = l = b = l — 2 м. Объемная масса торфа ниже уровня
грунтовых вод ут = 0, взвешивание водой глины не учитывается, и по-
этому
<7=1,7-0,5=0,85 тс/м2.
Находим несущую способность основания:
Ф = 2-2 [0,85 [5,7] 1,0} = 19,4 тс;
Ф 19,4
-------=------= 16,1 <24 тс.
6Н 1,2
Основание неустойчиво. Необходимо увеличить глубину заложения или
принять другие меры по повышению устойчивости.
§ 3. Экономический анализ оснований
и фундаментов в торфяных грунтах
Основными экономическими показателями оснований и фун-
даментов в торфяных грунтах являются сметная стоимость и
трудоемкость устройства на строительной площадке. Грунтовые
условия могут варьироваться. Анализу необходимо подвергнуть
наиболее технологичные варианты: фундаменты на естественном
основании с прорезкой торфа, фундаменты на песчаных подуш-
ках и свайные фундаменты. Рассмотрим влияние отдельных фак-
27
торов па изменение стоимости вариантов при изменении главно-
го фактора — глубины распространения торфа /гт (рис. 10).
Из анализа смет известно, что основная часть расходов пада-
ет на стоимость конструкций. В связи с этим, пренебрегая изме-
нением стоимости объема конструкции при изменении ее общего
объема, будем считать, что стоимость единицы объема конст-
рукции является постоянной. Рассмотрим увеличение (прира-
щение) стоимости Y при увеличении мощности торфа на вели-
Рис. 10. Варианты оснований н фундаментов
1 — на естественном основании с прорезкой торфа; б —
на песчаной подушке; в — свайный фундамент
чину I. Для этого из стоимости при одной мощности торфа выч-
тем стоимость при другой мощности. Обозначим стоимость еди-
ницы объема конструкции q.
Для ленточных (непрерывных) фундаментов увеличение
стоимости по трем вариантам выразится следующим образом:
У! = ^ (/zr + /) — bhT\ qrp -р alq6n « I (bqrp 4-«?бет) ;
= [/>П2 (/ZT Д /) Z’nt h^l qrp 4- [/>n2 (Лп 4~ /) — ba\/lvI
но так как
ЪП2 = ba i + 2x = bnl + 2/ tg30° = b„ 4- 1,14/,
TO
Г3 - (M+ 1,14//zT + 1,14Z2) qrp + (bnl Д l,14//z„ + 1,14Z2) qnec;
Y3 = Flnqx -6,
где q rp> ?пес, Чбет. дж-б, —соответственно стоимости 1 м3 разработки
грунта и стоимости в деле песка, бетона, железобетона; F — площадь попе-
речного сечения сван; п — количество свай в 1 м длины фундамента.
Увеличение стоимости для вариантов а и в пропорционально
увеличению мощности слоя торфа. В варианте б увеличение сто-
имости нелинейно по отношению к увеличению мощности торфа,
так как величина входит во второй степени. Увеличение ширины
фундамента или песчаной подушки приводит к пропорциональ-
ному увеличению их стоимости.
28
Для отдельных фундаментов квадратной в плане формы по-
лучим другие уравнения:
Y {[blb (Лт + 0 — bbht\ дтр Ц- сшЛ/бех = I (b2qtp 4~ <т2?бет),
K2 = [bnzbnn (/tr /) — bn j&niAJ 7rp “i"' [ bn'ybn^ (йт -j~ 1} ~
blltbatAn] ^nec
При
^2 = ^4-1,14/
получим
Г, = [bll + 2,2W ht + 2,28bn Z2 +1,3 Z2^ + 1,3Z3} yrp +
+ [bU + 2,28Ma 4- 2,28J2 + /X + Л <7^;
Уз“ /Г/З^ж-б,
где «! — количество свай в фундаменте.
Из этих уравнений видно, что увеличение мощности торфа
приводит, к увеличению стоимости варинтов а и в в линейной
зависимости. В варианте б это увеличение гораздо более значи-
тельно, так как I входит во второй и даже в третьей степени.
5)
Рис. 11. Графики для фундамента крупнопанельного дома (10 м)
а —• стоимость, б — трудоемкость; 1 — на естественном основании; 2 — на пес-
чаной подушке; 3 — свайный;--- — R = 1,0 кгс/см2; - .. R = 2,0 кгс/см1.
чел-ч
Изменение ширины фундамента в варианте а быстро меняет его
стоимость, так как входит во второй степени. В скрытом виде
то же явление существует и для варианта в. Размеры фунда-
мента в варианте б де влияют на стоимость варианта, поскольку
они остаются постоянными и поэтому отсутствуют в уравнениях.
Но увеличение размеров подушки быстро увеличивает стои-
мость варианта, так как ширина подушки входит в уравнение
во второй и третьей степенях.
29
Для изучения стоимости и трудоемкости приведенных выше
вариантов для фундаментов крупнопанельного жилого дома
серии 1-464 и каркасных зданий с нагрузками на фундамент
100 и 500 тс были выполнены необходимые расчеты, составлены
сметы, определены трудозатраты и все материалы обработаны
в графической форме.
Жилые дома (рис. 11). При слабых минеральных грунтах
основания (Д=1 кгс/см2) до глубины торфа 3 м наименьшую
стоимость имеют сборные фундаменты на песчаных подушках и
несколько большую — на естественном основании. При глубине
торфа 3 м и более положение изменяется. Наименьшей стоимо-
Рпс. 12. Графики для фундамента каркасного здания (Р=100 тс)
а — стоимость; б — трудоемкость; 1 — на естественном основании; 2 — на пес-
чаной подушке; 3 — свайный;------------R — 1,0 кгс/см2;Л = 2,0 кгс/см2.
стью обладают свайные фундаменты, затем фундаменты на ес-
тественном основании и, наконец, фундаменты на песчаных по-
душках.
При более хороших минеральных грунтах (Д=2 кгс/см2) и
глубинах торфа до 2 м наименьшей стоимостью обладают так-
же сборные фундаменты на песчаных подушках. Но если глу-
бина подошвы торфа 2—4 м, то меньшая стоимость будет у
фундамента на естественном основании. Для глубин 4 м и бо-
лее целесообразны свайные фундаменты.
Очень характерны и устойчивы показатели трудоемкости
устройства оснований и фундаментов. Во всех случаях наимень-
шей трудоемкостью обладают свайные фундаменты. Лишь при
малых глубинах торфа (1—2 м) трудоемкость всех типов при-
мерно одинакова. Более трудоемкими, как правило, являются
фундаменты на естественном основании, и эта трудоемкость ра-
стет с увеличением глубины торфа. Резко выделяются фунда-
менты на песчаных подушках: начиная с глубины 2 м трудоем-
30
Обозначения стоимостей:
Земляных
работ
Фундаментов
и ростверков
Песчаных
подушек
Свай
Рис. 13. Структура стоимости оснований и фундаментов. Рас-
четное давление У? =1,0 кгс/см2
31
кость быстро растет, значительно превышая трудоемкость дру-
гих вариантов.
Каркасные промышленные здания (рис. 12). При нагрузке
100 тс меньшей стоимостью обладает вариант на естественном
основании, несколько большей — на песчаной подушке. С увели-
чением глубины торфа очень быстро возрастает стоимость фун-
дамента на песчаной подушке.
Для нагрузки 500 тс и 7?=1 кгс/см2 рассматривался только
свайный вариант. Расчеты показали, что фундаменты на есте-
ственном основании сливаются, превращаются в плиту, т. е. ва-
Таблица 4
Экономическая целесообразность типов оснований
и фундаментов в торфяных грунтах
Здание Тип фундамента и основания Глубина подошвы торфа, м
0 1 2 3 4 5 6
Крупнопанельный 5-этажный жилой ДОМ I Сборный фунда- мент иа естествен- ном основании Сборный фунда- мент на песчаной подушке Свайный фунда- мент — — — — — —
Каркасное промышлен- ное здание, Р=100 т Железобетонный монолитный фун- дамент на естест- венном основании Железобетонный монолитный фун- дамент иа песчаной подушке Свайный фунда- мент — — — —
-
Каркасное промышлен- ное здание, Р=500 т Железобетонный монолитный фун- дамент иа естест- венном основании Железобетонный монолитный фун- дамент на песчаной подушке Свайный фунда- мент — • —
Примечание.___________Й=1 кгс/см2;------R—2 кгс/см2; .... — вариант
с меньшей трудоемкостью.
32
рианты становятся несопоставимыми. Песчаная подушка стано-
вится очень толстой и широкой. При более хороших грунтах
(7?к=2 кгс/см2) явными преимуществами обладает вариант на
естественном основании даже при большой глубине торфа.
Трудоемкость фундаментов с нагрузкой 100 тс в основном
сохраняет прежние закономерности: наименьшая трудоемкость
у свайного варианта, несколько большая — на естественном ос-
новании и наибольшая — на песчаной подушке. С увеличением
глубины торфа трудоемкость свайного фундамента почти не ме-
няется, а в других вариантах она быстро растет. Аналогичные
закономерности получены для фундаментов с нагрузкой 500 тс.
На основе изложенного в табл. 4 линиями изображены целе-
сообразные области применения рассмотренных вариантов.
Структура стоимости (соотношение частей затрат) приведена
на рис. 13.
3 Зак. 656
ГЛАВА III
ФУНДАМЕНТЫ НА ПЕСЧАНЫХ ПОДУШКАХ
§ 1. Типы подушек и особенности их работы
Песчаные подушки делятся на два типа: висячие и опертые.
Висячими называются подушки, частично прорезающие (за-
меняющие) торф; последний является их основанием. Опер-
тыми называются подушки, полностью прорезающие (заменя-
ющие) торф; основанием этих подушек является минеральный
грунт. Для тяжелых зданий капитального строительства приме-
няются только опертые подушки. Для легких и временных зда-
ний возможно применение висячих подушек.
Песчаные подушки (опертые) в качестве искусственных
оснований капитальных зданий и сооружений могут применять-
ся с целью: а) замены торфа, заторгованного грунта и других
слабых грунтов; б) уменьшения, ускорения и выравнивания оса-
док фундаментов; в) уменьшения глубины заложения фунда-
ментов; г) повышения отметки заложения фундаментов для
исключения вредного влияния агрессивных грунтовых вод;
д) уменьшения размеров подошвы фундамента.
Подушки могут устраиваться как из минеральных грунтов,
так и из других материалов и отходов производства, удовлетво-
ряющих следующим требованиям: а) зерна материала должны
быть прочными, не размокать в воде, не выветриваться; б) ма-
териал должен хорошо уплотняться и после уплотнения иметь
малую сжимаемость; в) материал не должен содержать или
образовывать химические вещества, вредные для подземных
конструкций или коммуникаций.
Достоинства песчаных подушек: а) надежность как основа-
ний; б) использование местных материалов; в) простота произ-
водства работ, возможность механизации работ; г) возможность
контроля качества работ.
Недостатки песчаных подушек: а) значительная трудоем-
кость на площадке; б) быстрое увеличение стоимости при увели-
чении размеров; в) затруднительность устройства в зимнее
время.
Назначение подушки — принять нагрузку от фундамента,
уменьшить напряжения в основании до безопасных пределов.
Следовательно, расчет подушки в конечном счете сводится к оп-
ределению напряжений. Однако роль этих напряжений при тор-
34
фяных грунтах будет существенно отличаться от роли этих на-
пряжений в обычных случаях работы подушек.
На рис. 14 изображен фундамент, подушка и ее напряженное
состояние в виде изобар вертикальных сжимающих напряжений
<зг, горизонтальных оу и сдвигающих т. Для наглядности рисун-
ка изо'бары выполнены только на какой-либо половине чертежа.
Справа условно изображен высокий уровень грунтовых вод
(У ГВ).
Под действием нагрузки
от фундамента возникают
горизонтальные напряже-
ния передающиеся и на
торф. В результате этого,
если подушка узкая, то она
может быть «раздавлена».
Сдвигающие напряжения
воспринимаются подушкой.
Однако здесь следует напо-
мнить, что образование зон
частичного разрушения (зон
пластических деформаций)
Рис. 14. Напряженное состояние песча-
ной подушки
под влиянием т в сильнейшей степени зависит от пригрузки на
уровне подошвы фундамента. При осушенном торфе эта при-
грузка будет незначительной, а при взвешенном торфе, когда
Ьго объемная масса у ~ 0, частичное разрушение в песчаном
грунте будет возникать при любой нагрузке и выходить к по-
верхности подушки.
Напряженно-деформированное состояние подушки в услови-
ях пространственной анизотропной системы очень сложно, как
это показано работами К. Е. Егорова, Р. М. Раппопорт, Я. Д.
Гильмана. Относительно проще оно для горизонтальной поверх-
ности контакта (точки с, а) и значительно сложнее — для вер-
тикальной (точки b, d).
Между тем известно, что в показателях физико-механических
свойств грунтов и особенно торфа наблюдаются значительные
колебания даже в пределах одного пласта, одного монолита.
Поэтому полагаем целесообразным для оценки напряженно-де-
формированного состояния опертых песчаных подушек использо-
вать приближенные методы теоретических решений. Однако эти
методы должны -быть предварительно обоснованы тщательным
изучением физических явлений, протекающих в основании —
песчаной подушке.
Экспериментальные исследования, выполненные в лабора-
торных и полевых условиях, позволили установить закономерно-
сти разрушения песчаных подушек, их сопротивление нагрузке,
влияние размеров и их соотношений и др. Эти результаты были
положены в основу методов расчета песчаных подушек в тор-
фяных грунтах.
3*
35
§ 12. Экспериментальные исследования песчаных подушек
Для изучения процессов деформации и разрушения песча-
ных подушек были проведены экспериментальные исследова-
ния в лабораторных условиях (в лотке). Лоток размером
160X100X100 см был изготовлен из досок и имел сбоку смотро-
вое окно, выполненное из органического стекла. Моделью лен-
точного фундамента служил металлический штамп шириной
18 см и длиной, равной внутреннему размеру лотка, т. е. 100 см.
Нагрузка передавалась рычагом. Для изготовления подушки
использовался песок средней крупности, приближавшийся по
составу к мелкому. Влажность песка 11^=16-е20%, угол внут-
реннего трения ф=34°. Объемная масса уложенного песка коле-
балась от 1,56 до 1,65 г/см3 (в зависимости от задания). По бо-
кам подушки укладывался влажный торф нарушенной структу-
ры. Торф имел объемную массу у = 1,07 -е 1,06 г/см3, влажность
W=410—450%, коэффициент пористости е«=6,8. Одинаковая
плотность песка и торфа обеспечивалась одинаковым режимом
укладки и уплотнения. Для установления размеров деформиру-
емых зон и характера деформаций подушки в нее отсыпались
окрашенные полоски. Всего было проведено десять опытов
с подушками разных размеров.
В опытах наблюдалось образование поверхностей скольже-
ния. Последние образовывали в теле подушки клинья, смещав-
шиеся вертикально (под штампом) и в стороны (по бокам). Де-
формации торфа распространялись на расстояние, не превышав-
шее ширины штампа. Выпора торфа не наблюдалось даже при
больших деформациях подушек. Объем зоны оседания штампа
(мульды оседания поверхности) был примерно равен объему
песка, вытесненному вбок, или, что то же, объему уплотнения
торфа. Следовательно, деформации песчаной подушки происхо-
дили в основном в результате отжатия песка в стороны и уп-
лотнения торфа.
Установлена отчетливая связь между относительной шири-
ной подушки и ее несущей способностью. С увеличением отно-
сительной ширины подушки ее сопротивление нагрузке растет в
нелинейной зависимости.
Целью экспериментов в полевых условиях являлось изуче-
ние работы подушек в крупном масштабе под круглыми штам-
пами в условиях естественного залегания торфа. Исследования
проводились в Тюменской области (Нижневартовск) совместно
автором и А. Ф. Чичкиным.
Глубина торфа в месте устройства подушек составляла
1,7 м. Торф верховой и переходный, а по геоботаническому со-
ставу — фускум, сосново-сфагновый, осоково-сфагновый. Сте-
пень разложения — 5—30%, влажность 500—1100%, объемная
масса около 1,0 т/м3.
36
Опытными фундаментами служили круглые штампы диамет-
ром 60 см. Штампы, рычаги, загрузочные устройства, реперные
сваи, крепления были изготовлены из дерева. Подушки — круг-
Рис. 15. Опытные песчаные подушки
р, кгс/смг
лые в плане, из мелкого песка. Измерительные устройства поз-
воляли фиксировать осадки, деформации подушки, осадки осно-
вания. Схема всей установки изображена на рис. 15, а получен-
ные графики «нагрузка — осадка» — на рис. 16.
37
Графики с первых ступеней нагрузки носят нелинейный ха-
рактер, что свидетельствует о возникновении сдвигов в теле
подушки за счет бокового сжатия торфа. Осадки штампов ог
первых ступеней нагрузки затухали довольно быстро, а от пос-
ледних — в течение длительного времени. Осадка штампа за
счет бокового сжатия торфа уменьшалась с увеличением диа-
метра подушки. Таким образом, сопротивление песчаной поду-
шки увеличивается с увеличением относительной ширины.
Аналогичные результаты были получены д-ром техн, наук
Б. И. Далматовым при испытании двух песчаных подушек. В
целом полевые исследования подтвердили основные законо-
мерности, установленные в лабораторных условиях.
§ 3. Расчеты опертых песчаных подушек
Расчет оснований, в том числе искусственных, проводится по
двум предельным состояниям: по деформациям и по несущей
способности. Расчет оснований по деформациям при наличии
песчаных подушек в торфе не имеет каких-либо принципиаль-
ных особенностей. Исходя из расчетного давления определя-
ются размеры фундамента, проверяется давление на подстила-
ющий слой, определяются осадки, сравниваются с предельными.
Особенностью расчета оснований по несущей способности в
случае использования песчаных подушек в торфяных грунтах
является своеобразие расчета по устойчивости. Ввиду того что
подушка окружена очень слабым грунтом — торфам, этот рас-
чет приобретает решающее значение.
Методы расчета песчаных подушек в торфяных грунтах бы-
ли разработаны в ЛИСИ Б. И. Далматовым, автором, А. Ф. Чи-
чкиным. Соответствующие формулы выведены для торфа с объ-
емной массой более нуля, т. е. осушенного.
При высоком уровне грунтовых вод объемная масса торфа в
результате взвешивающего эффекта равна нулю. Это подтвер-
ждается не только простыми расчетами, но и опытами, и практи-
кой строительства. Рассмотрим устойчивость песчаной подушки
в торфе при отсутствии активного бокового давления торфа в
результате действия собственной массы. В этом случае давление
торфа будет реакцией на давление подушки, расширяющейся
под влиянием нагрузки от фундамента.
Опыты показали, что по мере увеличения нагрузки в песча-
ном основании под фундаментом образуется клинообразная об-
ласть уплотненного ядра. При дальнейшем росте нагрузка до-
стигает своего предельного значения, в результате чего уплотнен-
ное ядро распирает примыкающий грунт в стороны и вверх. По
данным ряда исследователей [2 и др.], ядро имеет вид равно-
бедренного треугольника с углом при вершине 90°. В связи с
этим можно принять схему расчета устойчивости подушки в
38
торфяных грунтах для нашей задачи по рис. 17. Горизонтальное
реактивное давление торфа на подушку обозначим Ne и позже
рассмотрим его более подробно.
Рассмотрим равновесие правой части песчаной подушки лен-
точного фундамента. На нее действуют нагрузки: yah— боковая
пригрузка, заменяющая грунт на длине уширения подушки
(к— глубина заложения фундамента); горизонтальное реактив-
ное давление торфа о по высоте подушки /гл; собственная масса
сдвигающейся части Q; сила от нагрузки по подошве фунда-
мента р, действующая по грани грунтового ядра; сила — ре-
акция основания до сдвигающейся грани.
Рис. 17. Расчет песчаной подушки (плоская задача)
a -w расчетная схема; б — силы, действующие на выделенный блок
Определим величины всех сил, действующих на выделенную
часть, с учетом принятых обозначений. Просуммировав все уси-
лия по всем граням, найдем полные величины сил, действую-
щих на песчаную подушку. Необходимо иметь в виду, что в
предельном состоянии силы У, и У2 вследствие трения сдвигаю-
щегося массива по неподвижному будут отклонены от нормалей
к рассматриваемым площадкам на угол внутреннего трения ма-
териала подушки <р.
Определяя соответствующие усилия, проектируя их на вер-
тикальную и горизонтальную оси, получим систему двух уравне-
ний. Решая эти уравнения и выполнив некоторые преобразова-
ния, найдем величину предельной интенсивности нагрузки по
подошве ленточного фундамента:
4 ANE — ^oha — 7п* (* + л) — ТпМп /г-ч
Рл~ U (1 + В) ’ W
где уо и у п— объемная масса грунта выше подошвы фундамента и объем-
ная масса материала подушки (при высоком уровяе грунтовых вод берутся
взвешенными); jV£' —• равнодействующая реактивного давления торфа (см.
ниже):
39
A = tg (8 + ?); В = tg (8 + Cf>) tg (45° — Cf>). (7)
Коэффициенты А и В для ряда значений <р и б приведены
в табл. 5.
Таблица 5
Значения коэффициентов А и В
А В
\о V ' 25 30 35 40 45 25 30 35 40 45
26 1,23 1,48 1,80 2,25 2,90 0,42 0,51 0,62 0,77 1,00
28 1,33 1,60 1,96 2,48 3,27 0,41 0,49 0,60 0,76 1,00
30 1.43 1,73 2,14 2,75 3,73 0,38 0,47 0,58 0,74 1,00
32 1,54 1,88 2,36 3,08 4,33 0,35 0,43 0,54 0,71 1,00
34 1,66 2,05 2,60 3,49 5,14 0,32 0,40 0,51 0,68 1,00
36 1,80 2,25 2,90 4,01 6,31 0,28 0,36 0,46 0,63 1,00
38 1,96 2,48 3,27 4,70 8,14 0,24 0,30 0,40 0,58 1,00
40 2,14 2,75 3,73 5.67 11,4 0,19 0 25 0,34 0,51 1,00
Найдем Ng. Опыты показали, что при осадке фундамента
происходит сжатие подушки за счет ее бокового расширения,
причем объем расширения ра-
вен объему мульды оседания.
Торф, окружающий подушку,
сжимается без выпирания
вверх, даже если его поверх-
ность не пригружена. Зона де-
формаций торфа ограничена.
Боковые грани подушки в ос-
Деформации сдвига
5)
новном плоские, но у краев
имеются закругления. Следо-
вательно, в этих уровнях име-
ются сопротивления перемеще-
нию торфа, т. е. сдвигу. Сопро-
тивление торфа при нулевом
уплотняющем давлении мень-
ше, чем у минеральных грун-
тов, поэтому сдвиг будет про-
исходить по торфу. Таким об-
Рис. 18. Определение сопротивления
торфа около подушки
а — зависимость между сдвигающими на-
пряжениями и деформацией сдвига; б —
расчетная схема
разом, для определения Ng необходимо связать вместе дефор-
мации торфа под влиянием нагрузки с его сжимаемостью и раз-
мерами подушки (рис. 18).
40
Известно, что сдвигающие напряжения в торфе линейно
увеличиваются с увеличением деформаций сдвига и при срезе до-
стигают величины т. Примем треугольное распределение сдви-
гающих напряжений по верхней и нижней граням уплотняю-
щейся зоны торфа abed. На вертикальную поверхность этой
зоны по грани ас действует неизвестное давление о песчаной
подушки. Найдем сжимающее напряжение рх в сечении на рас-
стоянии х от грани ас. Далее в пределах сжимаемой зоны Н
выделим элементарный слой dx, определим его относительную
деформацию, а затем и общее перемещение S. Далее рассмот-
рим условия равновесия всего массива abed. Опуская соответ-
ствующие уравнения и преобразования, получим
l/3S£T|i6n /оу
где Е — модуль деформации торфа.
Учитывая расширение подушки под влиянием нагрузки от
фундамента, осадки фундамента, подушки и подстилающего
слоя грунта, получим окончательное выражение
Ne = 0,5 /зЖйЛГ, (9)
откуда
Sn=Snp-Sn(W (10)
где Snp—предельная осадка фундамента; 5ПОд — осадка фундамента в ре-
зультате уплотнения грунта, подстилающего подушку.
Уравнения (6) — (10) позволяют определить предельную ин-
'геисивность давления по подошве ленточного фундамента при
данном положении плоскости скольжения. Задаваясь уширени-
ями а и различными значениями угла 6, можно вычислить р я.
Если рл меньше давления по подошве фундамента (обычно R),
то необходимо увеличить ширину подушки и вторично опреде-
лить рл.
При расчете песчаных подушек по формулам (6) — (10) и по-
следующим, учитывая длительность воздействия нагрузки от
фундаментов, нужно использовать характеристику длительной
прочности на сдвиг.
Пример. Определить несущую способность песчаной подушки для следую-
щих условий. Уровень грунтовых вод и кровли торфа — на уровне подошвы
фундамента, глубина подошвы слоя торфа — 3 м. Обратная засыпка пазух
минеральным грунтом. Расчетом по деформациям найдено: S под — 2,2 см;
Snp= 10 см = 0,1 м; т = 0,2 кгс/см2 = 2 т/м2; Лп = 2,0 м; \>о — W т/м8; & “
= 1,0 м; <р = 30°; у„ = 1,0 т/м3; а=1,5 м; £=5 кгс/см2=50 тс/м2; Л =
= 1,0M;Sn=5np—Sno*=0,1-0,022=0,078 м; 6П=4,0м; Уд=0,5КЗ-50-2-4-0,078=
= 4,8 тс.
Из рис. 17 получим б = 54°. По табл. 5 определим:
Л = 10; В = 2,86;
, = «io-«3-<.iT.i.u-i.i.M-i.-au _ 22 0 1С(„, _
'' 2-1(14- 2.86)
= 2,2 кгс/смг.
4Ь
Сопротивление подушки внешней нагрузке быстро увеличи-
вается с увеличением ширины подушки. С увеличением ширины
фундамента работа подушки изменяется.
Основная нагрузка в этом случае передается на подстилаю-
щий грунт, и главным является расчет по деформациям. Потеря
устойчивости может произойти только в краевой части подушки.
Рассматривая условия равновесия песка в этой части, можно
получить величину предельной нагрузки по подошве фундамен-
та
V + zb„
big (45° — ?)
(11)
Для широких фундаментов, т. е. при b/2>h<{, вершина уп-
лотненного клина будет опускаться в подстилающий слой. Тог-
да в полученном выражении можно принять b — 2ha и
Ь,. =Ь + 2а. Расчеты показывают, что несущая способность по-
Из других условий (проверки
прочности подстилающего
слоя и др.) требуемое дав-
. ление по подошве фундамен-
та может оказаться меньше.
душки в 'краевой части высока.
a d а
R R
Если торф, окружающий
подушку, очень слаб, то
устойчивость подушки обус-
ловливается только внутрен-
ним трением песка. Исходя
из прямолинейных поверхно-
стей скольжения можно по-
лучить необходимую шири-
рину подушки
Рис. 19. Расчет песчаной подушки (осе-
симметричная задача). Расчетная схема
вы фундамента. Следовательно,
рина подушки на уровне кровли
(12)
“ tg? v
Одновременно с сопро-
тивлением нарушению ус-
тойчивости подушка должна
воспринять передающиеся
на нее напряжения (нор-
мальные и касательные). Из
рассмотрения изобар можно
заметить, что они вписыва-
ются в зону, ограниченную
линиями, проведенными под
углом 45° к вертикалям, про-
ходящим через края подош-
при Nе =0 минимальная ши-
минерального грунта
42
^МИН Ь 2/?п.
Расчет круглых подушек круглых фундаментов (осесиммет-
ричная задача) для условия уг>0 был разработан А. Ф. Чин-
киным [24] под научным руководством автора. Расчетная схе-
ма изображена на рис. 19.
Под действием нагрузки от фундамента под его подошвой в
песке образуется коническое уплотненное ядро с углом при вер-
шине 90°. От вершины этого конуса проходит след поверхности
скольжения. Заглубление фундамента заменяем боковой при-
грузкой. Подушку разбиваем в плане радиальными вертикаль-
ными плоскостями, проходящими через ее ось на отсеки приз-
мы обрушения, и рассматриваем равновесие одного из них. Дей-
ствующие силы аналогичны силам в плоской задаче. После ря-
да преобразований получим выражение для предельной интен-
сивности давления на круглую подушку:
24Л?£-/?пЯ —4у1(/?2 (Лп + d) — 12тоЛа (d + а)
=------------------з55-(Т+в)-----------------’ <13>
где — радиус песчаной подушки; d — диаметр подошвы фундамента.
Рис. 20. Определение сопротивления торфа
вокруг подушки
При ут>0 величина Ne может быть определена исходя из
гидростатического давления торфа. Более общей постановкой
задачи является рассмотрение Ne как величины сил отпора тор-
фа при расширении песчаной подушки от нагрузки фундамен-
том. Этот случай отвечает условиям ут>0 и ут<С0.
Рассмотрим Ne более
подробно. Исходя из ра-
нее изложенных предпо-
сылок (для плоской зада-
чи) свяжем радиальные
сжимающие напряжения
р(х) в цилиндрическом
сечении на расстоянии х
со сдвигающими напря-
жениями х(х) (рис. 20).
Из условия равновесия
2Х=0 для внутренней по-
верхности
кольца, т. е.
р(Н) = р
оппК
При нагружении пес-
чаной подушки последняя
вследствие распора оказывает давление на окружающий торф,
напряженно-деформированное состояние которого аналогично
напряженно-деформированному состоянию толстостенной
трубы, находящейся под внутренним давлением. Для этого
случая получено известное решение Ламе. Воспользуемся им с
торфяного
при х = Н,
zH (3R + Н)
43
дополнительными -граничными условиями: а) торф простирает-
ся в стороны неограниченно далеко; б) материал подушки —
песок не воспринимает растягивающих напряжений; в) тор-
фяное кольцо удерживается сдвигающими напряжениями по
верхнему и нижнему обрезам; г) напряжения на наружной по-
верхности торфяного кольца равны нулю.
Используя формулу Ламе и выражение для р(Н) и заменяя
криволинейную эпюру т треугольной, эквивалентной площади,
после ряда преобразований получим равнодействующую гори-
зонтального реактивного давления торфа на единицу длины на-
ружной поверхности песчаной подушки:
N е =
3
Тогда в общем случае предельная интенсивность нагрузки
_ 80-с/?2Д - (h„ + rf)~ 12f0/za (rf + a)
Pk +~Qj • (14)
Как показано В. Г. Березанцевым [2], форма грунтового яд-
ра под квадратным фундаментом и под круглым практически
одинакова. Поэтому формулами для осесимметричной задачи
можно пользоваться при приближенном определении предель-
ной нагрузки для фундамента с квадратной подошвой или с
прямоугольной при отношении сторон до 1,5.
Таблица 6
Расчетная и опытная предельные нагрузки
Сопоставим материалы расчетов по выведенным формулам
и опытным данным. Опытных данных полевых исследований еще
недостаточно для статистической обработки результатов и окон-
чательных заключений. Тем не менее сопоставим материалы
расчетов и полевых опытов (табл. 6). В графиках «нагрузка •—
осадка» нет никаких переломов, поэтому иногда предельная
нагрузка дается в диапазоне.
В целом расчетные данные правильно отражают величины
предельных нагрузок. Отклонения составляют 10—20%.
44
ГЛАВА IV
СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
§ 1. Особенности работы свай при статической нагрузке
Работа свай в торфяных грунтах при статической нагрузке в
настоящее время изучена еще недостаточно. Тем не менее ана-
лиз этой работы можно выполнить на основе опыта строитель-
ства и эксплуатации зданий и сооружений, а также на основе
общих закономерностей механики грунтов, некоторых опытов и
теоретических исследований. Рассмотрим особенности работы
свай при различных методах подготовки территории и различ-
ных видах нагрузок.
Строительство с предварительным осушением. Сопротивле-
ние сваи вертикальной вдавливающей нагрузке определяется
только по ее сопротивлению в пределах подстилающего торф
минерального грунта. Трение между сваей и торфом очень мало
и, постепенно уменьшается вследствие явлений релаксации. В
случае осадки торфа возникает незначительное «отрицательное
трение» торфа по боковой поверхности сваи.
При горизонтальной нагрузке свая работает как консоль, за-
щемленная в минеральном грунте. Торф сопротивляется слабо и
со временем, вследствие явлений релаксации, выключается из
работы.
Сопротивление выдергивающей нагрузке практически обус-
ловлено только трением минерального грунта по баковой по-
верхности сваи.
Рассмотрим частные случаи работы свай при подготовке тер-
ритории осушением (рис. 21). В случае промерзания торфа око-
ло сваи (рис. 21, а), как показали опыты, торф прочно смерза-
ется с материалам сваи. Однако касательные силы пучения раз-
виться немотут, так как торф почти не обладает свойством пуче-
ния при замерзании. Даже в случае пучения поднятие свай или
ростверка практически невозможно, так как при большой сжи-
маемости торфа и сопротивлении нагруженных свай это пучение
будет направлено в сторону незамерзшего торфа. Практика
строительства подтверждает сказанное. По указанным причи-
нам и оттаивание торфа (рис. 21, б) не влияет на работу свай.
На работу свай может повлиять понижение уровня грунто-
вых вод (рис. 21, <?) вследствие прокладки дренажа, подземных
коммуникаций и др. При таком понижении снимается взвеши-
45
вающее действие воды, т. е. увеличивается объемная масса тор-
фа, в результате чего уплотняются нижележащие слои. Кроме
того, происходит усадка торфа вследствие его аэрации. Совме-
стное действие этих факторов приводит к опусканию поверхно-
сти торфа и обнажению верхних частей свай.
Существенное влияние на работу свай могут оказать гори-
зонтальные подвижки торфа (рис. 21, г). При рытье котлованов
Рис. 21. Частные случаи работы сван в открытом торфе
или траншей около свай торф начинает медленно двигаться в
направлении выемки. Зоны оползания иногда достигают значи-
тельных размеров. При движении торф оказывает горизонталь-
ное давление на сваю, причем это давление может быть доволь-
но большим. Если свая защемлена в минеральном грунте слабо,
то происходит ее наклон, т. е. деформация свайных фунда-
ментов.
Горизонтальное давление может развиваться также вслед-
ствие приложения больших нагрузок на поверхности торфяного
слоя (рис. 21, д), например при возведении дорожных насы-
пей [8].
При динамической нагрузке на сваю (забивке, рис. 21, е)
сопротивление погружению оказывает в основном минеральный
грунт. Вследствие кратковременности нагрузки реологические
свойства торфа у контакта со сваей не могут проявиться и торф
также сопротивляется погружению сваи, но это сопротивление
очень мало.
Наличие очень слабых прослойков под торфом, например ила
или сапропеля (рис. 21, ж), принципиально не меняет работы
сваи в общем случае.
Строительство с подготовкой территории методом подсыпки
(пригруза). Условия работы свай в трехслойной среде песок —
торф — подстилающий грунт своеобразны не только в статиче-
ском отношении, но и во времени. Они зависят от того, закончи-
46
лись осадки торфа под нагрузкой или еще продолжаются. На-
блюдения показывают, что осадки песчаного слоя в своей основ-
ной части быстро затухают. Если учесть дополнительное время
подготовки и производства работ, то можно считать основным
случаем работу сваи при закончившихся осадках.
Вертикальная осевая нагрузка уравновешивается силами
трения всех грунтов по боковой поверхности сваи и сопротив-
лением грунта под острием. Сопротивление нижнего слоя мине-
рального грунта участвует в работе в полной мере. Величина со-
противления торфа по боковой поверхности сваи — небольшая
и постепенно уменьшающаяся во времени вследствие явлений
релаксации. Наконец, сопротивление верхнего, т. е. песчаного
слоя, зависит от осадки торфяного слоя под действием нагрузки,,
приложенной к свае, и может колебаться от максимальных зна-
чений до нуля. Сопротивление сваи горизонтальной нагрузке
по грунту обусловлено сопротивлением верхнего, т. е. песчаного
слоя.
При выдергивании сопротивление всех грунтов действует
вниз, и острие не работает. Нижний слой грунта не может под-
няться наверх, поэтому можно полагать, что наличие торфа не
влияет на распределение сил трения по длине сваи и эти силы
полностью участвуют в сопротивлении выдергиванию.
Рассмотрим некоторые частные случаи работы сваи при под-
готовке территории методом пригруза (рис. 22).
Рис. 22. Частные случаи работы сваи при подготовке территории мето-
дом пригруза
Промерзание и оттаивание верхнего слоя (рис. 22 а, б) не
имеет практического значения. При намыве мелкие фракции
(пылеватые, глинистые) уносятся водой и на месте остается до-
статочно чистый песок, т. е. грунт не пучинистый. Следователь-
но, исключается воздействие касательных сил пучения на сваи.
47
Понижение уровня грунтовых вод может существенно повли-
ять на работу свай ('рис. 22, в). Здесь следует выделить два слу-
чая.
1. Если уровень грунтовых вод понижается в пределах песча-
ного слоя, то в пределах амплитуды колебаний снижается взве-
шивающее действие воды и объемная масса песка увеличивается
на 0,7—0,8 т/м3. Соответственно увеличивается давление на слой
торфа, а это, в свою очередь, вызывает осадку торфа и песка.
При повышении уровня воды происходит некоторая разгрузка
торфа, упругая деформация и набухание.
2. Если уровень грунтовых вод устанавливается ниже подо-
швы песчаного слоя, то может произойти ряд явлений: объемная
масса песка увеличится; появится нагрузка от массы торфа
(объемная масса торфа ниже уровня воды практически равна
нулю); верхняя часть торфа подвергнется аэрации, начнется
подсушка и усадка. В результате действия этих факторов про-
исходит оседание торфа и песка.
Нагрузка на поверхности торфа (рис. 22, г, д), например
штабель строительных материалов, также вызывает дополни-
тельное сжатие торфа, оседание песчаного слоя, выдавливание
торфа.
Оседание песчаного слоя независимо от того, какой именно
из перечисленных причин оно вызвано, приводит к появлению
«отрицательного трения» грунта по поверхности сваи, т. е. со-
провождается пригрузкой сваи. Следует отметить, что несущая
способность сваи в торфяных грунтах сама по себе невелика.
Пригрузка же сваи «отрицательным трением» значительно
уменьшает эту несущую способность. В практике строительства
под влиянием таких пригрузок наблюдались осадки свайных
фундаментов, измеряемые десятками сантиметров.
Динамические нагрузки на сваи при забивке отличаются
кратковременностью (рис. 22, е). Торф, как известно, уплотня-
ется медленно. Поэтому можно полагать, что при мгновенном
действии нагрузки ей сопротивляются силы трения всех слоев
по боковой поверхности и нижнего грунта — по острию.
Наличие слабого прослойка под торфом (ила, сапропеля) эк-
вивалентно соответствующему увеличению толщины слоя торфа
(рис. 22, ж). В том случае, когда осадка торфа под влиянием
песчаного слоя еще не закончилась, рассмотренные выше осо-
бенности работы сваи будут такими же. Однако здесь появится
«отрицательное трение», пригружающее сваи, т. е. несущая спо-
собность сваи будет уменьшаться.
§ 2. Несущая способность сваи при вертикальной нагрузке
Проектирование свайных фундаментов начинается с назна-
чения длины сваи. Обязательным требованием в данном случае
является прорезка слоя торфа и заглубление свай в подстилаю-
48
щий минеральный грунт. Несущая способность свай определяет-
ся по СНиП II-17—77, «Руководству по проектированию свай-
ных фундаментов» и различным Указаниям. Ниже дополнитель-
но приводятся соображения по этому вопросу.
Рассмотрим несущую способность сваи при вертикальной на-
грузке, которая является основным видом нагрузки для свайно-
го фундамента. При этом для дальнейшего рассмотрения выде-
лим следующие факторы: а) взвешивание торфа грунтовыми во-
дами; б) «отрицательное трение» по боковой поверхности свай;
в) сопротивление свай вертикальной нагрузке.
Установим влияние взвешивания торфа грунтовыми водами.
Несущая способность сваи определяется сопротивлением грунта
Скбажина №1985. Корпус 12
Геологи
ческий
индекс
Глу-
бина,
м
2,2
Мощ-
ность
слоя,,
м j
2,2
2,21
pQlv
5,5
3,3
-1,11
7,2
ТТ
М
glQw
inst Qj/j
12,0
13,9
1,7
ъ
3,3
74
-2,79
325
-7,59
21,0
7,6
-16,59
22,0
1,0
-17,59
Глина
Грунт
Насыпной
Гордо
Суглинок
Суглинок
Toptp
Счглинок~
Суглинок
Суглинок
5) Уровень
поверхности

9-® in

Рис. 23. К сопоставлению расчетов и испытаний
а — геолого-литологическая скважина; б •— изменение Лн и /н по глубине (по СНиП)
по боковой поверхности сваи и под нижним концом. С глубиной,
это сопротивление увеличивается. Однако объемная масса осу-
шенного торфа около 1,0 т/м3, т. е. гораздо меньше, чем у ми-
нерального грунта; ниже уровня грунтовых вод она равна нулю.
Притружающее действие отсутствует, следовательно, снижается
и сопротивление грунта. Поэтому за поверхность грунта в рас-
четах необходимо принимать поверхность кровли минерального
грунта, подстилающего торф.
Численный анализ показал, что при больших глубинах за-
бивки свай в минеральный грунт несущая способность сваи в
результате взвешивания торфа снижается на 10—20%, а при
малых глубинах — на 35—90%.
49
4 Зак. 656
Это положение было проверено по результатам полевых ис-
пытаний свай статической нагрузкой в торфяных грунтах в Ар-
хангельске (ЛенТИСИЗ, Ленгипрогор), Одна из скважин при-
ведена на рис. 23, а результаты статических испытаний свай —
в табл. 7.
Таблица 7
Результаты сопоставления расчетов и статических испытаний свай
и о 3 о ч я № скважин Длина свай Мощность торфа н на- сыпного грунта, м Мощность слабого грун- та, м Варианты несущей способности по расчету, тс С © 3s -у “ с = ? В! . Я X Варианты отклонений от результатов стати- ческих испытаний, % Отрицатель- ные силы трения,тс
Несуща1 собностк статичес X с X
1 1 2 з 1 1 2 3
34 1044 14 4,4 0.4 93 78 76 74 12,5 5,0 3,0 2,7
12 1985 15 5,5 3,2 90 89 74 78 12,7 11,4 5,0 3,76
12 1982 15 6,3 1,5 125 100 93 88 42,0 14,0 5,0 12,3
12 1822 15 4,2 3,9 76 68 52 48 15,8 14,1 8,0 2,2
18 1774 14 5,2 3,5 33 30 23 23 14,3 13,0 0,0 2,1
22 1852 16 4,2 3,0 68 61 55 49 13,6 12,4 11,2 1,75
22 1916 14 6,9 2,0 78 62 53 47 16,5 13,2 11,2 2,58
22а 1915 14 4,4 3,3 83 73 58 55 15,0 13,2 5,0 2,3
На основе материалов изысканий выполнены расчеты несу-
щей способности свай в трех вариантах: вариант 1 —за отметку
поверхности грунта принята кровля торфа; вариант 2 — за от-
метку поверхности принята подошва слоя торфа; вариант 3 —
за отметку поверхности принята кровля прочных минеральных
грунтов ниже торфа и других слабых отложений (ила и т. п.).
Из правой части таблицы видно, что наименьшие отклонения от
результатов статических испытаний дает расчет по варианту 3.
Отрицательные силы трения в данном случае не могли играть
решающей роли. В таблице приведены также их максимально
возможные значения. Силы трения для сваи скважины № 1982
не являются характерными, так как мощность торфа составляла
0,3 м и большие осадки не могли развиться.
«Отрицательное трение» грунта по свае является результатом
осадки слабого грунта при отсутствии или при меньшей осадке
сваи. Явление отрицательного трения в настоящее время до-
статочно хорошо изучено советскими и зарубежными исследова-
телями. Однако для торфа и здесь имеются особенности, кото-
рые и подлежат дальнейшему рассмотрению. На основе анализа
опыта строительства и свойств торфа причины и особенности
осадки торфа — среды свай — приведены в табл. 8.
Явление отрицательного трения грунта по свае к настоящему
времени теоретически и экспериментально хорошо изучено
Ю. В. Россихиным, Б. В. Бахолдиным, В. И. Берманом, Л. Зее-
вартом, К. П. Венцем, Д. Резендицем и др. Методы количествен-
ной оценки этого трения приведены в «Указаниях» [21] и «Ре-
комендациях» [15].
50
Опыт показывает, однако, что опасность возникновения мак-
симальных сил отрицательного трения часто преувеличивается
вследствие недостаточного учета инженерно-геологических усло-
вий и обстановки вокруг сооружения. Между тем это связано
со значительным увеличением длины свай. Поэтому до проек-
тирования необходимо выполнить тщательный анализ следую-
щих факторов:
грунтовая обстановка (глубина залегания торфяного слоя,
его мощность, степень заторфованности, сжимаемость);
реальная возможность появления причин осадки грунта вок-
руг свай на данном объекте (по табл. 8);
оценка изменения обстановки в целом во времени, т. е. до
и после устройства свайных фундаментов.
Таблица 8
Осадка торфа
Общие причины осадок грунта Особенности для торфа
Подсыпка территории Загрузка поверхности грунта пли пола . Возведение рядом с сооружением на сваях сооружения на фундамен- тах мелкого заложения Увеличение объемной массы при понижении уровня грунтовых вод (естественном или искусственном) Усадка грунтов в тех же условиях Уплотнение при динамических воз- действиях (колебаниях) Естественная консолидация грунто- вой толщи Основной случай. Осадки продол- жаются долго Не имеется (как при минеральных грунтах) Использование торфа как основа- ния исключается. Использование под- сыпки как основания возможно Один из частых и основных слу- чаев Специфический случай для торфа Практически исключено, так как торф слабо реагирует на динамиче- ские воздействия Практически исключена, так как торф взвешен водой
Если опасность возникновения отрицательных сил трения
реальна, то далее необходимо выполнить количественную оцен-
ку значимости этого отрицательного трения и возможных по-
следствий, т. е. выполнить соответствующие расчеты [7, 10, 15,
22].
Перейдем к сопротивлению сваи вертикальной нагрузке. Вы-
ше было сказано, что под влиянием различных условий сопро-
тивление сваи по грунту может существенно изменяться. Сде-
лаем некоторые обобщения.
В зависимости от условий работы сваи в торфяном грунте
предельное сопротивление сваи вертикальной вдавливающей
4*
51
нагрузке (несущую способность) можно вычислить по формуле
Фс = Фн±Фв±Фт, (15)
а расчетную нагрузку на сваю по формуле
(16)
где йн—коэффициент надежности; Фв — суммарное сопротивление грунта по
боковой поверхности в пределах верхнего слоя (подсыпки); Фа — суммар-
ное сопротивление грунта нижнего слоя по боковой поверхности сваи и под
ее острием; Фт— сопротивление торфа по боковой поверхности сваи.
Как можно заметить, несущая способность сваи в зависимо-
сти от условий статической работы может существенно изме-
няться. Рассмотрим более подробно конкретные случаи, часто
встречающиеся в практике. Для капитального строительства
территория обычно подготавливается намывом или подсыпкой
слоя минерального грунта на слой торфа. Поэтому в дальней-
шем и будем иметь в виду трехслойное основание. При вдавли-
вании несущая способность сваи определяется по СНиП
11-17—77.
Для вычисления сопротивления Фни Фв необходимо знать
среднюю глубину расположения слоя грунта. По изложенным
выше соображениям при определении Фн за поверхность пла-
нировки следует принимать кровлю минерального грунта, под-
стилающего торф, а при определении Фв — планировочную от-
метку (дневную поверхность).
Характерной особенностью грунтовых условий заболоченных
территорий является частое залегание под торфом переувлаж-
ненных глинистых грунтов текучей консистенции. Как известно,.
СНиП II-17—77 содержит расчетные сопротивления грунта под
нижними концами сваи только для грунтов с консистенцией
] L = 0,6. Поэтому для определения несущей способности свай
б грунтах с IL >0,6 следует использовать ВТУ [6] или инст-
рукцию [10], где сопротивления грунтов приведены до конси-
стенции Il = 1,2
Торфяной слой в пределах длины сваи сжимается под влия-
нием нагрузки, приложенной к свае, вследствие чего ее несу-
щая способность снижается. Оценка этого снижения приведена
в п. 5.15 СНиП, а более подробно — в работе Б. И. Далматюва
и др. [7]. Торф, даже уплотненный слоем намытого песка, про-
должает сохранять большую сжимаемость. Как показывает чис-
ленный анализ, при отсутствии опасности возникновения отри-
цательных сил трения верхний слой выключается из работы,,
а поэтому
Фс = Фн.
Расчетная нагрузка на сваю при возможности возникнове-
ния отрицательных сил трения определяется в соответствии
с «Рекомендациями» [15] и «Указаниями» [21, 22]. Численный
52
анализ показал, что для торфа — грунта исключительно большой
сжимаемости отрицательное трение развивается по всей длине
части сваи, находящейся выше подошвы слоя торфа, поэтому
р = J_ + - и (ZfTiT + 2A/Zn)j, (17)
«н
где йн R, F, U — соответственно коэффициенты надежности и расчетное соп-
ротивление грунта под концом сван, площадь поперечного сечения и пери-
метр сечения сваи; f /н— расчетное сопротивление i-ro слоя грунта по боко-
вой поверхности сваи ниже подошвы слоя торфа; I — толщина i-ro слоя
ниже подошвы слоя торфа; f т— расчетное сопротивление торфа по боковой
поверхности сваи; /т— толщина слоя торфа в пределах длины сваи; f ;п —
расчетное сопротивление i-ro слоя грунта подсыпки по боковой поверхности
сваи; li„— толщина i-ro слоя грунта подсыпки в пределах длины сваи.
Особенности определения /(Н и f in при наличии торфа изло-
жены выше. Дополнительно отметим, что НИИОСП рекомендует
[21] в этом случае принимать f ia с коэффициентом 0,4, а вели-
чину /т — равную 0,5 тс/м2. Если величина слоя подсыпки не
превышает 2 м, то //п и fT принимаются равными нулю. Сле-
дует отметить, что отрицательное трение, особенно при залега-
нии слоя торфа в нижней части сваи, резко уменьшает несущую
способность висячей сваи. Для свай-стоек это почти не имеет
значения.
Расчет сваи на выдергивание выполняется по формуле (9)
СНиП, причем учитывается работа всех грунтов в пределах
длины сваи.
Если расчетная нагрузка на сваю при вдавливании опреде-
ляется по результатам полевых испытаний (статической или ди-
намической нагрузкой), то здесь также следует учитывать не-
которые особенности.
Испытания свай кратковременны, а уплотнение торфа — дли-
тельное, поэтому в период испытаний торф и намытый грунт
«поддерживают» сваю, а со временем эта «поддержка» исче-
зает. Следовательно, из полученного общего сопротивления сваи
нагрузке нужно исключить сопротивление торфа и намытого
грунта в пределах длины сваи. Если же возможно появление от-
рицательных сил трения, то необходимо из полученного при ис-
пытании сопротивления сваи нагрузке вычесть удвоенное соп-
ротивление торфа и намытого грунта по боковой поверхности.
Это объясняется тем, что при испытании верхние два слоя грун-
та «поддерживают» сваю, а при возникновении отрицательного
трения эти слои не только не «поддерживают», а наоборот, —
пригружают сваю.
Пример. Определение расчетной нагрузки на сваю (на вдавливание).
Грунтовые условия: сверху — намытый среднезернистый песок 3 м
ниже — торф 3 м, еще ниже — суглинок с консистенцией Л. =0,8. Кон-
солидация торфа не закончилась. Сван марки СП-30 ростверк — на глу-
бине 1,0 м.
Определяем расчетную нагрузку на сваю только по грунту, залегающему
ниже подошвы слоя торфа. Для нахождения средней глубины залегания слоя
53
zi ii величин R и f за поверхность принимаем кровлю суглинка. При II = 0,8
в СНиП значений R и f не имеется. Используем инструкцию [10]:
при г = 6 м R = 80 тс/м2;
» г, = 1 » /ih= 0,4 » ;
» Z‘> = 3 » fzn~ 1,1 » ;
» z3 = 5 » /зн=1,4 » ;
/7 = 4 • 0,3= 1,2 м; F = 0,3 0,3 = 0,09 м2.
Расчетная нагрузка по формуле
(7) СНиП при m = mR =m.f=\.
(RaF+ W"h^h)= 7“ [80-0,09+ 1,2 (0,4 • 2+ 1,12+1,4 • 2)] = 9,9 тс.
Л I,4
Консолидация не закончилась. Учтем отрицательные силы трения песка
и торфа. За поверхность принимаем планировочную отметку:
z = 2 м; f = 4,2 тс/м2; fT= 0,5 тс/м2;
Р =— [7,2— 1,2 (5,8 —4,2-2 —3-0,5)] = 1,6 тс.
1,4
Свая почти не обладает сопротивлением нагрузке и под влиянием отри-
цательных сил треиия может опуститься даже не нагруженная. Необходимо
увеличить длину или устраивать фундаменты после завершения консолида-
ции торфа от нагрузки песком.
§ 3. Горизонтальное давление торфа на сваи
Опыт устройства и эксплуатации свайных фундаментов в
торфяных грунтах показывает, что при определенных условиях
торф может оказывать горизонтальное одностороннее давление
на сваи. Это давление является результатом: а) местной на-
грузки на поверхности торфа в непосредственной близости от
свайного фундамента; б) подвижки торфа в откосах при устрой-
Рис. 24. Расчетная схема для определения
горизонтального давления на сваю
стве выемок рядом со
свайным фундаментом.
При местной нагрузке
на поверхности наблюда-
ются относительно не-
большие перемещения
торфа, особенно при нали-
чии подсыпки на кровле
торфа. Эти перемещения
невелики, затухают во
времени, т. е. не являются
результатом пластичного
выдавливания торфа. По-
этому их можно рассмат-
ривать как деформацию
в упругой стадии, точ-
нее — в фазе линейной де-
формации. Рассмотрим
условия возникновения горизонтальных давлений на сваю, ис-
пользуя методы теории упругости.
Свая забита в минеральный грунт (рис. 24), часть ее нахо-
54
дится в торфе. Поверхность торфа всегда покрывается слоем
минерального грунта (подсыпки) толщиной Ил. На подсыпке
приложена внешняя полосовая нагрузка интенсивностью q и
шириной 2Ь (плоская задача, плоская деформация). Нагрузка
через подсыпку распределяется по кровле слоя торфа с интен-
сивностью р(х). Опытами Т. Етимова [9] установлено, что ин-
тенсивность этого давления описывается кривой Гаусса
р(х) =р^е~х2к\
откуда
/3,5
b + hntga
(18)
где ро — максимальная ордината кривой, а — угол распределения давления
в подсыпке, зависящий от соотношения Ли/& (при hn fb <1 а = 62°).
Горизонтальные напряжения для плоского напряженного со-
стояния и нагрузки, приложенной по линии, по известному ре-
шению Фламана
2Р
Р(*) = —
X‘Z
(х3 + ’
где Р — нагрузка на единицу длины; х, г — координаты точки.
Будем определять горизонтальное давление в точке А с пос-
тоянными координатами x = L, z=H.
В распределенной нагрузке р (х) выделим элемент длиной
dx. Тогда элементарная сила
dP = p(x)dx = рое k2x2dx,
а горизонтальное давление (напряжение)
= e-k^ ----__________dx.
" J [(L — л)24-№]2
Полученный интеграл, который обозначим 1р, не приводится
к табличному виду, поэтому он был вычислен для характерных
значений L, Н и k на ЭЦВМ «Наири-2». Значения интеграла
приведены в табл. 9.
Из условия равенства внешней нагрузки и нагрузки по по-
верхности торфа, т. е. площади эпюры напряжений, можно
найти

2bkq
рх = 1р = 0,72 bkqlr (19)
71У
55
Таблица 9
Значения 1Р и I s
£, м Н, м /о при k, 1/м I s при р. = 0,3
0,1 0,2 о,1 0,2
1 1,036 0,579 —0,588 0,071
5 3 0,250 0,151 1,302 1,821
6 0,079 0,044 2,599 2,504
9 0,034 0,017 3,021 2,447
1 0,589 0,150 -1,401 -0,820
10 3 0,185 0,090 1,363 0,999
6 0,075 0,046 3,642 2,520
9 0,038 0,024 4,652 3,095
1 0,095 0,024 -2,749 —1,466
20 3 0,064 0,023 -0,600 -0,455
б 0.045 0,020 1,997 0,877
9 0,332 0,016 3,831 1,899
1 0,012 0,0056 3,439 — 1,734
30 3 0.012 0,0056 -2,415 -1,224
6 0,011 0,0054 -0,909 —0,489
9 0,011 0,0051 0,492 0,203
Определив рх в нескольких точках по длине сваи в пределах
слоя торфа, можно выполнить проверку прочности сваи, поль-
зуясь обычными методами расчета.
Пример. Определить рх при 6 = 5 м, q = 6 т/м2, Н=3 м, £=10 м, 6 = 0,1 >/м;
по табл. 9 1р = 0,185. Тогда
рж= 0,72 bkqlp= 0,72-5-0,1.6-0,185 = 0,4 тс/м2.
Представляет интерес возможная деформация сваи при гори-
зонтальном перемещении торфа под влиянием нагрузки на по-
верхности. Гибкая свая может иметь запас прочности, но быть
недопустимо деформированной в результате перемещения тор-
фа, в котором она защемлена. Определим перемещения торфа
для принятых ранее условий плоской деформации. По Л.С.Лей-
бензону горизонтальное перемещение точки Sr при нагрузке на
поверхности Р (т/м) (по линии)
s — + Iх) Г xz _ Л _ \ о 1
г пЕ [ г2 \ 1—р- / ’
где ц — коэффициент бокового расширения; £ — модуль упругости.
В распределенной нагрузке р(х) выделяем элемент длиной
dx и после подстановок и преобразований получаем полное пе-
ремещение
5 = + .'х) f е - £2Я H _ /( _ 2?\ arc t dx.
т.Е J LH-*)3 + tf3 \ 1— Г/ Р J
56
В этом выражении интеграл, который обозначим Is, не при-
водится к табличному, поэтому он был вычислен на ЭЦВМ
«Наири-2». Величины Is представлены в та<бл. 9.
0,1
Точки сроднив по опытам
О
8 Hi d, см
Рис. 25. Давление торфа на сван
а — в зависимости от скорости перемещения; б — в зави-
симости от ширины сваи
Заменяя р0 его значением, получим
Sr = g.-36.*fo <1 /г (20)
Е
Пример. Определить Sr при Я=3 м, L=10 м, 6 = 5 м, 9=6 тс/м2, 6 = 0,1,
Е = 2,5 кгс/см2=25 тс/м2, р=0,3, по табл. 9 I s = 1,363. Тогда
„ 0,33-5-0,1 -6 (14-0,3)
о,. =-----------------------= 0,056 м.
г 25
Перейдем к горизонтальному давлению торфа на сваи в ре-
зультате подвижек торфа в откосах. При устройстве выемок
57
в неосушенном торфе откосы начинают медленно смещаться
(ползти, течь) в сторону выемки. Сваи в зоне смещения под-
вергаются горизонтальному давлению. В отличие от предыду-
щего случая перемещения торфа значительные и незатухающие.
Торф продавливается сквозь свайиый ряд, а сваи прорезают
торф. Таким образом, в данном случае величина горизонталь-
ного давления обусловлена прочностью торфа. Явления, проте-
кающие в этом случае, настолько своеобразны, что еще не
имеют теоретического решения, поэтому они были изучены экс-
периментально совместно автором и В. М. Швецовым на спе-
циальном лотке.
Некоторые результаты опытов в обработанном виде приве-
дены на рис. 25. Опыты показали, что по мере вдавливания
сваи в торф давление увеличивается сначала быстро, затем мед-
леннее, приближаясь к постоянной величине. Происходит срез
торфа по периметру сваи. Давление увеличивается с увеличе-
нием скорости движения торфа до 0,5 мм/мин, а затем остается
постоянным. Давление уменьшается с увеличением ширины
сваи. Эпюра давлений — трапеция с большим основанием
в нижней части.
Опыты в полевых условиях проводились в Архангельске пу-
тем замера усилий в распорках креплений траншеи в виде вер-
тикальных стоек. Абсолютная величина давления достигала
0,5 кгс/см2 = 5,0 тс/м2, эпюра давления — трапеция с боль-
шим основанием внизу.
Для количественной оценки величины давления торфа на
сваю можно использовать решение теории пластичности о про-
давливании материала через матрицу. Как показывают сопо-
ставления, в этом случае получается относительно хорошее
совпадение с результатами опытов.
Величина горизонтального давления движущегося торфа на
вертикальную поверхность сваи (тс/м2) приближенно вычис-
ляется по формуле
bed
Рт = ------г ,
a~d
где с — сцепление торфа, тс/м2; d — диаметр круглой сваи или стороны се-
чения квадратной, м; а — расстояние между осями свай (нормально к на-
правлению давления), м.
Пример. Определить горизонтальное давление торфа на сваю при опол-
зании торфяного откоса. Сваи сечением d=0,3 м погружены в минеральный
грунт через поверхностный слой торфа мощностью 3 м. Расстояние между
осями свай a = 3d=0,9 м. Сцепление торфа с=0,1 кгс/см2=1,0 тс/м2.
Интенсивность горизонтального давления
bed 5-1 -0,3
Рт: = -----= —---------= 2,5 тс/м3.
а - d 0,9—0,3
Равнодействующая давления на одну сваю в пределах всего слоя торфа
Рт = 2,5-0,3-3 = 2,25 тс.
(21)
58
В заключение этой главы приведем несколько общих реко-
мендаций по проектированию свайных фундаментов в торфяных
грунтах.
Сваи должны погружаться в минеральный грунт ниже по-
дошвы слоя торфа не менее 1 м в песчаные грунты и 3 м —
в глинистые. Стыки свай должны располагаться не ближе 3 м
от подошвы слоя торфа. Применение набивных безоболочковых
свай исключается. Ростверки зданий и сооружений рекомен-
дуется закладывать как можно выше. Возможно устройство вы-
соких ростверков; цокольная часть здания должна закрываться
навесными плитами. При залегании торфа у поверхности и
однорядном расположении свай должна быть предусмотрена
жесткая заделка -свай в ростверк. Если возможна горизонталь-
ная подвижна торфа рядом со зданием, построенным на свай-
ных фундаментах, то рекомендуется при малой мощности тор-
фа производить выторфовку в пределах контура здания.
Учет работы ростверка (по подошве) в несущей способности
свайного фундамента при наличии торфа не следует допускать.
Расчет свайного фундамента по деформациям выполняется
обычным путем. Однако для определения границ условного фун-
дамента наклонные линии под углом ср/4 к вертикали прово-
дятся от точек пересечения наружных граней крайних свай с
подошвой слоя торфа до горизонтальной плоскости, проходящей
ч^рез концы свай. Следует иметь в виду, что среднее давление
на грунт в плоскости нижних концов быстро возрастает с умень-
шением заглубления свай в минеральный грунт, залегающий под
торфом.
ГЛАВА V
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ
§ 1. Подготовка заболоченной территории
В практике строительства получили распространение следую-
щие способы подготовки: а) выторфовывание, б) осушение,
в) подсыпка (или намыв), г) комбинация этих методов.
Выторфовывание заключается в полном удалении торфа л
замене его минеральным грунтом. Этот способ обладает суще-
ственными достоинствами. Строительство можно начинать не-
медленно после отсыпки грунта. Отсыпанный грунт является
готовым основанием дорог, коммуникаций, а иногда зданий и
сооружений.
Однако этот метод очень дорогой и трудоемкий, особенно
если он применяется как сплошное выторфовывание по боль-
шой площади. Кроме того, здесь возникают производственные
трудности, особенно с транспортом. Учитывая эти недостатки,
выторфовывание применяется, как правило, только местное:
под линейными сооружениями (дорогами) или отдельными зда-
ниями.
Осушение торфяного массива осуществляется системой глу-
боких дрен с последующим понижением уровня грунтовых вод.
В результате этого происходит снятие фактора взвешивания,
уплотнение и подсушивание торфа, стабилизация его поверх-
ности. Одновременно улучшаются санитарно-гигиенические усло-
вия территории. Осушение является относительно дешевым ме-
тодом. Но и он обладает значительными недостатками как в пе-
риод производства работ по осушению и строительству, так и
уже в период эксплуатации сооружений.
Осушение — процесс очень длительный (десятки лет) и ма-
лоэффективный. Радиус действия дрен 10—15 м, а это требует
очень густой дренажной сети. После осушения влажность тор-
фа, хотя и неводонасыщенного, остается очень высокой. Осуше-
ние торфа приводит к его медленному и значительному уплот-
нению — оседанию поверхности торфа на 30—40% мощности
слоя. В период эксплуатации оседают дороги и тротуары, зда-
ния на сваях «вылезают» из грунта, оседают подземные комму-
никации, трубы на сваях подвергаются усиленной нагрузке от
оседающего торфа и т. п. Следует добавить, что как осушение,
так и оседание торфа всегда неравномерно, вследствие чего и
поверхность носит волнообразный характер.
60
Подсыпка территории заключается в том, что на поверхности
торфа отсыпается или намывается слой минерального грунта.
Под действием нагрузки происходит сжатие торфа, уплотнение,
улучшение его строительных свойств. Наиболее целесообразна
подсыпка (намыв) песчаным грунтом, который не только сам
быстро и хорошо уплотняется, но и является дренирующим
слоем, ускоряя тем самым консолидацию торфа. Территория
площадки повышается, санитарные условия улучшаются.
Особенно большое значение подсыпка (намыв) имеет для
производства строительных работ. На подсыпанной территории
технология и организация строительных работ почти не отли-
чаются от обычных. Недостатком этого метода является его от-
носительно высокая стоимость, но преимущества делают этот
метод наиболее целесообразным. Опыт строительства в Северо-
двинске, Архангельске, Киеве, Новокузнецке, Ленинграде и др.
подтверждает сказанное.
Иногда применяется комбинация перечисленных методов.
Следует отметить, что экономическая сторона разных методов
изучена еще недостаточно.
/7777777777777777777777777777/777777,
Рис. 26. Выпор торфа при намыве песка
Остановимся более подробно на методе намыва. Необходи-
мо обратить внимание на то, что ход и результаты намыва тер-
ритории связаны со строительными свойствами торфа.
В результате намыва торф уплотняется и оседает. При на-
мыве слоя песка толщиной 1-—4 м осадка торфа составляет
15—60% его первоначальной мощности. Интересно отметить,
что сжимается главным образом верхняя половина пласта тор-
фа. У края намытой территории, т. е. на границе песок — торф,
развиваются сдвигающие напряжения, которые иногда вызы-
вают разрушение торфа. Это сопровождается значительными
смещениями торфа, выпиранием его из-под намытого песка
(рис. 26). Таким образом, торф и песок имеют переменную мощ-
ность и, следовательно, вся территория представляет собой край-
не неоднородное основание.
Исследованиями Н. П. Коваленко и А. Д. Худякова [11]
установлена связь этих явлений со свойствами торфа и высотой
61
намытого слоя, предложена особая технология намыва. На тер-
ритории намыва по сетке 25X25 м крыльчаткой Л. С. Амаряна
[1] устанавливается среднее сопротивление торфа сдвигу
(т, кгс/см2). Результаты наносятся на планшет, и территория
разделяется на три технологические зоны. Технология намыва
зависит от этого зонирования.
1. Зона устойчивой торфяной залежи (т > 0,12 кгс/см2). За-
лежь проходима для гусеничных машин. При производстве ра-
бот без образования выпора может намываться песчаный слой
3 м и более за один прием.
2. Зона торфяной залежи средней устойчивости (т = 0,06-н
-т-0,12 кгс/см2). Залежь проходима для гусеничных машин на
уширенных («болотных») гусеницах или с использованием бре-
венчатых бон. Намыв послойный. Толщина первого слоя зави-
сит от среднего сопротивления торфа сдвигу:
Сопротивление торфа сдви. у т, кгс/см2 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12
Толщина первого слоя песка, м 1,80 2,10 2,30 2,50 2,70 2,85 3,00
3. Зона неустойчивой торфяной залежи (т < 0,06 кгс/см2).
Залежь не проходима для гусеничных машин. Подготовка к на-
мыву осуществляется зимой или после устройства гатей. Намыв-
первого слоя песка без выпора торфа возможен только в пре-
делах 0,5—0,6 м, второй и остальные слои — в пределах 1,0—
1,2 м. Такая технология является трудоемкой. Более целесооб-
разно использовать зимний период: убирать снег, увеличивать
промерзание торфа, а затем выполнять отсыпку или намыв
песка. Толщина первого слоя песка зависит от толщины мерз-
лого торфа. До полного оттаивания погребенного мерзлого слоя
торфа фактическая планировочная отметка территории будет
выше проектной на величину 0,2/гм — 0,6/гм , где /гм —толщина
мерзлого слоя торфа:
Толщина мерзлого слоя, м 0,1 0,2 0.3 0,4 0,5
Толщина первого слоя 1,2 2,0 3,0 3,5 4,0
песка, м
§ 2. Организация строительства
Общие особенности. Заболоченность территорий строитель-
ных площадок вызывает исключительно большие трудности в
организации и технологии строительных работ. Низкая проч-
ность торфа и высокий уровень грунтовых вод затрудняют про-
хождение даже специальных гусеничных машин. Использова-
62
ние автотранспорта исключено. Временные дороги на песчаных
подсыпках быстро приходят в негодность, сборные плиты, уло-
женные на торф, постепенно тонут. Откосы котлованов сползают
или оплывают, причем эона обрушения распространяется на
большое расстояние от котлована. Вместе с откосами в котло-
ван сползают строительные машины. Движущийся в откосах
торф оказывает большое давление на уже забитые сваи, под-
земные трубопроводы и колодцы, не только смещая их, но и
разрушая.
Разработка торфа часто затруднена пнистостью залежи.
Торф почти не обладает внутренним трением и поэтому оказы-
вает значительное давление на крепления, которые приходится
делать очень мощными. Погружение шпунта затрудняется пни-
стостью. При устройстве выемок и откачке воды происходит
частичное осушение торфа, опускание его поверхности. Это вы-
зывает повреждение уже готовых подземных сетей, создает
условия для обрушения откосов. Вследствие большой сжимае-
мости торфа его поверхность оседает под нагрузкой от отвалов
грунта, штабелей строительных материалов. Торф хорошо пере-
дает колебания. В результате при забивке свай, движении тран-
спорта приходят в расстройство стыки трубопроводов, уложен-
ных в торфе.
Этот перечень можно продолжить, но уже из оказанного
видно, насколько затруднено строительство на заболоченной
территории. Отсюда вытекают два важнейших требования.
1. Строительство должно вестись только по предварительно
составленному проекту организации и производства работ с уче-
том особенностей торфа.
2. Для организации строительной площадки, а также из по-
жарных и санитарных соображений территория должна быть
предварительно засыпана минеральным грунтом. Минимальная
толщина подсыпки для прохода легких механизмов — 1,0 м,
тяжелых — 1,5 м.
После такой подсыпки организация строительства в целом
выполняется по обычным правилам, а технология работ суще-
ственно облегчается.
Календарный график. Календарный график строительства со-
ставляется с учетом подготовки территории и далее по обычным
техническим соображениям. В качестве одного из вариантов
приводится график работ по застройке заболоченной терри-
тории, разработанный трестом Оргтехстрой (Архангельск).
В календарных графиках есть особенности, связанные с про-
кладкой инженерных коммуникаций.
Коммуникации прокладываются почти всегда после возве-
дения коробки здания. Прокладывать (коммуникации до погру-
жения свай нельзя из-за того, что трубопроводы разрушаются
вследствие сотрясений при погружении свай. Нельзя их прокла-
63
График застройки заболоченной территории
[976 г. 1977 г.
1 11 Ill IV V 1 VI .VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Подготовительный пе- риод. Заготовка песка, ук- ладка пульпопроводов. Монтаж насосных станций, обвалование карт намыва, устройство фильтрацион- ных и водоотводящих ка- налов. Установка нивели- ровочных марок. Устрой- ство временных дорог, вре- менного электроснабжения Гидронамыв площадки по подготовительным кар- там. Нивелировка конт- рольных марок Отстой намытого песка. Поддержа- ние в исправном состоянии водоот- водных канав Общестронтельные рабо- ты. Возведение временных зданий и сооружений. Мон- таж башенных кранов. Устройство фундаментов. Со- оружение надземной части. Внутренние монтажные н специальные работы Вертикальная планировка. Устройство наружных комму- никаций, дорог. Благоуст- ройство территории. Демон- таж башенных кранов. От- делочные работы. Окончание строительства и сдача в эк- сплуатацию
дывать и после забивки свай, но до возведения надземной части,
так как забитые сваи отклоняются в результате подвижек торфа,
в сторону траншей. Кроме того, прокладка трубопроводов до
возведения здания ограничена возможностью раздавливания
труб от массы башенных кранов, строительных материалов и
машин.
Другая особенность заключается в том, что башенный кран
монтируется на строительной площадке до начала забивки свай.
Тем самым упрощается процесс подачи свай к месту погруже-
ния.
Технологические районы. Для правильной организации и тех-
нологии производства работ по устройству глубоких котлованов
и траншей необходимо знать: а) в каких грунтовых условиях
будут отрываться выемки; б) где находятся соответствующие,
грунтовые условия; в) какие методы производства работ в этих
условиях рекомендуются. Торф, как правило, залегает вместе
с другими слабыми грунтами. Разные сочетания этих грунтов,
наличие грунтовых вод усложняют организацию и технологию
работ. Строительной организации целесообразно заранее иметь
представление о грунтовых условиях на всей территории строи-
тельства, о возможных затруднениях и способах их преодоле-
ния. Это позволит заранее подготовиться к производству работ
в этих условиях. Отсутствие таких материалов может привести
к тяжелым последствиям. Так, при застройке одного из районов
Ленинграда уже готовые дома длительное время не могли быть
заселены только потому, что не были готовы инженерные сети.
А устройство сетей задерживалось все новыми и неожиданными
трудностями производства работ в результате частой смены
грунтовых условий (плывуны, приток воды, обрушение откосов
и др.).
На кафедре «Основания и фундаменты» ЛИСИ (Л. В. Ива-
нов, Л. Г. Заварзин) разработан метод оценки застраиваемых
территорий для производства работ, заключающийся в обобще-
нии грунтовых условий и составлении необходимых схем. От-
личительной стороной метода является его наглядность.
Метод состоит в следующем. Обобщаются инженерно-геоло-
гические условия на всей территории строительства. Колонки
буровых скважин классифицируются по строительным призна-
кам, составу грунтов, мощности слоев, уровню грунтовых вод,
склонности грунтов к плывунным явлениям, водообильности и
др. Производится укрупнение (группировка) сходных колонок
в типичные схемы. Вводятся поправки на изменение грунтовых
условий в связи с будущим намывом или осушением заболочен-
ной территории. Условными значками типичные колонки-схемы
наносятся на планшет. Затем вся территория расчленяется на
участки с одинаковыми колонками, т. е. одинаковыми условиями
производства работ по устройству котлованов. Эти участки на-
ft За к. 655
65
зываются технологическими районами. На плане технологиче-
ских районов кратко освещаются вопросы, касающиеся грунтов
и грунтовых вод, условия производства работ, рекомендуемые
меры при отрывке котлованов и траншей.
В качестве примера ниже приводится краткое описание тех-
нологических районов на одной из вновь застраиваемых терри-
торий Ленинграда (рис. 27).
Обозначения технологических районов:
Рис. 27. Технологические районы строительства
Технологический район I. Сверху небольшой слой песка
(О—2,0 м) естественного залегания или намытого, ниже — мощ-
ная толща связных грунтов (моренных суглинков и супесей).
Между этими слоями иногда встречаются линзы торфа. Уровень
грунтовых вод высокий — 1,0 м от поверхности.
Условия производства работ — благоприятные. Откосы
устойчивы, возможно только осыпание поверхностного слоя.
Приток воды в котлованы и траншеи — незначительный. Про-
изводство работ — открытым способом. Заложение откосов вы-
емок — по СНиП Ш-Б.1—71. Отрывка длинных траншей участ-
ками (захватками) с последующей укладкой труб и засыпкой.
Технологический район II. Сверху небольшой слой песка
(0—2 м) естественного залегания или намытого, ниже — мощ-
ная толща мягкопластичных суглинков. Между этими слоями
66
часто встречаются линзы торфа. Уровень грунтовых вод высо-
кий — 1,0 м от поверхности.
Условия производства работ менее благоприятные. Возмож-
но осыпание верхнего слоя песка и через некоторое время —
оползание откосов выемок. Приток воды — небольшой, через
верхний слой песка. Производство работ — открытым спосо-
бом. Заложение откосов выемок — по СНиП Ш-Б.1—71. От-
рывка длинных траншей участками (захватками) с последую-
щей быстрой укладкой труб и немедленной засыпкой.
Технологический район III. Сверху слой насыпных или намы-
тых грунтов (1,0—3,0 м), ниже — торф слабый, водонасыщен-
ный, мощностью 1—3 м. Под торфом — супеси пылеватые и
суглинки мягкопластичные. Уровень грунтовых вод высокий —
1,0 м от поверхности.
Условия отрывки выемок неблагоприятные. Возможно осы-
пание верхнего слоя и выдавливание торфа под влиянием при-
грузки. При вскрытии подстилающих торф супесей возможно
немедленное оплывание стенок траншей. Приток воды средний,
через верхний слой и подстилающие супеси. Рекомендуется стен-
ки котлованов и траншей крепить щитами или шпунтовым
ограждением. Водоотлив открытый.
Технологический район IV. Сверху насыпной или намытый
грунт (0—2,8 м), ниже — местами линзы торфа. Далее мощная
толща пылеватых, водонасыщенных супесей. Уровень грунтовых
вод — на 1,0 м от поверхности.
Условия строительства неблагоприятные. Возможно осыпа-
ние откосов верхнего слоя. При вскрытии супесей — оплывание
стенок траншей, появление грифонов (сосредоточенного тока во-
ды — ключей), заполнение выемок плывуном. Плывуны с низ-
кой водоотдачей. Грунты в откосах очень чувствительны к дина-
мическим воздействиям. Отрывку траншей необходимо выпол-
нять в шпунтовом ограждении. Водоотлив открытый.
Технологический район V. Мощная толща песков тонкозерни-
стых или разнозернистых. Водоупора в пределах разведенной
толщи не обнаружено. Уровень грунтовых вод высокий — 0,5 м
от поверхности.
Условия производства работ неблагоприятные. Откосы вы-
емок неустойчивы, особенно при откачке воды. Мощный приток
грунтовых вод. Возможны плывунные явления, суффозия. Зна-
чительное давление грунта на крепления котлованов и траншей.
Разрыхление дна котлована восходящим током воды. Рекомен-
дуемые меры зависят от водопроницаемости грунтов: а) при
коэффициенте фильтрации К > 2 м/сут требуется искусственное
понижение уровня грунтовых вод иглофильтрации; б) при
С 2 м/сут необходима забивка глубокого металлического
шпунта. Водопроницаемость грунтов необходимо изучить до про-
изводства работ.
5*
67
§ 3. Технология строительства
Технология строительства на территории, подготовленной на-
мывом (подсыпкой) почти не отличается от обычной. Отметим
только некоторые особенности.
Отрывка котлованов выполняется экскаваторами с обратной
лопатой и драглайном. Если здание имеет подвал, то отрывку
ведут до глубины низа подвала плюс 1 м. Этот лишний метр за-
сыпается песком, т. е. устраивается песчаная подушка для более
равномерного распределения давления на торф от машин и
строительных материалов. Вынутый из котлована (намытый)
песок остается в запасе.
Котлован или траншея не отрываются сразу полностью. От-
рывается только часть, в которой в течение смены может быть
закончена работа (уложены трубы, блоки, произведена обрат-
ная засыпка). Это делается потому, что если откопать весь кот-
лован сразу, то может произойти выдавливание торфа из-под
песка в котлован и обрушение откоса. Такая технология приво-
дит к простою экскаваторов, но это вынужденная мера.
Откосы котлованов в верхней части, т. е. в пределах намы-
того влажного песка, держатся под углом около 45°. Если же
выемка отрывается в торфе, то устойчивость откосов зависит от
многих факторов, в частности от степени разложения торфа.
Слаборазложившийся торф хорошо держит откосы с заложе-
нием 1,5—2,0 (под углом 65—75° к вертикали). Откосы сильно
разложившегося торфа часто оплывают. Более подробно устой-
чивость торфяных откосов рассматривается в конце главы.
Крепление стен котлованов и траншей зависит от обстановки.
Откосы котлованов, как правило, не крепятся; оползшие массы
торфа убираются. Откосы котлованов в стесненных условиях
и откосы траншей необходимо крепить. Ранее было отмечено,
что торф в неуплотненном состоянии имеет угол внутреннего
трения, близкий к нулю. Таким образом, он развивает горизон-
тальное давление в максимальной степени — как жидкость.
Поэтому несмотря на небольшую объемную массу торфа это
давление очень велико и крепления должны быть прочными.
В практике строительства, например в Архангельске, чаще
всего крепление траншей делается следующим образом. Отры-
вается пионерная траншея до уровня грунтовых вод. По краям
вдоль пионерной траншеи на ее дно укладывается по два брев-
на с зазором, равным диаметру бревна. Между каждой парой
бревен как направляющими забивают маячные сваи с погру-
жением на 1 м в минеральный грунт, скрепляют их болтами
или скобами с направляющими. Затем между маячными сваями
забивают пакеты шпунта.
Возможны и другие типы креплений, например металличе-
ским шпунтом. Следует иметь в виду, что пнистость залежи ме-
шает погружению шпунта на требуемую глубину.
6S
Водоотлив из котлованов и траншей осуществляется обыч-
ными средствами, т. е. центробежными и поршневыми насосами
открытым способом. Приток воды через торфяные грунты обыч-
но небольшой, так как последние имеют обычно небольшую во-
допроницаемость и обладают малой водоотдачей. Приток через
дно котлована из минерального грунта зависит от водопрони-
цаемости грунта. При наличии мелкозернистых и пылеватых
песков в основании фундаментов необходимо применение глу-
бинного водоотлива, т. е. искусственного понижения уровня
грунтовых вод.
Устройство песчаных подушек и фундаментов на естествен-
ном основании выполняется обычными методами.
Свайные работы выполняются обычными методами. Верхний
намытый грунт пробивается сваей без затруднений. Через торф
свая проходит под действием собственной массы или с легкими
ударами молота (дизель-молоты глохнут). Точность погруже-
ния разная, зависит от типа сваебойного агрегата. Большая точ-
ность достигается при забивке копром, меньшая — агрегатами
на базе экскаватора. Если свая проходит через торф и упирается
в погребенный пень, то она может отклониться от своего поло-
жения. При забивке свай наблюдаются большие колебания
грунта вокруг сваи, агрегата и точность забивки снижается.
Поэтому при застройке заболоченных территорий лучше не при-
менять ростверки, требующие высокой точности, например
сборные.
Специфической особенностью устройства свайных фундамен-
тов в рассматриваемых условиях является то, что после забивки
свай нельзя рядом отрывать выемки (котлованы, траншеи).При
отрывке выемок откос торфа начинает медленно двигаться в их
сторону, оказывая горизонтальное давление на сваи, смещая их
и даже ломая.
Так, в Архангельске уже после возведения здания детского
сада одна из стен разрушилась. Оказалось, что в непосредствен-
ной близости от здания отрывалась траншея для прокладки
сетей. Кровля подстилающего торф минерального грунта имела
небольшой уклон в сторону траншеи. Торфяной откос пришел
в движение. Под действием горизонтальной нагрузки сваи сме-
стились, сломались на уровне кровли минерального грунта, же-
лезобетонный ростверк разорвался. В результате стена оторва-
лась, упала и разрушилась.
На другом объекте после забивки одного ряда свай под сте-
ну девятиэтажного общежития рядом также стали проклады-
вать сети. В результате тех же явлений сваи получили смещение
на 20—30 ом.
Не рекомендуется забивать сваи вблизи уже уложенных
в торф трубопроводов. Вследствие больших ^колебаний стыки
расстраиваются.
69
Дороги строительных площадок делаются из сборных желе-
зобетонных плит, уложенных на поверхность минерального грун-
та (не менее 1,0 м) или с небольшой подсыпкой выравниваю-
щего слоя. Использовать песчаный слой непосредственно в ка-
честве дороги не следует, так как он быстро разрушается.
§ 4. Устойчивость торфяных откосов
Устройство котлованов для фундаментов в торфяных грун-
тах связано с вопросом условий работы торфа в откосах выемок.
Опыт строительства показывает, что устойчивость торфяных от-
косов существенно отличается от земляных.
Изучение строения и гидрогеологических условий торфяных
откосов, проводившееся автором*, показало, что они имеют
много общего со строением откосов, сложенных минеральными
грунтами. Влияние происхождения торфа на устойчивость отко-
сов еще мало выяснено.
Совершенно иную значимость имеет степень разложе-
ния торфа. В силу условий образования торфяного массива он
обычно сложен по глубине торфом разной степени разложения.
Очень часто в верхней части массива торф менее разложив-
шийся, а в нижней — более разложившийся. С увеличением сте-
пени разложения резко уменьшается водопроницаемость тор-
фа, вследствие чего соответствующие пласты становятся водо-
упором. Фильтрующиеся сверху атмосферные осадки задержи-
ваются сильно разложившимся слоем торфа. В откосе обра-
зуется переувлажненный прослоек с малым сопротивлением
сдвигу — потенциальная поверхность скольжения откоса.
Объемная масса является главной причиной обрушения, если
нет внешних нагрузок. Объемная масса торфа колеблется около
1,0 т/м3, ниже уровня грунтовых вод она фактически равна ну-
лю. Этим объясняется тот факт, что затопленные откосы сохра-
няют свою форму долгое время.
Сопротивление сдвигу и сцепление — важнейшие факторы,
непосредственно обусловливающие устойчивость откоса (см. гла-
ву I). Сжимаемость торфа довольно своеобразно влияет на
устойчивость откосов. При осушении торфяного массива пони-
жается уровень грунтовых вод, снижается эффект взвешивания,
объемная масса торфа увеличивается с 0 до 1,0 т/м3. Вследствие
исключительно большой сжимаемости откос получает осадку от
собственной массы. Пласты торфа получают наклон в сторону
выемки, что увеличивает опасность скольжения глыб торфа. При
наличии слабого слоя глыба отрывается от массива, скользит по
наклонному пласту и падает в выемку.
* В кн.: «Вопросы сооружения и эксплуатации насыпей иа болотах». М,
Стройиздат, 1965.
70
Главнейшими причинами нарушения устойчивости торфяных
откосов являются:
а) внешние воздействия:
увеличение крутизны откосов (отрывка выемок, подрезка
склонов, подмыв склонов и берегов);
увеличение внешней нагрузки на бровке откоса;
динамические воздействия;
гидростатическое давление воды в трещинах;
б) увеличение нагрузки от объемных сил:
увеличение массы торфа при снятии фактора взвешивания;
увеличение массы при увлажнении атмосферными осадками;
гидродинамическое давление;
в) уменьшение сопротивлений:
уменьшение сопротивления торфа сдвигу;
изменение свойств при промерзании и оттаивании торфа;
суффозия (механическая);
Рис. 28. Формы обрушения торфяных откосов
а — обвал; б — обрушение со срезом и вращением; в — скол при про-
садке; г — скольжение; д — выдавливание; е — сплыв
искривление слоя торфа при осушении;
г) факторы, снижающие общую устойчивость торфяных от-
косов:
наличие слабых и скользких прослойков в основании торфя-
ного пласта;
уклон минерального дна в сторону откоса;
нарушение сплошности торфяного массива.
Фор'мы нарушения устойчивости торфяных откосов имеют
много общего с соответствующими явлениями в минеральных
грунтах. Основные формы обрушения торфяных откосов при-
ведены на рис. 28.
Защитные меры против оползания вытекают из особенностей
торфяных откосов и их назначения.
71
Механизм торфяных оползней более однообразен, чем меха-
низм оползней в минеральных грунтах. Поэтому комплекс про-
тивооползневых мероприятий сравнительно узок и носит в основ-
ном профилактический характер. Кроме того, торфяной откос
в промышленном и гражданском строительстве — явление вре-
менное, только в период производства земляных работ, поэтому
можно предложить следующие .профилактические мероприятия:
а) осушение торфяной залежи; б) уположение откоса; в) креп-
ление откоса; г) отвод поверхностных вод; д) быстрый темп про-
изводства работ по отрывке котлована и устройству фунда-
ментов.
§ 5. Основания башенных кранов
В настоящее время в промышленном и гражданском строи-
тельстве используются башенные краны разнообразных типов.
Их основные параметры следующие: давление на ходовое колесо
11—27 тс, ширина колеи 3,5—8,0 м, допускаемая разность отме-
ток рельсов 30—60 мм, расстояние до здания 1,2—2,7 м, ширина
.земляного полотна 6,2—11,3 м. Таким образом, башенный кран
Рис. 29. Напряженное состояние основания башенного крана
является тяжелым и высоким механизмом, чувствительным к
неравномерным осадкам основания.
Руководящие материалы по устройству оснований башенных
кранов в рассматриваемых условиях, т. е. при наличии торфа,
•очень бедны. К ним относятся: «Правила устройства и безопас-
ной эксплуатации грузоподъемных кранов», «Инструкция по
устройству, эксплуатации и перебазированию подкрановых пу-
тей для строительных башенных кранов» (СН 78—73), в которой
говорится о необходимости удаления из основания раститель-
ного слоя и содержатся требования к грунту (качеству, уплот-
72
нению) земляного полотна, и «Инструкция по подготовке пло-
щадок под устройство рельсовых путей и монтажу башенных
кранов» (ВСН 126—73), указывающая, что при наличии торфа
в основании башенного крана последний должен быть пол-
ностью удален.
Действительно, торф при своей очень большой сжимаемости
не может служить непосредственно основанием путей башенных
кранов. Однако при намыве (подсыпке) заболоченной площадки
положение существенно изменяется. С одной стороны, в верх-
ней части основания появляется слой хорошего минерального
грунта, а с другой — торф уплотняется массой этого минераль-
ного грунта, т. е. свойства его улучшаются. В практике строи-
тельства (Архангельск, Нижневартовск и др.) имелись случаи,
когда торф оставался в толще основания путей, поэтому целе-
сообразно рассмотреть как общие особенности работы естест-
Рис. 30. Методы устройства оснований башенных кранов
а —. выторфовывание и песчаная подушка; б — насыпь и железобетонная
плита; в — на сваях; г — предварительная перегрузка
венного основания башенного крана при наличии торфа, так и
возможные варианты устройства оснований кранов.
Особенности работы основания башенного крана изображе-
ны на рис. 29. Обычно пути кранов опираются на намытый
грунт. Ниже залегает торф переменной мощности. Давление
крана и рельсов вызывает появление в основании нормальных
и касательных напряжений. Под влиянием вертикальных напря-
жений торф будет сжиматься. Если он неоднороден, имеет
73-
разную мощность или сжимаемость, то осадка будет неравно-
мерной, с соответствующим изгибом рельсов и наклоном крана.
Башенный кран находится на бровке котлована. Если обра-
зуется поверхность скольжения, то весь откос может обрушиться
в сторону котлована. Следует отметить, что торфяные грунты
в неуплотненном состоянии обладают малым сопротивлением
сдвигу. При очень слабом торфе и сапропеле возможно отжатие
этих грунтов в сторону, особенно в сторону котлована. Горизон-
тальное давление торфа может привести к деформации (на-
клону) уже забитых свай в котловане, особенно при большой
мощности торфа.
Учитывая изложенное, можно рекомендовать следующие
варианты устройства оснований башенных кранов (рис. 30).
1. Полное выторфовывание и замена торфа песком — при
малой мощности торфа (до 2 м), а также и при большой, если
влажность торфа составляет 800—1500%. При разработке грун-
та котлован отрывают шире, чем это требуется для устройства
фундаментов. Затем это уширение засыпается песком и на нем
устраивается балластная призма и подкрановый путь.
2. Устройство дополнительной 2-метровой насыпи и укладка
железобетонных плит — при мощности слоя намыва около 3 м
и относительно хорошем качестве торфа под песком (1Г<800%);
мощность торфа 1—2 м.
3. Устройство свайного основания — при малой толщине слоя
намыва, большой мощности слоя торфа, тяжелых кранах.
4. Временная перегрузка — во всех случаях. Метод заклю-
чается в устройстве насыпи на поверхности намытого слоя. На-
сыпь устраивается выше требуемого уровня. Масса грунта в объ-
еме этого превышения соответствует массе крана. После зату-
хания осадки насыпи излишняя часть разбрасывается в сторо-
ны и устраивается рельсовый путь. Таким образам, степень
уплотнения торфа уже соответствует нагрузке от грунта и кра-
на, поэтому появление крана не влечет за собой значительных
дополнительных осадок.
Расчет оснований башенных кранов со всей их спецификой
в настоящее время еще не разработан, но можно указать глав-
ные особенности. Для варианта 2 следует выполнить расчет по
несущей способности. Если основание крана ограничено откосом,
то нужно выполнить расчет устойчивости откоса котлована
с учетом пригрузки от насыпи и крана. Далее выполняется рас-
чет по деформации с предварительной проверкой прочности сла-
бого, т. е. торфяного слоя. В вариантах 1, 3, 4 основанием кра-
нов являются песчаные подушки, сваи и переуплотненный торф.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Строительство промышленных, гражданских, транспортных
и других сооружений в районах с торфяными грунтами имеет
специфические особенности в области изысканий, проектирова-
ния, технологии и организации строительных работ. Это строи-
тельство крайне затруднено на всех этапах. Более того, имеются
особенности и в эксплуатации сооружений.
Строительные свойства торфа настолько сильно отличаются
от свойств минеральных грунтов, что это приводит к качествен-
тем измежмитсл а уаботг огноъатай и Эти изме-
нения (особенности) требуют научного анализа и количествен-
ной оценки. Исследование свойств торфа целесообразно прово-
дить двумя путями: сопоставлением его свойств со свойствами
минеральных грунтов и дополнительным изучением его особен-
ностей как органогенной горной породы.
Использование современных знаний по механике грунтов и
инженерной геологии в сочетании со знанием свойств торфа и
условий его залегания позволяют оценить условия работы осно-
ваний и уже известные закономерности поставить на новую
(«торфяную») основу. Приведенный выше анализ работы осно-
ваний фундаментов при наличии торфа может быть использован
для оценки природной обстановки, вариантов оснований и фун-
даментов, их расчетов по предельным состояниям, а также уста-
новления целесообразной области использования этих вариан-
тов на базе экономических показателей.
Работа искусственных оснований в торфяных грунтах и слож-
на и своеобразна. Наличие торфа приводит к возникновению це-
лого ряда факторов, ухудшающих работу искусственных осно-
ваний. Однако анализ напряженно-деформированного состояния
песчаных подушек и свайных фундаментов создает возможность
учитывать главнейшие особенности их использования.
Технология и организация работ по устройству фундаментов
на заболоченных территориях требуют специального планирова-
ния, подготовки и осуществления строительства с учетом особен-
ностей строительных свойств торфа. Производство работ значи-
тельно упрощается при подготовке территории намывом.
Предлагаемая читателю книга является первым системати-
ческим изложением методов устройства оснований и фундамен-
75
тов в торфяных грунтах главным образом на основе исследова-
ний автора и некоторого обобщения опыта строительства.
В настоящее время в связи с актуальностью рассматривае-
мой проблемы над ней успешно работают НИИ оснований, ка-
федры высших учебных заведений, проектные институты, строи-
тельные организации. Нет сомнений в том, что общими усилия-
ми проблема строительства при наличии торфяных грунтов со
временем будет разработана так же успешно, как уже разрабо-
тано строительство в других региональных условиях, т. е. на
вечномерзлых и просадочных грунтах, в сейсмических районах
и др.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Амаряи Л. С. Прочность и деформируемость торфяных грунтов.
М., Недра, 1969.
2. Берез анцев В. Г. Расчет оснований сооружений. (Пособие по про-
ектированию). Л., Стройиздат, 1970.
3. Бронин В. Н. Прогноз скорости деформаций торфяных грунтов в
случае одномерной задачи. Автореф. дис. на соискание учен, степени каид.
техн. наук. ЛИСИ, 1973.
4. Васильев Б. Д. Возведение капитальных зданий на сильно сжимае-
мых основаниях (Опыт фуидамеитостроения). Изд. 2-е. Л., Госстройнздат,
1952.
5. Винокуров Ф. П., Тетеркин А. Е., Питерман М. А. Строи-
тельные свойства торфяных грунтов. Минск, Изд-во АН БССР, 1962.
6. Временные технические указания по устройству фундаментов граж-
данских зданий и сооружений в Ленинграде и его пригородных районах.
ВТУ 401-01-338—71. Л., 1972.
7. Далматов Б. И., Лапшин Ф. К-, Росснхии Ю. В. Проекти-
рование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов. Л., Стройиздат,
1975.
8. Евгеньев И. Е., Казарновский В. Д. Земляное полотно авто-
мобильных дорог на слабых грунтах. М., Транспорт, 1976.
9. Етимов Т. Г. Исследование деформаций двухслойного основания при
наличии слоя торфа под слоем песка. Автореф. дис. на соиск. учен, степени
канд. техн. наук. ЛИСИ, 1973.
10. Инструкция по проектированию оснований и фундаментов зданий и
сооружений, возводимых на заторфоваиных территориях. СН 475—75. М.,
Стройиздат, 1976.
11. К о в а л ей к о Н. П., Худяков А. Д., Гореликов В. С. Пред-
построечиое уплотнение торфяной залежи. Архангельск, Сев.-Зап. ки. изд-во,
1971.
12. Маслов Н. Н. Прикладная механика грунтов. М., Машстройиз-
дат, 1949.
13. Мор а рескул Н. Н. Методы устройства оснований и фундаментов
в торфяных грунтах. Л., ЛДНТП, 1973.
14. Мор а рескул Н. Н. Исследование оснований и фундаментов соору-
жений в торфяных грунтах. Автореф. дис. на соиск. учен, степени д-ра техи.
наук. ЛИСИ, 1974.
15. Рекомендации по учету сил отрицательного трения при проектирова-
нии свайных фундаментов. М., НИИОСП, 1972.
16. Рекомендации по проектированию оснований нефтепромысловых
сооружений на заторфоваиных территориях Среднего Приобья. ВР 9—72.
М„ ВНИИОЭНГ, 1973.
17. Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям и расчету
торфяных оснований нефтепромысловых сооружений Среднего Приобья.
ВР 07—73. Калииии-Тюмеиь, 1973.
18. Росс и хин Ю. В. Проектирование и возведение свайных фундамен-
тов в особо сложных условиях залегания слабых грунтов. Рига, Латв. респ.
ин-т научно-техн, информ, и проп., 1971.
77
19. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений.
М., Стройнздат, 1977.
20. Строительство на торфяных грунтах. Материалы Первой всесоюзной
конференции по строительству иа торфяных грунтах, ч. I, II. Калинин, 1972.
21. Указания по проектированию оснований жнлых н общественных зда-
ний, возводимых в г. Архангельске. ВСН 5—71. М., 1971.
22. Указания по проектированию и возведению свайных фундаментов из
забивных свай в условиях Латвийской ССР. У 1—72. Рига, 1972.
23. Ц ы т о в и ч Н. А. Механика грунтов. (Учеб, пособие для гидротехн.
и строит, специальностей вузов). М., Госст|ройиздат, 1963.
24. Ч н ч к и н А. Ф. Песчаные подушки в торфянистых грунтах. Автореф.
дне. на соискание учен, степени канд. техн. наук. ЛИСИ, 1971.
25. Яропольский И. В. Основания и фундаменты. (Учеб, пособие
для вузов водного транспорта). Л., Водтрансиздат, 1954.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение ...........................................................3
Глава I. Торфяные грунты как среда и основание сооружений 5
§ 1. Торфяной грунт.............................................5
§ 2. Сжимаемость, сопротивление сдвигу, водопроницаемость . . 8
§ 3. Консолидация, ползучесть и фазы деформаций при уплотнении 12
§ 4. Состав н агрессивность болотных вод.......................14
§ 5. Промерзание, пучение, смерзание торфа.....................16
Глава II. Фундаменты на естественном основании.....................19
§ 1. Анализ природной обстановки. Типы оснований .... 19
§ 2. Особенности расчета естественных оснований...............23
§ 3. Экономический анализ оснований н фундаментов в торфяных
грунтах ........................................................27
Глава III. Фундаменты на песчаных подушках.........................34
• § 1. Типы подушек и особенности их работы......................34
§ 2. Экспериментальные исследования песчаных подушек ... 36
§ 3. Расчеты опертых песчаных подушек..........................38
Глава IV. Свайные фундаменты.......................................45
§ 1. Особенности работы свай при статической нагрузке ... 45
§ 2. Несущая способность сваи прн вертикальной нагрузке . . 48
§ 3. Горизонтальное давление торфа на сваи.....................54
Глава V. Производство работ........................................60
§ 1. Подготовка заболоченной территории........................60
§ 2. Организация строительства......................... ... ‘ 62
§ 3. Технология строительства..................................68
§ 4. Устойчивость торфяных откосов.............................70
§ 5. Основания башенных кранов.................................72
Заключение .......................................................75
Список литературы.................................................77
Николай Николаевич Морарескул
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ В ТОРФЯНЫХ ГРУНТАХ
Редактор В. А. Ануфриева
Оформление обложки художника В. В. Ларионова
Технический редактор Г. С. Слауцитайс
Корректор И. И. Кудревич
ИБ № 1837
Сдано в набор 20.02.79 г. Подписано в печать 5.06.79 М-18286
Формат 60x90718 Бум. тип. № 1. Гарнитура литературная. Печать высокая.
Усл. печ. л. 5 Уч.-изд. л. 4,83
Тираж 4600 экз. Изд. Xs 1990 Л Заказ 656 Цена 60 коп.
Стройиздат, Ленинградское отделение, 191011.
Ленинград, пл. Островского. 6
Производственно-полиграфическое объединение № 1
Ленупрполнграфиздата. Пушкинское производство