ОСНОВАНИЯ
И ФУНДАМЕНТЫ
НА НАСЫПНЫХ
ГРУНТАХВ. И. КрутовСТРОЙИЗДАТ
ББК 38.58
К84УДК 624.151.5Печатается по решению секции литературы по инженерному
оборудованию редакционного совете СтройиздатаРецензенты — проф., д-р техн. наук В.Т. Глушко (ДИИТ,
г. Днепропетровск) и канд. техн. наук А.А. Яланский (АН УССР,
г. Днепропетровск)Крутов В.И.Основания и фундаменты на насыпных грунтах. — М.:
Стройиздат, 1988. —224 с.: ил. — ISBN 5—274—00341—9.Описаны основные виды, особенности и физико-механические
характеристики насыпных грунтов. Даны рекомендации по про¬
ведению инженерно-геологических исследований. Приведены осо¬
бенности ресчета оснований и фундаментов на насыпных грунтах и
указаны причины возникновения деформаций зданий и сооруже¬
ний. Освещен опыт устройства оснований и фундаментов на плано¬
мерно-возведенных насыпях, отвалах грунтов и отходов производ¬
ства. а также свалках всевозможных материалов.Для инженерно-технических и научных работников проектных,
изыскательских, строительных и научно-исследовательских орга¬
низаций.К3202000000- 228ББК 38.58047 (01) -88КБ-51-32-1987ISBN 5—274—00341 —9© Стройиздат, 1988К84
ПРЕДИСЛОВИЕВ Основных направлениях экономического и социального развитий
СССР на 1986—1990 гг. и на период до 2000 года, утвержденных ХХУП
съездом КПСС, указывается на необходимость кардинального повышения
эффективности строительного производства, его дальнейшей индустриа¬
лизации, применения прогрессивных научно-технических достижений,
ресурс о- и энергосберегающих технологий и оборудования, экономичных
объемно-планировочных решений, конструкций, материалов, передовых
методов организации производства и труда.Одним из путей ускоренного решения поставленных задач является
широкое использование под застройку территорий, занятых насыпными
грунтами, отходами различных производств. Застройка таких территорий,
а также использование отходов промышленных производств для устрой¬
ства искусственных оснований под фундаменты, насыпей, земляных со¬
оружений и т.п. позволят сохранить окружающую среду и восстановить
природный ландшафт.Строительство на насыпных грунтах в условиях планомерной заст¬
ройки имеет важное народнохозяйственное значение. Наиболее рациональ¬
ные и надежные решения при строительстве на таких грунтах могут быть
получены только на основе комплексного учета специфических особен¬
ностей насыпных грунтов, конструкций проектируемых зданий и соору¬
жений, условий их эксплуатации.Предлагаемая книга написана как пособие по инженерно-геологи¬
ческим изысканиям, проектированию и строительству на насыпных
грунтах. В ней, по возможности, освещены все последние достижения,
передовой опыт проектирования и строительства на насыпных грунтах
в СССР и за рубежом.Пункты 1.1—1.3; 2.2 подготовил канд. техн. наук А.С. Ковалев,
е также совместно с автором он написал гл. 6.Автор выражает глубокую благодарность рецензентам проф., д-ру
техн. наук В.Т. Глушко и канд. техн. наук А.А. Японскому за ценные за¬
мечания по рукописи, проф., д-ру техн. наук М.Ю. Абепеву за ценные
советы и пожелания, коллективу лаборетории "Основания и фундамен¬
ты на просадочных грунтах" НИИОСП им. Н.М. Герсеванова за помощь
в проведании исследований и внедрении результатов работ в практику.3
ВВЕДЕНИЕК насыпным грунтам относят грунты природного происхождения
с нарушенной естественной структурой; минеральные отходы промыш¬
ленных производств; твердые бытовые отходы, образовавшиеся отсып¬
кой их сухим способом или гидронамывом.Насыпные грунты, хотя и характеризуются обычно локальным
залеганием, широко распространены во всех районах страны. Образо¬
вание и накопление их связано с хозяйственно-бытовой деятельностью
(строительные, горно-технические, сельскохозяйственные и другие рабо¬
ты; обогащение руд; выплавка чугуна, стали и других металлов; сжига¬
ние твердого топлива и очистка дыма; производство строительных мате¬
риалов; добыча полезных ископаемых; бытовая деятельность человека
и т.п.).Насыпные грунты чаще всего располагаются в пониженных местах
местности: в долинах и поймах рек, оврагах, выработанных карьерах,
болотах, прудах и т.п. Однако в районах с развитым промышленным
производством насыпными грунтами заняты огромные территории зе¬
мель, ранее используемых как сельскохозяйственные угодья.Строительство на насыпных грунтах является одной из наиболее
важных и сложных проблем, обусловленных широким распространением
этих грунтов, как правило, в наиболее развитых в промышленном отно¬
шении районах; необходимостью утилизации отходов различных произ¬
водств; деформациями в конструкциях зданий и сооружений, возникаю¬
щих при неполном учете особенностей насыпных грунтов; повышенными
стоимостью, трудоемкостью, расходами материалов на устройство основа¬
ний и фундаментов.В настоящее время по стране насчитывается скопление более
9 млрд. т твердых отходов, образовавшихся при добыче и обогащении
угпя, золы и шлака тепловых электростанций, шлаков металлургической
промышленности, отходов лесной, деревообрабатывающей и целлюлоз-
но-бумажной промышленности и т.д., которые занимают огромные пло¬
щади, пригодные для сельского и лесного хозяйства. Только на Украине
ежегодно при сжигании угля на тепловых электростанциях образуется
более 15 млн. т золы и шлаков, которые практически не утилизируются.Кроме того, из-за отсутствия растительного (питательного) слоя
многие отходы промышленных производств под влиянием водной, вет¬
ровой, тепловой эрозии являются источниками загрязнения окружающей
среды. В то же время подавляющее большинство твердых отходов может
быть успешно и эффективно использовано для возведения планировоч¬
ных насыпей, земляных сооружений, обратных засыпок котлованов,
устройства оснований под фундаменты зданий и сооружений и т.п.Факторы, определяющие сложность проблемы строительства на на¬
сыпных грунтах, следующие:специфические особенности насыпных грунтов (неоднородность по
составу, неравномерная сжимаемость; возможное самоуплотнение от
собственного веса, особенно в случаях вибрации от работающего обору¬
дования, промышленного и городского транспорта, изменения гидро¬4
геологических условий; разложение материнской структуры, органиче¬
ских включений);значительная и часто переменная толщина слоя (до 20 ... 30 м), при
которой затруднительно применение различных методов уплотнения и
прорезки насыпных грунтов;наличие иногда в насыпных грунтах крупных пустот и включений
твердых материалов, вследствие чего при применении различных методов
уплотнения не всегда удается обрушить пустоты и ликвидировать в по¬
следующем неравномерные осадки фундаментов, а при забивке свай или
проходке скважин под набивные сваи разрушить включения твердых
материалов (обломки железобетонных; металлических, каменных кон¬
струкций, "козлы" в шлаках, бревна и т.п.);отсутствие близко расположенного подстилающего слоя, достаточно
высокой несущей способности, необходимого при устройстве свайных
фундаментов, так как в первую очередь всевозможными отходами произ¬
водств засыпаются пониженные, заторфованные, заиленные территории
без удаления растительности, слабых грунтов;необходимость учета при проектировании и строительстве дополни¬
тельных осадок от сжатия насыпных и подстилающих грунтов, величины
которых иногда достигают 0,5 ... 1 м, а также дополнительных нагрузок
на свайные фундаменты, стены подвалов от сил нагружающего трения,
возникающих при самоуплотнении насыпных грунтов от собственного
веса и под влиянием других воздействий, особенно в случаях, когда
величины дополнительных нагрузок близки к несущей способности
свай.Проблема строительства на насыпных грунтах возникла давно (пер¬
вые примеры строительства на насыпных холмах зданий соборов, церквей
относятся к XI—XII вв.), но научные исследования начались лишь в
40—50-х годах XX в. и проводились в ограниченном объеме. Некоторые
вопросы до сего времени остаются не решенными до конца, хотя начиная
с 1972 г. по ним проводятся специальные совещания на различных уров¬
нях (например, научно-технический семинар по методам исследования ис¬
кусственных грунтов для строительства — Киев, 1976 г.; Международная
конференция по использованию отходов промышленности в гражданском
строительстве — Париж, 197В г.; секция по искусственным основаниям
из промышленных отходов — на X Международном конгрессе по механи¬
ке грунтов и фундаментостроению — Стокгольм, 1981 г.).
ГЛАВА 1
ОСОБЕННОСТИ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ1.1.	ОБРАЗОВАНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВНасыпные грунты в отличие от естественных отложений, в
образовании которых участвуют природные факторы, обязаны
своим происхождением деятельности человека [1, 18, 31]. В
результате все возрастающих потребностей человека, уровня
научно-технического прогресса увеличиваются объемы и площа¬
ди насыпных грунтов, постоянно расширяются области их рас¬
пространения.Интенсивная урбанизация, высокая плотность населения в
городах и, как следствие, возведение гражданских и промыш¬
ленных зданий, гидротехнических, дорожных и других сооруже¬
ний различного назначения способствуют образованию и накоп¬
лению насыпных грунтов.Поиск и разработка месторождений полезных ископаемых
закрытым и открытым способами постоянно расширяются и
увеличиваются, и это приводит к нарастанию темпов выхода
пустой породы (особенно в последние десятилетия в связи с
прогрессирующим истощением запасов богатых руд).В результате горно-технических, строительных работ также
образуются значительные объемы насыпных грунтов (ежегод¬
ный объем земляных работ только в СССР составляет около3	млрд. м3).Интенсивное накопление и образование насыпных грунтов
при горных разработках связано с добычей рудных, нерудных
и горючих ископаемых. К рудным ископаемым относятся
ископаемые, содержащие различные металлы. Характерным
является то, что чем реже встречается в природе металл, тем
большее количество породы приходится разрабатывать, а это
увеличивает объем насыпных грунтов. Так, например, при вы¬
плавке 1 т железа образуется в среднем 1,2 т пустой породы и
0,9 т шлака, 1 т меди — соответственно 4,2 т пустой породы и
30 т шлака, а для получения 1 т золота перерабатывается около
23 млн. т горной массы.К нерудным ископаемым относятся неметаллические, него¬
рючие полезные ископаемые, которые широко применяются
в строительстве в естественном виде или после механической,
термической, химической обработки. При добыче таких распро¬
страненных нерудных ископаемых, как глина, песок и гравий.6
пустая порода и отходы на 1 т ископаемого сырья составляют
обычно не более 25 % объема. Наибольший объем вскрышных
отвалов приходится при добыче алмазов и строительного камня.К ископаемому топливу относятся торф, уголь, горючие
сланцы и т.д. Обычно добыча ископаемого топлива связана с
образованием отвалов пустой породы, а при его сжигании — зо¬
лы и шлака.При добыче некоторых видов ископаемого топлива на днев¬
ную поверхность извлекается огромное количество химически
активных элементов, что предопределяет изменение, например
за счет самовозгорания, физико-механических характеристик
насыпных грунтов во времени.Таким образом, в результате активной горно-технической
деятельности человека накопление насыпных грунтов происхо¬
дит в глобальных масштабах, и, по ориентировочной оценке,
объем отвалов насыпных грунтов уже в конце этого столетия
достигнет около 2000 млрд. м3.В результате инженерно-строительной деятельности человека
также образуются огромные массы насыпных грунтов за счет
возведения различных видов земляных сооружений, гидротехни¬
ческого и энергетического строительства и т.д. Строительство
городов, поселков также связано с разработкой грунта (исполь¬
зование подземного пространства для метрополитена, переход¬
ных и транспортных тоннелей, коммуникаций и т.д.) и выносом
на поверхность значительных его объемов.Процесс накопления насыпных грунтов в значительной мере
происходит за счет бытовых и других отходов. Так, например,
по данным А.Ф. Котлова, уровень поверхности в исторически
сложившейся части Москвы за последние 500 ... 700 лет поднял¬
ся на 4 ... 6 м и более, а функционирование города с населением
1 млн. жителей связано с образованием отходов, которые еже¬
годно складируются в отвалы на территории около 40 га 2-мет¬
ровым слоем отсыпки. Ежегодный объем складирования в отва¬
лы бытовых отходов составляет более 0,5 млрд. м3 [31], поэто¬
му расширение городов за счет освоения и застройки прилегаю¬
щих территорий всегда связано с образованием и накоплением
насыпных грунтов в виде отвалов отходов промышленных про¬
изводств или свалок бытового и строительного мусора.Таким образом, в результате горно-технической, инженерно¬
строительной и другой деятельности человека объемы образова¬
ния и накопления насыпных грунтов стали соизмеримы с мас¬
штабами геологических явлений. В отдельных промышленно
развитых регионах уже сейчас ощущается отрицательное воздей¬
ствие на окружающую среду накопившихся колоссальных объе¬7
мов отходов различных производств. Увеличение добычи руд
и топлива, нарастающие темпы строительства и т.д. указывают на
то, что объемы и площади насыпных грунтов и в дальнейшем
будут неуклонно расти.1.2.	ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА, ЗАЛЕГАНИЯ
И СЛОЖЕНИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВНасыпные грунты образуются в результате деятельности
человека и по своему составу, сложению и физико-механиче¬
ским свойствам резко отличаются от естественных отложений.
Кроме того, насыпные грунты (особенно на городских свалках
бытового и хозяйственного мусора) состоят из самых различ¬
ных материалов, включая природные грунты с нарушенной
структурой, отходы различных производств и бытовые отбросы.Наиболее часто встречаются насыпи, состоящие из грунтов
с нарушенной естественной структурой. Это главным образом
песчаные, глинистые грунты и их разновидности. Широко распро¬
странены насыпные грунты, являющиеся отходами различных
производств (например, в районах металлургических предприя¬
тий — отвалы отходов из доменных и мартеновских шлаков,
колошниковой пыли; для литейных предприятий — отвалы и
свалки формовочной земли, ваграночных шлаков и т.п.). За
последние десятилетия значительно возросли объемы и площади,
занятые золошлаковыми отходами. Закономерно увеличивают¬
ся отходы химической, машиностроительной, угольной и горно¬
добывающей промышленности, строительного и бытового му¬
сора.Характерным одя насыпных грунтов является то, что по
своему составу они чаще всего неоднородны и содержат включе¬
ния неорганических и органических материалов, распределенных
хаотично по объему насыпи. В результате организованной отсып¬
ки образуются практически однородные по составу и сложению
насыпи. К ним, в частности, относятся планомерно возведенные
насыпи, некоторые отвалы природных грунтов нарушенной
структуры, золы и шлаков.Следует отметить, что, несмотря на неоднородность состава
в насыпном грунте, всегда удается выделить основную массу
и включения, причем основная масса насыпного грунта, как
павило, более однородна по составу и занимает большую часть
объема насыпи. Также определение основной массы и включений
весьма важно при изучении физико-механических характеристик
и сжимаемости грунта.8
Состав насыпных грунтов обусловлен щв основном двумя
факторами:геологическими условиями местности, когда основную
массу составляют естественные грунты нарушенной структуры,
а промышленные и бытовые отходы являются лишь включе¬
ниями;хозяйственно-бытовой деятельностью человека, в процессе
которой за счет накопления отходов различных производств
естественные грунты нарушенной структуры являются вклю¬
чениями.При одновременном проявлении этих двух главных факто¬
ров образуются неоднородные по составу насыпные грунты.
При изменении характера хозяйственной деятельности и, в част¬
ности, вида потребляемого сырья, топлива меняется вид и состав
отходов производств.Важной особенностью является то, что встречаются насып¬
ные грунты, практически однородные по своему составу и сло¬
жению, почти не отличающиеся от естественных отложений, по¬
этому пристальное внимание необходимо уделять поведению
инженерно-геологических изысканий.Как по составу и сложению, так и по давности отсыпки,
насыпные грунты резко отличаются от естественных отложений.
Если формирование структуры и уплотнение грунтов природно¬
го сложения происходили в течение длительного исторического
периода, то в насыпных грунтах эти процессы происходят всего
за несколько десятков лет или (в редких случаях) в течение
столетий. Нередко встречаются насыпные грунты, имеющие дав¬
ность отсыпки меньше года.Территории, занятые насыпными грунтами, обычно пред¬
ставляют собой бывшие балки, овраги, пруды, болота, поймы,
русла рек и т.д. В связи с зтим размеры площадей, сложенных
насыпными грунтами, а также толщина слоя их в значительной
степени зависят от природного рельефа местности. Поскольку
рельеф засыпаемых участков местности (овраги, балки и т.д.),
как правило, сильно изрезан, то и толщина слоя насыпных грун¬
тов, часто на небольших расстояниях, может значительно изме¬
няться; при большой разнице в сжимаемости насыпных грунтов
это создает дополнительные осложнения в обеспечении равно¬
мерной осадки * зданий и сооружений, возводимых на таких
участках.
I.a ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ в НАСЫПНЫХ ГРУНТАХВ насыпных грунтах постоянно проходят различные физи¬
ческие, физико-химические, биологические и другие процессы,
приводящие,с одной стороны, к их самоуплотнению, упрочнению
и, с другой — к разупрочнению, распаду, разложению как струк¬
туры отдельных агрегатов, так и отдельных частиц. Самоуплот¬
нение насыпных грунтов от собственного веса рассматривается
в п. 1.4.Упрочнение насыпных грунтов во времени зависит от целого
ряда факторов, к основным из которых относятся: вид грунтов,
их состояние и состав, способы отсыпки и уплотнения, измене¬
ние во времени гидрологического режима в теле отсыпки, дав¬
ность отсыпки и т.д.В насыпных грунтах, относящихся к грунтам природного
происхождения, обычно преобладают процессы упрочнения.
Вопрос об упрочнении насыпных грунтов, как и вообще решение
задачи о природе прочности грунтов, до конца не изучен.Анализ исследований показывает, что причины возникнове¬
ния связности глинистых грунтов заключаются в том, что на
поверхности силикатов при их растворении возникают коллоид¬
ные оболочки кремнегеля, способствующие цементации частиц.В песчаных грунтах кварцевые частицы за счет взаимодей¬
ствия кремнегеля могут слипаться между собой и при опреде¬
ленных условиях упрочнять породы во времени. Исследования
по упрочнению были проведены на намытых песках, являющихся
отходами (хвостами) горно-обогатительной фабрики. Отходы
складированы в нескольких хвостохранилищах, давность обра¬
зования которых к моменту исследований составляла 1,5 года и
25 лет. Пески мелкозернистые кварцево-глауконитово-фосфат¬
ные, их плотность в сухом состоянии pd = 1,48 ... 1,52 т/м3;
влажностью = 0,142 ... 0,192. На рис. 1.1 показаны изменения
показателя упрочненности уя намытых песков во времени, пред¬
ставляющего собой отношение А{/А{0, где At и Ato — деформа¬
ционные прочностные характеристики или сопротивления зон¬
дированию песков на период наблюдения Г и в момент образова¬
ния t0. Из графиков видно, что интенсивность упрочнения
во времени снижается, а показатели упрочненности по модулю
деформации Е и сопротивлению динамическому зондированию
qd возрастают. Наибольшая интенсивность упрочнения в иссле¬
дуемых лесках происходит в начальный период после их образо¬
вания (г = 2 ... 3 г.), затем она постепенно затухает (при t =
= 3... 6 лет).Закономерности упрочнения во времени насыпных глини-ю
Рис. 1.1. Изменение показателя уп-
рочиенности намытых песков во
времени (хвосты горно-обогати¬
тельной фабрики)стых грунтов, как правило, аналогичны песчаным, но отличают¬
ся тем, что процесс упрочнения и его интенсивность происходят,
при прочих равных условиях, значительно медленнее. По имею¬
щимся данным, наиболее интенсивное упрочнение происходит в
течение 5 ... 10 лет и более.Процесс упрочнения во времени золы и золошлака, образо¬
ванных в результате термохимических превращений неорганиче¬
ской части топлива, изучен недостаточно. Физические и химиче¬
ские свойства золы и золошлака зависят от многих факторов,
которые в совокупности часто не позволяют выявить строгую
закономерность изменения прочностных и деформационных ха¬
рактеристик во времени. Вместе с тем данные частных опреде¬
лений отдельных свойств золы и золошлака свидетельствуют о
том, что в общем случае зольные отложения менее прочны по
сравнению со шлаковыми и золошлаковыми: отложения на
золоотвалах весьма неоднородны по прочностным и деформа¬
ционным характеристикам; слежавшиеся отложения прочнее
свеженамытых [9].Химический и фазово-минералогический составы золы и
шлаков в основном определяются составом минерального ве¬
щества топлива и теми изменениями, которые оно претерпевает
при сгорании. В среднем, несмотря на значительные отличия од¬
ного и того же топлива при сжигании, химический состав золы
в течение длительного периода можно считать достаточно ста¬
бильным для практического применения, а важнейшим факто¬
ром во многих случаях становится фазово-минералогический
состав тем более, что одному и 'тому же химическому составу
может соответствовать разный фазово-минералогический состав.Кроме того, физико-химические свойства намывного золо-
шлакового материала изменяются при фильтрации, сопровож¬
дающейся химической суффозией, ионным обменом, химиче¬
ской кольматацией. Эти физико-химические процессы постепен¬
но могут изменить проницаемость и механические свойства от¬
ложений. Характеристики намытого материалу изменяются так¬11
же под влиянием атмосферных явлений, например ливня, атмос¬
ферной карбонизации и т.д. Установлено, в частности, что гидра¬
влически активные минералы золошлаковых материалов влия¬
ют на консолидацию и прочность отложений на золоотвалах.Отдельные составляющие золошлаковых материалов разде¬
ляют на три группы: по гидравлической активности и по типу
твердения. К первой группе относят минералы, обладающие вы¬
сокой гидравлической активностью и способностью к самостоя¬
тельному твердению; ко второй — минералы с низкой гидра¬
влической активностью, которая интенсифицируется в присут¬
ствии минералов первой группы, и они совместно участвуют
в процессах твердения, к третьей — гидравлически инертные
минералы, причем способностью к цементации могут обладать
только те золошлаки, в которых присутствуют самостоятельно
твердеющие минералы, например гипс, свободная окись каль¬
ция, силикаты и т.д. В то же время степень цементации, проч¬
ность сцементированной зольной массы, период достижения мак¬
симальной прочности отложений определяются не только количе¬
ством минералов, способных к цементации, но и другими факто¬
рами, например их дисперсностью, фазовым состоянием ве¬
щества и т.д.Анализируя результаты исследований по определению проч¬
ностных характеристик намытого на золошлакоотвалах раз¬
личных ТЭС материала, можно отметить следующее: угол внут¬
реннего трения %р в основном зависит от формы частиц, влаж¬
ности (чем меньше влажность, тем больше сопротивление сдви¬
гу, и наоборот). Сцепление зольных отложений зависит от хими¬
ческого и минерального состава, крупности фракций, условий
хранения намытого материала.Прочностные и деформационные характеристики золы и
золошлаков существенно различаются в зависимости от давно¬
сти намыва, т.е. в слежавшихся отложениях показатели проч¬
ности г и сжимаемости Е больше, чем в свеженамытых.На процесс упрочнения, сохранности структуры, а также на
разложение шлаков, являющихся отходами металлургического
производства, наибольшее влияние оказывают их физико-хими¬
ко-механические свойства. Одним из факторов, отрицательно
влияющим на устойчивость металлургических шлаков, являет¬
ся их склонность к распаду, сопровождающемуся часто явле¬
ниями набухания. К положительным свойствам шлаков относит¬
ся их способность к самоуплотнению и цементации [22].Распад шлаков, как правило, сопровождается увеличением
их объема в два-три раза и, как следствие, снижением структур¬12
ной прочности. Склонность к распаду проявляется в основном в
зависимости от содержания СаО.При оценке отвалов шлака в каждом случае необходимо
определить устойчивость структуры шпака, зависящую от его
возраста и химического состава. Самопроизвольный распад, на¬
бухание и нарушение структурной прочности мартеновских шла¬
ков обычно происходят в отвалах в течение от нескольких меся¬
цев до нескольких лет, поэтому для ускорения процесса распа¬
да свежего мартеновского шлака необходимо складировать его
слоями толщиной 2 ... 3 м, периодически поливая водой, за счет
чего распад шлака может произойти в течение 5 ... 6 мес.Самоупрочнение шлаков во времени происходит анало¬
гично самоупрочнению крупнообломочных песчаных грунтов,
т.е. зависит от гранулометрического состава. Если в отвалах
шлака присутствует колошниковая пыль, формовочная земля
и т.д., то процесс самоупрочнейия отвала замедляется и опре¬
деляется преобладающим в отвале одного из этих компонентов.Присутствующая в отвале природа, склонная к распаду,
обусловливает чередование процессов упрочнения и разупрочне¬
ния во времени.Шахтные породы (терриконы), образующиеся при подзем¬
ной добыче каменного угля и имеющие специфический состав,
склонны к самовозгаранию. Основную массу отвалов угольных
шахт обычно составляют глиносодержащие породы нижнекамен¬
ноугольного возраста (аргиллиты, алевролиты, песчаники на
глинистом цементе) часто сульфидированные. При выветрива¬
нии, под действием эрозии, они разупрочняются и разлагаются,
что приводит к распаду породы и резкому увеличению ее актив¬
ной реагирующей поверхности. Со временем реагирующая по¬
верхность растет, а наличие воды приводит к размоканию и набу¬
ханию породы. Величина набухания глиносодержащих пород
изменяется, %: от 0,15 до 2,1 — для песчаников; от 3,4 до 7,5 —
для алевролитов, от 15,8 до 24 — для аргиллитов. Набухание
способствует разупрочнению пород и возникновению в них
коллоидно-химических процессов, которые приводят к увели¬
чению активной реагирующей поверхности, ее сорбционной
способности [34, 35].При увлажнении шахтной породы и поступлении кислорода
и углекислого газа в ее толщу она нагревается до температуры
55—70°С, при которой резко интенсифицируются физико-хи-
ми чес кие реакции окисления углефицированных веществ и воз¬
можно их возгорание. Самовозгорание имеет обычно местный
характер, поэтому в отвалах часто содержится перегоревшая
порода, частично перегоревшая и еще не тронутая огнем, т.е.
породная масса отвалов неоднородна.Горючие вещества, содержащиеся в отвалах шахтных пород
(уголь, сростки породы с углем, углистые сланцы, различные
соединения серы), вызывают горение большинства отвалов;
температура в зоне горения достигает 800 ... 1200° С. Склон¬
ность к самовозгоранию зависит от химической активности
шахтных пород, плотности сложения, степени самоуплотнения,
гранулометрического состава. Чаще всего очаги самовозгорания
возникают на границе раздела пород рыхлого и плотного сло¬
жения.Минеральная часть шахтных пород с незначительным содер¬
жанием горючих веществ в процессе горения шахтных отвалов
подвергается тепловой обработке, в результате чего происходит
диссоциация карбонатных соединений, распад сложных силикат¬
ных структур с выделением гидроксильной воды глинистыми
минералами, переход аморфных веществ в кристаллические,
что особенно характерно для глинистых минералов в темпера¬
турном интервале 900 ... 1200° С. Процесс горения на действую¬
щих отвалах поддерживается отсыпкой свежих шахтных пород;
после прекращения отсыпки отвала горение заканчивается.Для предотвращения самовозгорания шахтных пород необ¬
ходимо проводить мероприятия по снижению выветривания по¬
род исключением возможности замачивания их, покрытием их
слоем обычных глинистых грунтов, а также уплотнением пород,
устранением доступа в породу воздуха и влаги, нейтрализацией
кислой среды.В насыпных грунтах с органическими веществами происхо¬
дит их разложение. Интенсивность разложения органических
веществ в основном определяется влажностью грунтов и харак¬
тером ее изменения, возможностью поступления воздуха и дру¬
гими факторами. Наиболее интенсивно разложение органики
происходит при периодических изменениях влажности, в усло¬
виях хорошей аэрации и т.п., а менее интенсивно — ниже уровня
грунтовых вод, при наличии экранов, т.е. слоев грунта с низким
коэффициентом фильтрации, асфальтового покрытия и т.п.1.4. САМОУПЛОТНЕНИЕ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ
ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСАОдной из особенностей насыпных грунтов является спо¬
собность давать осадку под действием собственного веса. Осад¬
ки насыпных грунтов сопровождаются уплотнением составляю¬
щих их материалов, главным образом под влиянием собственно-14
рис. 1.2. Осадки насыпи от соб¬
ственного веса1 — хорошо уплотненный круп¬
ный песок; 2 — неуплотненная
горная масса; 3 — уплотненная
глина; 4 — неуплотненный пе¬
сок; 5 — неуплотненная глина;6	— бытовые отбросыго веса, внешней нагрузки на них, в том числе динамической,
а иногда изменения влажности, глубины расположения уровня
подземных вод.Величины осадок, длительность процесса самоуплотнения
насыпи зависят в основном от составляющих ее материалов:
минимальные сроки самоуплотнения — в насыпях из сыпучих
материалов; максимальные - в насыпях из высокодисперсных
связных материалов (глинистые грунты, хвосты некоторых обо-
гатительных фабрик с флотационным технологическим процес¬
сом) и в насыпях, содержащих органические включения и т.п.Имеющиеся данные по наблюдению за осадками различных
видов насыпных грунтов от собственного веса позволяют оце¬
нить величины осадок их.Графики осадок (рис. 1.2) некоторых видов насыпных
грунтов построены на основе обработки материалов наблюдений
за осадками различных насыйей, по маркам, установленным в
основании и на поверхности насыпи [1]. Хорошо уплотненные
насыпи из крупнозернистого песка и обломочных материалов
(кривая 7) дали осадку до 1 % первоначальной высоты, менее
уплотненные насыпи из зтих материалов (кривая 2) — осадку
до 1,5 %, а неуплотненные пески (кривая 4) — до 2,5 ... 3 %;
осадки среднеуплотненных глинистых насыпей (кривая 3) со¬
ставили около 2 ... 2,5%, а неуплотненных (кривая 5) — до
10... 12%.Наибольшие осадки от собственного веса наблюдались на
городских и производственных свалках с содержанием большо¬
го количества легко сжимаемых органических включений в
виде бумаги, опилок, стружки, щепы и т.п. Кривая 6 (см.
рис. 1.2) соответствует осадке городских свалок Нью-Йорка,
содержащих около 40 ... 60 % органических материалов в виде
бумаги и пищевых отбросов. Осадка насыпи от собственного
веса в этом случае доходила до 28 ... 30 % первоначальной высо*15
Рис. 1.3. Осадка намывной пло¬
тины во времени по маркам,
установленным на глубинах/-Юм; 2 - 12 м; 3 - 14 м;
4- 24 мты и происходила, главным образом, в результате уплотнения
органических материалов.Осадки дорожных насыпей от собственного веса, отсыпан¬
ных из супесей и суглинков слоями толщиной 0,2 ... 0,5 м с по¬
следующим уплотнением взрывными трамбовками или падаю¬
щими плитами, составляют около 1 % первоначальной высоты.Результаты наблюдений за осадкой земляной плотины, воз¬
веденной намывным способом, приведены на рис. 1.3. Высота
подводной части плотины доходит до 18, а надводной — 15 м.
Плотина намыта преимущественно из мелких однородных пес¬
ков. После намыва пески в теле плотины характеризовались
плотностью в сухом состоянии, 1,48 ... 1,75 t/mj и коэффициен¬
том пористости соответственно 0,79 ... 0,514.В процессе намыва в плотине были установлены глубинные
марки для наблюдения за осадками от собственного веса на
глубинах h = 10, 12, 14, 15 и 24 м. Осадка насыпи плотины
продолжалась в течение 10 лет и составила 0,8 ... 1,2 % высоты
насыпи, т.е. близка к осадкам насыпей, возведенных с послой¬
ной отсыпкой и уплотнением.Специальные исследования по изучению самоуплотнения
насыпных грунтов проводились на строительстве прессово-
рамного цеха и цеха двигателей КамАЗа в пазухах, имеющих
длину не менее 10 м, среднюю ширину не менее 6 м и глубину
8 ... 8,5 м. Пазухи засыпались лессовидным суглинком с влаж¬
ностью от 0,08 до 0,30 без уплотнения. После полной засыпки
пазухи поверхность ее спланирована легким бульдозером. Плот¬
ность сухого грунта и влажность определялись методом радио¬
активных изотопов. Первый цикл определений плотности и
влажности проводился сразу же после окончания отсыпки, а
последующие через 1, 2, 3 и далее через — 6 ... 8 мес.Результаты исследований самоуплотнения в условиях закры¬
того помещения (рис. 1.4) показывают, что влажность грунтов
в засыпках при низких ее значениях (0,08; 0,13; 0,18) в течение
длительного времени (до трех лет) практически не изменяется.
В случае отсыпки более переувлажненных лессовидных суглин-
Рис. 1.4. Изменения плотности насыпного грунта во времени при влаж¬
ностиa-w - 0,08; б - w = 0,08; в - w = 0,24; г - w = 0,3; д - w = 0,08;
е - iv = 0,3; /, 2,3, 4 — соответственно на. глубинах 1, 3, 5 и 8 м
ков (w = 0,24 и w = 0,30) влажность их снижается до 0,21 ... 0,22,
т.е. происходит процесс консолидации грунта с оттоком избы¬
точной воды.Интенсивность самоуплотнения грунта (рис. 1.4, а, б, в, г)
в значительной мере зависит от величины пригрузки, создавае¬
мой весом вышележащего грунта и его влажности. В верхних
слоях до глубины 1 м самоуплотнение практически отсутствует,
тогда как в нижних слоях на глубине 8 м плотность сухого
грунта повышается на 10 ... 15 %.Наиболее интенсивно самоуплотнение происходит при
высокой влажности грунтов, в данном случае равной 0,30. Если
при начальной влажности 0,08 плотность сухого грунта на глуби¬
не 8 м повышалась до 1,39 т/мэ, то при tv = 0,30 она возросла
до 1,62 т/м3.'Для лессовидных суглинков с начальной влажностью
0,08 ... 0,24 наиболее интенсивно самоуплотнение во времени
происходит в первые 2,5 ... 3 года наблюдений и, по-видимому,
полное самоуплотнение наступает через 4 ... 5 лет. В лессовидных
суглинках с начальной влажностью 0,30 в течение 3,5 лет не
наблюдалось снижения интенсивности самоуплотнения во вре¬
мени, что свидетельствует о более длительном процессе консоли¬
дации этих грунтов.По результатам экспериментов (рис. 1.5) составлены графи¬
ки плотности в сухом состоянии суглинистых грунтов при их
самоуплотнении в течение трех лет для засыпок глубиной до8	м. График показывает, что наибольшее самоуплотнение дости¬
гается при повышенной влажности грунта, превышающей в
1,15 ... 1,2 раза влажность на границе раскатывания. В опытах
влажность, равная 0,21 ... 0,22, оказалась критической; повыше¬
ние влажности выше этого значения к увеличению самоуплотне¬
ния не привело. С другой стороны, повышение влажности выше
критического значения замедляет процесс самоуплотнения.Параллельно с исследованиями по изучению особенностей
самоуплотнения грунтов в условиях закрытого помещения
проводились опыты по изучению особенностей самоуплотнения
при изменении влажности подстилающего грунта. Опыты прово¬
дились на строительных площадках, где, по данным инженерно¬
геологических изысканий, уровень подземных вод располагал¬
ся на глубине 8 ... 10 м. Кроме того, площадки были выбраны
в крайних пролетах, защищенных от атмосферных осадков,
но подверженных влиянию температур и аэрации. Засыпка
выполнялась из лессовидных суглинков влажностью 0,08,
0,18 и 0,30.18
По данным этих экспериментов, близкое к поверхности
расположение подземных вод способствовало постоянному по¬
вышению влажности грунтов в засыпке от 0,08 до 0,28, а затем
цикличное изменение ее от 0,18 до 0,28 ... 0,24 (рис. 1.4, d).
Процесс самоуплотнения в этом случае завершился практически
за 1,8 года.Почти аналогичная картина самоуплотнения грунтов наблю¬
далась в насыпи из суглинков влажностью 0,18. В то же время
самоуплотнение грунтов в насыпи из лессовидных суглинков
влажностью 0,30 (рис. 1.4, е) происходило практически так же,
как и в закрытом помещении (рис. 1.4, в, г). Характерным
в этих случаях был замедленный процесс понижения влажности
при незначительной цикличности ее изменения и замедленный
процесс самоуплотнения грунта.В данной серии опытов установлено, что интенсивность
самоуплотнения глинистых грунтов в засыпках при влажности,
равной влажности на границе раскатывания или ниже ее при
последующем увлажнении, существенно выше интенсивности
самоуплотнения переувлажненных или водонасыщенных глини¬
стых грунтов. Это явление может быть объяснено влиянием на
процесс самоуплотнения капиллярных сил. При низкой влаж¬
ности грунтов в засыпках формирование и перемещение капил¬
лярного горизонта происходит одновременно с уплотнением
грунта, о чем свидетельствует влияние цикличности изменения
влажности на интенсивность самоуплотнения. При повышенной
влажности грунтов процессу самоуплотнения предшествует
период формирования капиллярного горизонта, связанный
только с понижением влажности.Для оценки достоверности результатов, полученных в опы¬
тах по самоуплотнению грунтов, были собраны и проанализиро¬
ваны данные многократных измерений плотности сухого грунта19Рис. 1.5. Изменения плотнос¬
ти насыпного грунта по глу¬
бине при его влажности1 — w — 0,08; 2 - W = 0,13;3	- w = 0,18; 4 - w = 0,24 -
0,3
Рис. 1.6. Изменения плотности грунтов в обратных засыпках котло¬
ванов на глубинах/ — 1 м; 2 — Зм; 3-4мв обратных засыпках корпуса серого ковкого чугуна КамАЗа,
выполненных не только при помощи радиоизотопного метода,
но и непосредственным отбором проб режущими кольцами и
парафинированием (проанализировано 240 определений для9	участков).На основании полученных данных приведены графики изме¬
нения плотности в сухом состоянии грунтов обратных засыпок
во времени с середины 1972 до середины 1974 г. (рис. 1.6).
Графики показывают, что процесс самоуплотнения насыпных
грунтов от их собственного веса, а также от воздействия работа¬
ющих кранов, экскаваторов, автотранспорта проходит доста¬
точно интенсивно. Плотность в сухом состоянии грунтов, т/м3,
в верхнем слое до глубины 1 м за два года повысилась с 1,34
до 1,49, на глубине 2—3 м с 1,35 до 1,52 и на глубине 3—4 м с
1,36 до 1,55, т.е. на 10—12 %, при этом в нижних слоях самоуп¬
лотнение насыпных грунтов произошло практически в течение
одного года.Сопоставление графиков (рис. 1.6) с графиками, получен¬
ными в опытах по самоуплотнению, показывает их хорошую
сходимость на глубинах более 3 м в условиях изменяющейся
влажности, что было характерно для строящегося, еще не закры¬
того корпуса серого ковкого чугуна.Для меньших глубин (/ и 2, см. рис. 1.6) значения плотнос¬
ти сухого грунта оказались выше, чем в опытах. Объясняется
это тем, что внутри строящегося корпуса по засыпкам постоян¬
но движутся строительные механизмы, автотранспорт и20
что приводит к некоторому повышению плотности грунта в
верхней зоне.	’Проведенные исследования особенностей самоуплотнения
глинистых грунтов в обратных засыпках показали, что в отдель¬
ных случаях, когда имеется достаточный запас времени, а глуби¬
на засыпок превышает 3 ... 5 м самоуплотнение может быть с
достаточной эффективностью использовано для достижения
заданной степени плотности грунтов; при этом необходимо
иметь в виду, что повышению интенсивности самоуплотнения
способствует цикличное изменение влажности, которое позволя¬
ет при двух-трех циклах изменения влажности сократить продол¬
жительность самоуплотнения до 1,5 ... 2 лет.При использовании эффекта самоуплотнения недопустимо
для обратных засыпок использовать переувлажнение фунта,
поскольку процесс самоуплотнения в этом случае затягивается
на длительное время.ГЛАВА 2КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ
НАСЫПНЫХ ГРУНТОВZ1. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВВ соответствии с ГОСТ 25100-82 "Грунты. Классифика¬
ция" (табл. 2.1) насыпные грунты отнесены к группе искус¬
ственных грунтов. По гранулометрическому составу, числу
пластичности насыпные грунты подразделяют на отдельные типы
(крупнообломочные, песчаные, лылеватые, глинистые, затор-
фованные, торфы, отходы различных производств), а по степени
уплотнения от собственного веса на два вида (слежавшиеся и
неслежавшиеся). Кроме того, насыпные грунты выделяют в
отдельные разновидности по показателям, предусмотренным
техническим заданием на производство работ, однако по каким
показателям и на какие разновидности в классификации по
ГОСТ 25100—82 не указывается. Приведенная выше классифи¬
кация также в недостаточной мере учитывает особенности обра¬
зования, способы отсыпки, формирование свойств, сложение,
состав насыпных грунтов, процессы, происходящие в них,
и другие факторы, поэтому для проектирования и устройства
оснований и фундаментов рекомендуется использовать уточнен¬
ную классификацию насыпных грунтов (табл. 2.2).
Таблица 2.1. Классификация искусственных грунтов по ГОСТ 25100—82Г руппаПодгруппаТипВидРазновидностьИскус¬ствен¬ныеУплоненные в при¬
родном залеганииТипы песчаных грунтовТипы пылеватых и глинистых,
биогенных грунтов и почвВыделяются по способу преобразо¬
вания:уплотненные методами трамбова¬
ния, у катки, осушения,оттаивания,
кольматации, камуфлетных взры¬
вов, глубинного в и бро у плотнен ия
и т.п.;уплотненные с использованием
электроосмоса, поверхностно-ак¬
тивных веществ, методом трамбо¬
вания, укатки, камуфлетных взры¬
вов, оттаивания, осушения песча¬
ными дренами в совокупности с
при груз кой и т.п.Выделяются по пока¬
зателям, установлен¬
ным техническим за¬
данием на производ¬
ство работНасыпныеТипы крупнообломочных,
песчаных,' пылеватых и гли¬
нистых, заторфованных грун¬
тов, торфовОтходы производства (шла¬
ки, золы формовочная земля
и др.)Строительные и бытовые от¬
ходыВыделяются по степени уплотнения
от собственного веса:
слежавшиеся — процесс уплотне¬
ния закончился;неслежавшиеся — процесс уплотне¬
ния продолжается22
23Подгруп¬паТипПодтипВид выделяется поспособу об¬
разованиястепени са¬
моуплотне¬
нияустойчивостиструктурысодержанию
органическо¬
го веществаПлано¬мерно-возве¬денныенасыпиПриродные грунты;
промышленные от¬
ходы (шлаки, фор¬
мовочная земля, зо¬
ла и т.п.)Выделяются по:
гранулометрическому со¬
ставу (крупнообломоч¬
ные, песчаные); числу
пластичности (глинистые,
пылеватые)Несыпные,намывныеУплотненныеУстойчивыеБез органи¬
киОтвалы
грунтов
и отхо¬
дов про¬Нарушенные природ¬
ные грунты (строи¬
тельные, горно-техни¬
ческие)Выделяются по:
гранулометрическому со¬
ставу, числу пластичностиТо жеСлежавшие¬
ся, несл вжав¬
шиесяУстойчивые, раз¬
рушающиесяТо жемышлен¬
ных про¬
изводствМинеральные отхо¬
ды обогащения
(хвосты)гранулометрическому со¬
ставу, числу пластичностипТо жеУстойчивые, рас¬
падающиесяТо жеНамывныеТипы песчаных, пылеватых и
глинистых грунтов
Отходы производства (xbqctbi
обогатительных фабрик, шла¬
ки, золы и др.)Таблица 2.2. Классификация насыпных грунтов
Продолжение табл. 2.2Подгруп¬паТипПодтипВид выделяется поспособу об¬
разованиястепени са¬
моуплотне¬
нияустойчивостиструктурысодержанию
органическо¬
го веществаМел кодисперсные
отходы обогащения
и газоочистки (шла-
мы)Выделяются по:
гранулометрическому
составу, числу плас¬
тичностиНасыпные,намывныеНесл вжав¬
шиесяУстойчивые,распадающие¬сяБез органикиШлакигрануло метрическо му
составуЛитые, на¬
сыпныеСлежавшие¬сяТо жеТо жеЗолы и золошлакито жеНасыпные,намывныеСлежавшие¬
ся, неслежав-
шиесяУстойчивые, об¬
ладающие цемен¬
тационной спо¬
собностью, распа¬
дающиесяФормовочные землигранулометрическому, со¬
ставу, числу пластичностиНасыпныеСлежавшие¬
ся, несл вжав¬
шиесяУстойчивыеБез органи¬
киПустые породы от
угольных шахт (тер¬
риконы)то жеТо жеУстойчивые, го¬
рящие разрушаю¬
щиесяТо же, с со¬
держанием
угляОтходы разрушен¬
ных строительных
материалов и кон¬
струкцийПо виду материала§0УстойчивыеБез органи¬
ки /от < 0,05
25Свалки
грунтов
про¬
мыш¬
ленных
и быто¬
вых от¬
ходовКультурные слои го¬
родских территорийВыделяются по:
гранулометрическому со¬
ставу; числу пластично¬
стиНасыпные(медленноенакопление)Слежавшие¬
ся ,несл вжав¬
шиесяУстойчивые, рас¬
падающиесяБез органи¬
ки:0,05</от<< 0,1 ;0,1 < /0т ^
< 0,25;/0т > 0,25Городские свалки
бытовых и промыш¬
ленных отходоввиду материала/ состав¬
ляющего основную частьНасыпныеНеслежав-шиесяРаспадающиеся0,05 ^ Tqj <
<0,1;0/1 < /qt <
< 0,25;1от > 0,25Свалки грунтов и
промышленных от¬
ходовто же99Слежавшие¬
ся, неся ежев-
шиесяУстойчивые, рас¬
падающиесяБез органи¬
ки :0,05 < /от <
< 0,1;0,1 < /qt <
<0,25;/от > 0,25
По условиям образования, однородности состава и сложе¬
ния насыпные грунты подразделяются на три подгруппы: плано¬
мерно возведенные насыпи; отвалы грунтов и отходов промыш¬
ленных производств; свалки грунтов, промышленных и быто¬
вых отходов.Планомерно возведенные насыпи обычно отсыпаются из од¬
нородных естественных грунтов или отходов промышленных
производств для планировки территорий под застройку или про¬
кладку различного вида коммуникаций (до заданных высотных
отметок) , устройства оснований под фундаменты, обратных
засыпок котлованов и т.п. К ним также относят различные зе¬
мляные сооружения: насыпи железных и шоссейных дорог, дам¬
бы, плотины и т.п.Планомерно возведенные насыпи, как правило, возводят
по заранее разработанному проекту с частичным или полным
уплотнением укладываемого грунта до заданной плотности.
В связи с этим их характерными особенностями, по сравнению
с другими типами насыпных грунтов, являются практически
однородный состав и сложение, сравнительно высокая плот¬
ность и в связи с этим практически равномерная сжимаемость.Планомерно возведенные насыпи отсыпают из грунтов,
доставляемых как из соседних выемок, так и из специально
закладываемых карьеров и разрезов. Структура грунтов в насы¬
пях иная по сравнению со структурой их в естественном залега¬
нии; водный и воздушный режимы также отличаются от
природного режима грунтов данного района, и таким образом
они отличаются от естественных отложений, из которых образо¬
ваны.Отвалы грунтов и отходов промышленных производств
представляют собой отсыпки отдельных видов грунтов из стро¬
ительных котлованов, от срезки больших площадей при их
планировке, подземных проходок и т.п. или отсыпки различных
отходов промышленных предприятий: шлаков, золы, формо¬
вочной земли, отходов обогатительных фабрик и т.п.Накопление насыпных грунтов этого вида вызывается необ¬
ходимостью удаления больших объемов грунта или различных
отходов промышленности в отвал. В результате, на наиболее
низких отметках ближайших территорий накапливаются боль¬
шие объемы грунтов или отходов различных производств, имею¬
щие практически одинаковый или закономерно изменяющийся
состав в пределах значительных площадей. Изменение состава
насыпного грунта в отдельных местах обычно не сказывается
на общем характере состава всей толщи. Характерной особен¬26
ностью отвалов грунтов и отходов производств является их
практически одинаковая текстура, хотя плотность, а следова¬
тельно, и сжимаемость в различных пунктах могут быть ралич-
ными.Иногда встречаются отвалы грунтов и отходов различных
производств однородные как по своему составу и сложению,
так и сжимаемости.Содержание органических включений в отвалах грунтов и
отходов различных производств обычно небольшое — не превы¬
шает 0,03 ... 0,05. При большем содержании органических вклю¬
чений такие отвалы грунтов или отходов производств следует
относить к свалкам, так как наличие в них большого количества
органических включений в значительной степени изменяет их
сжимаемость и устойчивость структуры, а значит, и условия ра¬
боты их в основании сооружений.К отвалам грунтов относятся также некоторые виды переко¬
панных естественных грунтов, образовавшихся в результате
проведения различных разведочных работ, рытья глубоких
рвов, траншей и т.п. Как следствие, происходит нарушение
структуры грунтов в их природном залегании и отсутствие
в них большого количества включений и породных материалов.Свалки грунтов промышленных и бытовых отходов явля¬
ются результатом произвольного сбрасывания различных грун¬
тов и отходов производств, часто перемешанных с бытовыми
отбросами. В свалках обычно происходит накопление отходов
от различных отраслей промышленности. В связи с этим состав,
сложение, а вместе с этим сжимаемость их могут резко изме¬
няться даже на сравнительно небольшом расстоянии. Характер¬
ной особенностью свалок грунтов, отходов различных произ¬
водств и бытовых отбросов наряду с разнородностью состава и
сложения является наличие в них органических включений, в от¬
дельных местах доходящие до 0,3 и более. По имеющимся дан¬
ным, содержание органических включений в свалках обычно сос¬
тавляет 0,05...0.2.Каждая из приведенных выше подгрупп насыпных грунтов
в зависимости от вида материала, составляющего основную часть
насыпи, гранулометрического состава, числа пластичности под¬
разделяется на отдельные типы и подтипы (см. табл. 2.2).Как отмечалось в гл. 1, свойства, особенности насыпных
грунтов в значительной степени определяются способом образо¬
вания, степенью самоуплотнения от собственного веса, устой¬
чивостью структуры от разложения (распада), содержанием
органических веществ. С учетом этих факторов насыпные грун¬
ты целесообразно подразделять на отдельные виды (см. табл. 2.2).27
По способу образования планомерно возведенные насыпи
подразделяются на насыпные, отсыпные сухим способом и на¬
мывные (образованные гидронамывом).Планомерно возведенные насыпи, оУсыпанные сухим спосо¬
бом, возводят послойной отсыпкой грунта соответственно само¬
свалами или реже железнодорожными платформами с последую¬
щим разравниванием его бульдозерами. Уплотнение грунта в
зтих случаях производят привозящим грунт транспортом, буль¬
дозерами, катками, трамбовками. Грунт обычно отсыпают слоя¬
ми толщиной 0,3 ... 0,8 м, а в отдельных случаях при уплотнении
их тяжелыми трамбовками — толщиной 3 ... 5 м. Иногда плано¬
мерно возведенные насыпи отсыпают слоями большой толщины
с частичным уплотнением их в основном привозящим грунт
транспортом. Планомерно возведенные насыпи, отсыпанные ав¬
тодорожным транспортом, по своему составу, как правило,
однородны и, как показывают результаты исследований, обла¬
дают практически равномерной сжимаемостью.Намывные грунты образуются, как правило, из однородных
естественных грунтов, разрабатываемых в карьере и доставляе¬
мых на место укладки водой. В процессе отсыпки и уплотнения
водой формируются специфичные свойства намывных грунтов,
отличающие их от других типов насыпных грунтов. Плотность
намывных грунтов определяется их гранулометрическим соста¬
вом и степенью обеспеченности отвода воды с намываемой тер¬
ритории. При надлежащей подготовке территории для намыва
(удаление залегающих у подошвы слабых грунтов, засыпка
местных понижений и планировка, обеспечивающая быстрый
сток избыточных вод) намывные грунты обладают достаточно
высокой плотностью и практически равномерной сжимаемостью.Большинство отвалов грунтов и отходов производств
(нарушенные природные грунты, шламы, хвосты, золы и золо-
шлаки) по способу образования подразделяют на насыпные и
намывные. В свою очередь насыпные отвалы грунтов и отходов
производств целесообразно подразделить на две разновидности:
отсыпанные по откосу сразу на всю высоту и отсыпанные по¬
слойно.Отвалы грунтов и отходов производств, отсыпанные по от¬
косу сразу на всю высоту, образуются в результате доставки
однородных материалов на место укладки автомобильным или
железнодорожным транспортом. Материал сваливается прямо
под откос или на бровку, после чего вручную или бульдозером
сбрасывается вниз. В результате отсыпки насыпи сразу на всю
высоту или иногда слоями значительной толщины до 6 ... 12 м.28
только верхний слой грунта толщиной 0,5 ... 1 м хорошо уплот¬
няется транспортом, а нижние слои, как правило, остаются в
рыхлом сложении. Включения случайно попавших материалов
обычно распределяются на значительной площади небольшими
наклонными слоями. Характерной особенностью отвалов грун¬
тов и отходов производств, отсыпанных по откосу сразу на всю
высоту, является специфичность их сложения, состоящая в том,
что отдельные разновидности материалов располагаются наклон¬
ными слоями различной толщины под углом их естественного
откоса; зтим в значительной степени обусловливается неравно¬
мерность сжимаемости их в отдельных местах площадки.Отвалы грунтов и отходов производств, отсыпанные по¬
слойно, образуются в результате отсыпки одних и тех же мате¬
риалов мелкими объемами по всей площадке. Накопление
материалов в этом случае обычно продолжается в течение дли¬
тельного времени, в результате чего насыпной грунт в отдельных
местах, хотя и неравномерно, но значительно уплотняется при¬
возящим грунт транспортом. Случайно попавшие включения
различных материалов в этом случае концентрируются в местах
их сбора, занимая небольшие площадки. В связи с зтим отличи¬
тельной особенностью отвалов грунтов и отходов производств,
отсыпанных послойно, является то, что материал располагает¬
ся отдельными почти горизонтальными слоями различной тол¬
щины, в которых в большей или меньшей степени встречаются
включения различных материалов. Плотность таких отвалов
обычно выше, чем отсыпанных по откосу сразу на всю высоту.Шлаки, образующиеся при выплавке черных и цветных ме¬
таллов, а также неметаллических веществ (сера, фосфор, крем¬
ний) , по способу образования подразделяются на литые и насып¬
ные. Литые шлаки имеют: слитную, часто трещиноватую струк¬
туру достаточно высокой прочности, возникающую в резуль¬
тате слива в отвал расплавленных (огненно-жидких) шлаков.
При остывании такие шлаки приобретают слитную структуру.
Насыпные шлаки образуются при сбрасывании в отвал остыв¬
ших шлаков, доставляемых обычно железнодорожным тран¬
спортом. Иногда структура шлаков в отвалах неоднородная
и изменяется от слитной до насыпной.Свалки грунтов, промышленных и бытовых отходов обра¬
зуются путем неорганизованной отсыпки или медленного на¬
копления этих материалов на территориях или вблизи крупных
населенных пунктов, промышленных предприятий. По способу
отсыпки свалки также подразделяются на отсыпанные по отко¬
су сразу на всю высоту и отсыпанные послойно, в том числе
образовавшиеся в результате медленного накопления материала.29
По степени самоуплотнения от собственного веса и частично
под влиянием изменения гидрогеологических условий, насып¬
ные грунты следует подразделять на два основных вида: слежав¬
шиеся, в которых процесс уплотнения самих насыпных грунтов
от собственного веса и подстилающих насыпь грунтов от ее
веса закончился; неслежавшиеся, в которых процесс уплотнения
продолжается. Планомерно возведенные насыпи обычно отно¬
сятся к уплотненным и, следовательно, к слежавшимся насып¬
ным грунтам.Период времени, необходимый для самоуплотнения насып¬
ных грунтов, изменяется в широких пределах и зависит в основ¬
ном от способа отсыпки и от материалов, составляющих насыпь.Имеющиеся данные показывают, что уплотнение планомерно
возведенных насыпных песчаных грунтов протекает в течение
0,5 ... 2 лет, глинистых до 2 ... 5 лет. Процесс уплотнения отвалов
грунтов и отходов различных производств продолжается доль¬
ше, чем аналогичных по составу и способу отсыпки планомерно
возведенных насыпей, и составляет, лет: для песчаных грунтов —
до 2 ... 5, для глинистых грунтов до 10 ... 15, для формовочной
земли, золы и отходов обогатительных фабрик (в зависимости
от состава) — 5 ... 10.Уплотнение свалок грунтов, отходов различных производств
и бытовых отбросов, особенно при содержании большого коли¬
чества органических включений, происходит значительно медлен¬
нее, в течение 5 ... 30 лет, а в некоторых случаях и больше.
Городские свалки бытовых и промышленных отходов при по¬
вышенном содержании в них органических веществ следует от¬
носить к слежавшимся.По устойчивости природной или вновь образовавшейся
структуры насыпные грунты подразделяются на два основных
вида: устойчивые и разрушающиеся (распадающиеся). Среди
насыпных грунтов с устойчивой структурой необходимо выде¬
лить отходы производств (некоторые виды шлаков, золы и
золошлаки), обладающие цементационной способностью, проч¬
ность структурных связей в которых со временем возрастает.Неустойчивой структурой характеризуются некоторые
виды природных глинистых грунтов, извлекаемых из нижних
слоев при горно-технических, строительных работах (проходке
шахт, тоннелей и т.п.), отдельные виды отходов производств
(шлаки, хвосты, шламы и т.п.). Под влиянием атмосферных
воздействий в этих грунтах и материалах происходят физико¬
химические и химические процессы, приводящие к разрушению
структуры грунтов, снижению их прочности. В пустых породах30
угольных шахт, наряду с разрушением структуры грунтов, иног¬
да происходит их возгорание. 8 свалках грунтов и отходов про¬
изводств под влиянием биологических, химических воздействий
происходит практически непрерывный процесс разложения
органических веществ.По содержанию органических веществ насыпные грунты
подразделяют на два вида: без органики (планомерно возведен¬
ные насыпи, большинство типов отвалов грунтов и отходов
производств) и с содержанием органических веществ, что обыч¬
но наблюдается в свалках грунтов промышленных и бытовых
отходов.По составу и условиям распределения органических веществ
свалки грунтов, отходов производств и бытовых отбросов
могут быть разделены на отдельные разновидности. При оценке
свалок основным показателем является количество органиче¬
ских веществ, поэтому оценку производят по среднему показа¬
телю содержания органических веществ, и эта оценка будет тем
вернее, чем равномернее рассеяны по всей толще свалки органи¬
ческие вещества.Распределение органических веществ в толще насыпи может
быть: рассеянное по всей толще; гнездовое или линзовое.Рассеянное содержание органических веществ обычно встре¬
чается в свалках, отсыпанных по откосу сразу на всю высоту,
а гнездовое — в свалках, отсыпанных послойно.Наряду с этим свалки с рассеянным содержанием органики
подразделяются по количественному содержанию органических
включений на три вида: до 0,1; 0,1 ...0,25; более 0,25.Свалки грунтов, отходов производств и бытовых отбросов
с гнездовым или линзовым, а также с рассеянным расположе¬
нием органики разделяются на два вида: 0,25 ... 0,5; более 0,5
(бытовые отбросы).Использование этой классификации (см. табл. 2.1) в практи¬
ке во многом упрощает проведение инженерно-геологических
исследований площадок, сложенных насыпными грунтами,
выбор методов подготовки оснований, конструкций фундамен¬
тов и назначение необходимых для каждого частного случая
конструктивных мероприятий, обеспечивающих устойчивость
возводимых зданий и сооружений.31
2.2.	ОСОБЕННОСТИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОСНОВНЫХ ТИПОВ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВПриродные фунты нарушенной структуры наиболее часто
используют для устройства планомерно возведенных насыпей,
составляют основную часть отвалов грунтов, входят в состав
свалок грунтов, промышленных и бытовых отходов.При нарушении природной структуры грунтов меняются их
физико-механические характеристики, причем наибольшие изме¬
нения происходят в глинистых грунтах.Нарушение природной структуры грунта обычно сопро¬
вождается разрушением природной связности, прочности связей
между отдельными частицами и агрегатами, разуплотнением
грунта с соответствующим повышением пористости и снижением
прочностных и деформационных характеристик. Последующее
уплотнение грунтов приводит к повышению их плотности и тем
самым прочностных и деформационных характеристик. В ре¬
зультате уплотнения гравелистых, песчаных грунтов до высокой
степени плотности, что обычно имеет место при устройстве
планомерно возведенных насыпей, плотность грунтов, угол
внутреннего трения, модуль деформации превышают природ¬
ные значения. В связи с этим хорошо уплотненные гравелистые,
песчаные грунты, несмотря на нарушение их природной струк¬
туры, по своим физико-механическим характеристикам мало
отличаются от аналогичных им по составу грунтов естественно¬
го сложения.Уплотнение глинистых грунтов также часто обеспечивает
повышение их плотности до состояния близкого или превышаю¬
щего природное Значение. Однако прочностные и деформацион¬
ные характеристики их, хотя и весьма существенно повышают¬
ся, по сравнению с рыхлым состоянием, при нарушении их
структуры, но, как правило, оказываются ниже, чем в природ¬
ном залегании. Причина заключается в том, что связность и сцеп¬
ление глинистых грунтов природного происхождения определя¬
ются двумя факторами: цементационным сцеплением, возника¬
ющим в процессе формирования и существования толщи грунта,
и сцеплением межмолекулярного притяжения, зависящим от
плотности грунта. При нарушении природной структуры гли¬
нистого грунта и его разуплотнении резко уменьшаются как
цементационное, так и межмолекулярное сцепление. Последую¬
щее уплотнение приводит к повышению плотности и тем самым
к восстановлению сцепления грунта за счет межмолекулярного
взаимодействия влаги с частицами грунта. Цементационное сцеп¬
ление при этом не восстанавливается, и поэтому после уплотне¬32
ния и повышения плотности глинистого грунта даже до состоя¬
ния выше природного величина сцепления грунта оказывается
ниже, чем в природном состоянии. Параллельно с уменьшением
сцепления происходит и снижение модуля деформации глинисто*
го грунта при нарушении его структуры, несмотря на возмож¬
ное повышение его плотности. В наибольшей степени снижение
сцепления и модуля деформации при нарушении структуры
наблюдается в плотных глинах с высоким содержанием глини¬
стых частиц и низкой влажностью, и в меньшей степени в суглин¬
ках и супесях.Физико-механические характеристики природных грунтов
нарушенной структуры значительно изменяются при изменении
их состава и включении различных материалов. Включение в
грунты более крупных и прочных частиц обычно приводит к
повышению прочностных и деформационных характеристик,
а более мелких или органических веществ, наоборот, к
снижению этих характеристик. Это обстоятельство обычно
учитывается при выборе видов грунтов или их смесей для
устройства планомерно возведенных насыпей.Металлургические шлаки разделяют по видам выплавляе¬
мого металла на доменные, мартеновские, конверторные, элект¬
росталеплавильные, ферросплавные и ваграночные. Их объеди¬
няют в две группы: шлаки первичных металлургических про¬
цессов — доменные и ферросплавные и шлаки вторичных про¬
цессов — сталеплавильные и ваграночные [22].В состав металлургических шлаков входят окислы: СаО,
Si02, А1203, МдО и FeO, причем повышенное содержание Si02
позволяет отнести их к кислым, а СаО — к основным.Металлургические шлаки, особенно доменные и сталепла¬
вильные, занимают доминирующее пложение среди прочих
отходов промышленных производств по использованию их в.
качестве материалов оснований сооружений, обратных засыпок
и т.д. Общий объем доменных и сталеплавильных шлаков в от¬
валах составляет около 2 млрд. м3, причем большая их часть
сосредоточена в районах Урала, Кузбасса, Донбасса.Доменные шлаки по химическому составу можно подраз¬
делить на основные, кислые и нейтральные. Это разделение
характеризуется модулем основности М0, представляющим
собой отношение процентного содержания (СаО + MgO) : (Si02 +
+ А1203); при М0 > 1 шлаки относятся к основным, М0 < 1 —
кислым, М0 — 1 — нейтральным.Выход доменного шлака, его состав и свойства зависят от
химического и минералогического состава пустой породы33
железных руд, золы кокса, содержания серы в шихте, характе¬
ра процесса восстановления и теплового состояния печи, а также
вида выплавляемого чугуна.Для застывшего основного шлака характерна в изломе свет¬
лая матовая поверхность, а кислого — блестящая, стекловидная,
серого цвета, переходящего в черный.По величине предела прочности на сжатие шлак подразделя¬
ется на высокоактивный (Ясж > 5 МПа), активный (2,5 ... 5)
и малоактивный (< 2,5). Пределы изменения значений модулей
основности (М0) и активности (Ма) доменных шлаков приве¬
дены на рис. 2.1 [22].Самопроизвольный распадок некоторых шлаков при охлаж¬
дении наиболее отрицательно влияет на их использование при
устройстве оснований сооружений и обратных засыпок, причем
период распада составляет от нескольких суток до 2 ... 3 мес.
Установлено, что при медленном охлаждении и содержании
СаО > 45 % шлаки распадаются практически сразу же. При мень¬
шем содержании СаО процесс силикатного и железистого распа¬
да в отвалах практически прекращается. Например, в соответ¬
ствии с ГОСТ 5578—76 "Щебень из доменного шлака для бетона.
Технические условия", к устойчивым относятся шлаки, в кото¬
рых содержание СаО равно или меньше величины, % по массе,
определяемой по формулеСаО = 0,92 Si02 + Al203 + 0,2 МдО.	(2.1)Шлаки большинства металлургических заводов Донбасса
отличаются большим содержание окиси кальция (до 49 %), поэ¬
тому их структура неустойчива, а шлаки металлургических заво¬
дов Урала и Востока относятся преимущественно к устойчивым
(СаО < 40 ... 42 %). Доменные шлаки характеризуются весьма
неоднородной макроструктурой и залегают в отвалах, как пра¬34Рис. 2.1. Пределы изменения мо¬
дуля основности М0 (/) и мо¬
дуля активности Ма (2) для юж¬
ных (Ю), центрельных (Ц), вос¬
точных (В) заводов и магне¬
зиальных (М) шлаков
вило, сильно трещиноватыми слоями различной толщины, что
связано с неравномерным режимом их охлаждения.Доменные шлаки при устройстве оснований, обратных
засыпок и т.д. могут использоваться в виде гранулированного
шлака, шлакового щебня и отвального шлака из отвалов.Гранулированный шлак получают на специальных установ¬
ках, на которых превращают шлаковый расплав в мелкозерни¬
стое состояние быстрым охлаждением и дроблением водой,
струей пара или воздуха. Г ранулометрический состав этого шла¬
ка изменяется от зерен диаметром 1,0 до 3,8 мм с содержанием
стекловидной фазы 80 ... 98 % и зависит, так же как плотность
и влажность, от способа грануляции. Плотность насыпных шла¬
ков в сухом состоянии колеблется от 0,4 до 1,5 т/м3, а влаж¬
ность от 0,05 до 0,3.По структурно-текстурным особенностям выделяют обычно
остеклованные, пористые и плотные шлаки. Для плотных куско¬
вых шлаков значения плотности изменяются от 2,2 до 2,5 т/м3,
пределы прочности при сжатии /?сж от 60 до 120 МПа, а для по¬
ристых соответственно от 0,4 до 1,6 т/м3 и от 3 до 40 МПа.По данным института "Гипросталь", доменные шлаки в
слежавшихся отвалах Донецкого и Краматорского металлурги¬
ческих заводов, завода тяжелого машиностроения (г. Жданов)
плотностью 1,8 ... 1,85 т/м3 имеют значения модуля деформации
Е — 35 ... 40 МПа, угла внутреннего трения = 21°, удельного
сцепления с = 0,02 ... 0,025 МПа.Сталеплавильные шлаки образуются в результате окисления
примесей чугуна и лома, расплавления известняка, извести,
боксита, плавикового шпата, железной и марганцевой руды,
а также растворения и разрушения футеровки агрегата.Основу сталеплавильных шлаков составляют окислы Si02,
CaO, FeO и МпО. Составы мартеновского и электроплавильного
шлаков несколько различаются, но по основным компонентам
незначительно. Электроплавильные шлаки характеризуются
большей основностью и значительными колебаниями состава
в зависимости от марки выплавляемой стали.Сталеплавильные шлаки, в которых больше основных окис¬
лов (CaO, МдО, МпО, FeO), называют основными, а с преобла¬
данием кислотных окислов (Si02, Р2О5) — кислыми. Для стале¬
плавильных шлаков, особенно мартеновских, характерно высо¬
кое содержание железа в виде окислов и металлических включе¬
ний. Удельный выход шлаков составляет обычно 130... 220 кг/т
стали.Недостаточная устойчивость является одним из отрицатель¬
ных свойств сталеплавильных шлаков, что существенно огра-35
Рис. 2.2. Зависимость модуля
деформации шлаков Е от
плотности сухих шлаков1 — доменные шлаки; 2 —
мартеновские шлакиничивает их использование при устройстве оснований сооруже¬
ний, насыпей, обратных засыпок и т.д. Большинство основных
сталеплавильных шлаков склонно к известковому, магнезиаль¬
ному и железистым распадам.По сравнению с доменными, сталеплавильные шлаки обла¬
дают большей плотностью, но более низкой прочностью.По физико-механическим свойствам остывший мартенов¬
ский шлак, находящийся в отвалах, близок к крупнообломоч¬
ным несцементированным щебенистым грунтам и содержит
незначительное количество включений огнеупоров, металла и
других неорганических примесей. Гранулометрический состав
шлаков характеризуется содержанием пылеватых и песчаных
частиц 1 ... 20%, щебня 25 ... 55%; крупных фракций размером
более 100 мм (20%).В связи с весьма неоднородной структурой физико-механи¬
ческие характеристики шлаков изменяются в довольно широких
пределах, например, пористость мартеновских шлаков в отва¬
лах составляет 6 ... 40%, плотность — 1,3 ... 3,5 т/м3, влажность —
0,4 ... 0,12, предел прочности при сжатии — 12 ... 170 МПа.
Модуль деформации — 10 ... 40 МПа, угол внутреннего тре¬
ния 20 ... 450, удельное сцепление 0,01 ... 0,04 МПа. На рис. 2.2
представлена зависимость модуля деформации шлаков от
плотности в сухом состоянии, из которой видно, что при оди¬
наковой сжимаемости плотность мартеновских шлаков выше,
чем доменных, что связано с меньшей пористостью мартенов¬
ских шлаков и повышенным содержанием металлических
включений.Опыт использования структурно-устойчивых мартеновских
шлаков при устройстве оснований, обратных засыпок показы¬
вает, что при их доуплотнении они приобретают высокую проч¬
ность и низкую сжимаемость.Зола и золошлаки — несгорающие остатки, образующиеся
из минеральных примесей топлива при полном его сгорании.36
улавливаются золоуловителями. Шлак (золошлак) — материал,
который скапливается по мере сгорания топлива в шлакосбор-
никах. При сгорании топлива (каменный и бурый уголь, сланец,
торф) в результате тепловых и химических фазовых превраще¬
ний его минеральной части образуются три вида отходов: зола-
унос, зола топлива и шлак.Золы подразделяются на кислые (СаО <10%) и основные
(СаО > 10 %) в зависимости от вида топлива. Содержание золы
составляет, %: в каменных и бурых углях — 1 ... 45 и более;
в горючих сланцах — 50 ... 80; в топливном торфе — 2 ... 30.Зола в основном состоит из фракций размером 0,01... 0,1 мм
при максимальной величине частиц до 1 ... 2 мм. В шлаках пре¬
обладают фракции 0,1 ... 20 мм при максимальном размере
частиц 40 ... 60 и минимальном — 0,04 мм. Гранулометрический
состав золы и шлака, их физико-механические характеристики
зависят от рода сжигаемого твердого топлива, температуры его
сжигания, конструкции золоулавливающих и шлакоулавливаю¬
щих систем, технологии транспортировки в отвал и т.д.Накопление золы и золошлаков осуществляется намывом
в гидроотвал. В зависимости от способа удаления золы и шла¬
ка, вида получаемого в топках котлов шлака на отвалах выде¬
ляют четыре зоны фракционирования: шлаковую, золошлако¬
вую и зольные зоны подводного и надводного намывов.Плотность отложений на золоотвалах изменяется в широких
пределах, поэтому при расчетах в некоторых случаях пользуются
плотностью материала в сухом состоянии, осредненной по зонам
фракционирования. Так, например, по данным В.А. Мелентьева
[9], значение плотности в сухом состоянии в золошлаковой
зоне (вид топлива — уголь) изменяется от 0,8 до 1,75 т/м3,
пористость (п) от 32 до 73 %, а в зольной зоне: при надводном
намыве Pd = 0,68 ... 1,25 t/mj п = 46 ... 75 %; при подводном
намыве p<j = 0,65 ... 1,2 т/м3 п = 52 ... 75 % (табл. 2.3).Коэффициенты фильтрации ориентировочно могут быть при¬
няты, м/сут: для шлаковой зоны — 10 ... 200, золошлаковой
1 ... 5, зольной — 0,1 ... 1 (надводный намыв) и 0,05 ... 0,5 (под¬
водный намыв).Отложения на золоотвалах неоднородны по прочностным
свойствам и зависят главным образом от гранулометрического
состава, влажности, давности отсыпки и структуры сложения.
Угол внутреннего трения зольных отложений ГРЭС и ТЭЦ (то¬
пливо — уголь) нарушенной и ненарушенной структур изменяет¬
ся, по данным В.А. Мелентьева и др. [9], от 21 до 34°, а удель¬
ное сцепление от 0,002 до 0,085 МПа.37
Таблица 2.3. Результаты испытаний золошлаков на ТЭЦТЭЦВидтопливаПлот¬
ность
сухого
матери¬
ала Pd'
т/мВлаж¬ностьWМодульдефор¬мациимЬаУгол
внутрен¬
него тре¬
ния У,
град.Удепьное
сцепле¬
ние с,
МПаВладимир¬скаяСмесь торфа
и каменного
угля0,981300,320,1821132380,0030,015РижскаяТорф0,741,040,800,40212323100,015И жоре каяДонецкийуголь1,157570,150,3331426270,0250,085Южно-Куз¬басскаяКузнецкийуголь0,831,070,600,363~У230зГ0,0020,005Примечание. Данные над чертой относятся к образцам, ото
бренным в золоотвале, под чертой — отобранным из насыпи, уплотнен¬
ной до максимальной плотности.В отвалах, как правило, золошлаковые отложения повышен-
ной влажности (от 0,6 и более) и сжимаемости. После уплот¬
нения золошлаков при оптимальной влажности их сжимаемость
резко (в 4 ... 6 раз) уменьшается, что позволяет использовать
их в гражданском и промышленном строительстве при устрой¬
стве обратных засыпок и подсыпок.Характерно, что после уплотнения характеристики золошла-
ков Владимирской ТЭЦ равняются: Е = 10 МПа, ^ = 35°, с =
= 0,008 МПа.Шламы представляют собой продукт переработки минераль¬
ного сырья. Наибольшее количество шламов образуется на ме¬
таллургических и химических комбинатах при обогащении руд
полезными ископаемыми, их переработки и производстве гото¬
вой продукции.Как правило, на современных предприятиях шламы удаля¬
ют гидротранспортом и хранят в отдельных отвалах. При склади¬
ровании шламов в одном отвале их физико-механические харак¬
теристики значительно изменяются.Намывным шламам присущи высокая степень дисперсности,
высокая влажность, низкие значения коэффициента фильтрации,
высокая водоудерживающая способность. Некоторые из этих
свойств шламов отрицательно сказываются на использовании38
Рис. 2.3. Зависимость плотности
сухих угольных шлаков от влаж¬
ности1 — уплотненных; 2 — свеже-
намытыхих в качестве материала оснований сооружений, насыпей, обрат¬
ных засыпок и т.д.Наибольшее распространение в практике строительства
получили угольные, металлургические, нефелитовые и красные
шламы, шламы аглодоменного производства и некоторые др.Угольные шламы получаются при флотационном обогаще¬
нии угля на коксохимических заводах. В минералогическом
составе шламов преобладают глинистые минералы (до 80 %)
и органическое вещество угля (до 10 %). Угольные шламы,
как правило, имеют вид суспензии с преобладанием частиц раз¬
мером менее 0,05 мм. Характерным для этих шлаков являет-
ся наличие зависимости плотности их укладки от влажности,
заключающейся в увеличении плотности с увеличением влаж¬
ности (рис. 2.3). В водонасыщенном состоянии шламы облада¬
ют высокой сжимаемостью, а в сухом состоянии модуль дефор¬
мации Eq= 15 ... 20 МПа и = 30 ... 34°.Металлургические шламы, например, завода "Азовсталь",
в отвале характеризуются следующими физико-механическими
показателями: pd = 1,17 ... 1,79 т/м3; w = 0,17 ... 0,54; — 30°;
с = 0,016 МПа при максимальной плотности.Нефелиновый шлам представляет собой сыпучий материал
и по гранулометрическому составу близок к мелкому песку
с плотностью в сухом состоянии Pd = 1,0 ... 1,2 т/м3. При уплот¬
нении он является надежным материалом для устройства насы¬
пей и оснований сооружения.Достаточно хорошо изучены свойства фосфогипса, образую¬
щегося преимущественно при производстве фосфорных удоб¬
рений на основе серной кислоты и при получении фосфорной
кислоты из апатита в различных производствах. Причем, фос-
фогипс, складируемый гидравлическим способом, практиче¬
ски непригоден для устройства насыпей, обратных засыпок и
т.д. вследствие высокой влажности и низкой фильтрационной39
способности. Фосфогипсы сухого складирования из отвалов
ПО "Минудобрения" (г. Воскресенск) и ПО "Фосфорит"
(г. Кингисепп) [18] имеют плотность р = 0,74 ... 0,76 т/м',
среднюю влажность w = 0,46, угол естественного откоса ф —
= 42 ... 45° и по гранулометрическому составу могут быть от¬
несены к пылеватому песку. После уплотнения фосфогипса до
Pd = 1,09 т/м3 при оптимальной влажности wQ = 0,22 удельное
сцепление равняется с = 0,02 МПа. По сжимаемости этот мате¬
риал относится к слабым грунтам.Хвосты обогатительных фабрик образуются в процессе
обогащения различных руд металлов, углей, минеральных удоб¬
рений и отличаются минералогическим и гранулометрическим
составом.В хвостах обогащения руд металлов, наряду с неглинисты¬
ми минералами (кварц, полевой шпат, карбонаты), встречают¬
ся и глинистые (хлорид, слюда, каолинит, монтмориллонит).
Глинистые минералы преобладают в хвостах обогащения углей,
а в хвостах обогащения минеральных удобрений — кварц.Гранулометрический состав хвостов изменяется от крупных
до пылеватых песков. Хвосты железно-рудных обогатительных
фабрик относятся, как правило, к пескам крупной фракции,
а руд благородных металлов (золото, серебро, платина) к мел¬
ким; при различных способах гидронамыва в хвостохранилище
происходит фракционирование частиц по крупности.Влажность намывных хвостов в зависимости от глубины
намыва колеблется в широких пределах — от нескольких про¬
центов на поверхности до полного водонасыщения на определен¬
ной глубине. Очевидно, что с уменьшением содержания крупных
частиц снижается и коэффициент фильтрации, а тем самым про¬
исходит увеличение влажности на меньшей глубине.Плотность материала хвостов в сухом состоянии в зависи¬
мости от глубины намыва, гранулометрического состава изме¬
няется. Так, плотность хвостов цветной металлургии изменяет¬
ся от 1,44 ... 1,62 t/mj на поверхности до 1,58...1,84 на глубине10	м. Плотность хвостов черной металлургии соответственно на
поверхности равняется 1,8 ... 2,0 т/м3, а с глубиной возрастает
до 2,02... 2,28.Сжимаемость намывных хвостов зависит от минералоги¬
ческого состава пустой породы и плотности сложения. Компрес¬
сионный модуль деформации хвостов черной и цветной метал¬
лургии обычно равняется Ек = 10... 22 МПа. Значения прочност¬
ных характеристик (с и \р) близки к значениям природного
кварцевого песка.40
Пустые породы терриконов образуются при разработке
угольных и сланцевых месторождений и складировании в отва¬
лы пустой породы — терриконы. Несмотря на меры по уменьше¬
нию выдачи пустой породы на поверхность, их общий объем
возрастает и превышает 1,5 млрд. м3, а площадь, занимаемая
отвалами, включая защитные территории вокруг отвалов,
составляет около 2,5 тыс. га.В отвалах терриконов преобладает сланцевая глина, опреде¬
ляющая в значительной степени механические свойства породы.
Кроме сланцевой глины, но в меньшем количестве, присутству¬
ют песчаный сланец и песчаник.Горючие вещества в отвалах шахтных пород способствуют
самовозгоранию и горению отвальной массы. Кроме того, само¬
возгорание отвальных пород может произойти в результате
теплообмена с окружающей средой. Выгорание горючих веществ
приводит к образованию в отвальной породе пустот, часть из
которых заполняется в процессе осадки вышележащих слоев,
а часть (в местах спекшейся массы) увеличивается в размерах.
В результате горения состав и свойства пород изменяются.
Порода становится сыпучей или спекается в монолит, изменяют¬
ся структура, химический состав, прочностные характеристики
и другие свойства.Окраска перегоревших шахтных пород изменяется от кир¬
пично-красной до светло-коричневой. По гранулометрическому
составу они могут быть отнесены к крупнообломочным, при¬
чем крупность частиц террикона уменьшается от основания к
вершине.Пустую шахтную породу при устройстве оснований зданий
и сооружений, обратных засыпок, насыпей и т.д. можно исполь¬
зовать только в перегоревшем виде. В настоящее время, напри¬
мер в Донбассе, накоплен значительный опыт использования
пород терриконов в качестве материала некоторых земляных со¬
оружений, обратных засыпок и т.д.Плотность отсыпки в зависимости от размера фракций шахт¬
ных пород часто изменяется от 1,2 до 1,5 т/м3, а влажность
от 0,01 до 0,03.Сжимаемость и прочность шахтных пород зависят от мине¬
ралогического и гранулометрического состава, степени уплот¬
нения и влажности. Так, для шахтных пород Донецкого бас¬
сейна модуль деформации Е при естественной влажности изменя¬
ется от 10 до 16 МПа, удельное сцепление с — от 0,013 до
0,027 МПа, угол внутреннего трения ^ — от 21 до 32°. Увеличе¬
ние влажности снижает значения модуля деформации в среднем41
в 1,5 раза и сцепления — в 1,5 ... 7 раз и в некоторых случаях
вызывает набухание, что должно учитываться при возведении
насыпей, устройстве обратных засыпок и т.д.ГЛАВА 3ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ3.1.	УЧЕТ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ И ОСНОВНЫХ
ОСОБЕННОСТЕЙ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВДостоверная оценка физико-механических характеристик и
основных особенностей насыпных грунтов — основания зданий
и сооружений может быть получена только на основе материа¬
лов детальных исследований этих грунтов на месте строитель¬
ства. В связи с этим инженерно-геологические исследова¬
ния на площадях залегания насыпных грунтов должны произво¬
диться по специальной программе, позволяющей, в дополне¬
ние к общим требованиям на изыскания, установить основные
особенности насыпных грунтов: способ отсыпки, состав, одно¬
родность сложения, давность отсыпки насыпных грунтов, физи¬
ко-механические характеристики, изменчивость сжимаемости
насыпных грунтов, толщину слоя насыпных грунтов и изменение
ее на застраиваемом участке, а также возможность самоуплот¬
нения от собственного веса, самоупрочнения, разложения струк¬
туры насыпных грунтов во времени и т.п.Проводимые инженерно-геологические изыскания насыпных
грунтов по методике, обычно применяемой для грунтов естест¬
венного сложения, не всегда позволяют выявить многие отличи¬
тельные особенности насыпных грунтов. Наиболее часто ошибки
происходят при оценке состава, сложения насыпных грунтов.
Иногда однородные по составу и виду насыпные грунты ошибоч¬
но относят к грунтам природного происхождения. Экспертное
обследование десятков различных строительных площадок,
сложенных насыпными грунтами, с проведением шурфования
и осмотром стенок, дна вырытых котлованов показало, что
результаты, полученные на основе обычно проводимого буре¬
ния скважин, зондирования, не дают полной характеристики
состава и сложения насыпных грунтов. Причина заключается в
том, что при бурении скважин сравнительно небольшго диа¬
метра и зондировании случайно попавшие включения различных42
материалов, местные пустоты и т.п. при описании насыпных
грунтов ошибочно распространяются на всю толщу насыпи.Разработка и учет специальных рекомендаций по проведе¬
нию инженерно-геологических изысканий насыпных грунтов
необходимы также потому, что основные физико-механические
характеристики их за счет самоуплотнения, самоупрочнения, раз¬
ложения структуры во времени меняются, поэтому желательно
не только достоверно определить основные характеристики
насыпных фунтов к моменту начала исследования, но и дать
прогноз возможного изменения их во времени.При проведении инженерно-геологических изысканий на
площадках, сложенных насыпными грунтами, в дополнение к
общим требованиям для обычных грунтов, должны быть уста¬
новлены и изучены:однородность состава и сложения насыпных грунтов;
способ образования (насыпные, намывные);
состав насыпных грунтов, в том числе наличие включений
различных материалов;давность отсыпки насыпных грунтов;степень самоуплотнения насыпных грунтов и возможность их
последующего самоуплотнения под действием собственного ве¬
са, вибраций, изменения влажности, уровня грунтовых вод и
т.п.;устойчивость структуры насыпных грунтов при изменении
температурно-влажностного режима и других условий, в том
числе возможность разложения при наличии органических вклю¬
чений;толщина слоя насыпных грунтов и изменение ее в пределах
отдельных участков;физико-механические характеристики и в особенности сжи¬
маемости насыпных грунтов;стабилизация уплотнения подстилающих грунтов природ¬
ного происхождения от веса насыпных грунтов;несущие слои для опирания глубоких, в том числе свайных,
фундаментов;сжимаемость различных видов искусственных оснований,
осадки, несущая способность различных конструкций фунда¬
ментов, которые могут быть применены при застройке иссле¬
дуемого участка.Объем и состав инженерно-геологических работ при прове¬
дении изысканий, для установления всех особенностей и харак¬
теристик насыпных грунтов или только части назначаются с
учетом:43
степени изученности и предполагаемой сложности инженер-
но-геологического строения исследуемой площадки и сложения
насыпных грунтов;конструктивных и эксплуатационных особенностей проек¬
тируемых зданий и сооружений;местного опыта строительства в подобных условиях;
применения наиболее вероятных вариантов оснований и
фундаментов для проектируемых зданий и сооружений.Состав работ по исследованию насыпных грунтов следую¬
щий:изучение литературных, архивных материалов по геологи¬
ческим, гидрогеологическим, инженерно-геологическим исследо¬
ваниям, проводившимся ранее в пределах или поблизости от
района намечаемого строительства;изучение литературных, архивных материалов, сбор данныхо	характере промышленного производства, хозяйственной дея¬
тельности в данном районе, пунктах сбрасывания отходов про¬
изводств и бытовых отбросов, использование исследуемого
участка в прошлые годы и т.п.;инженерно-геодезическую съемку территории;
инженерно-геологическое изучение территории с примене¬
нием бурения, шурфования, зондирования;полевые и лабораторные исследования физико-механиче-
ских характеристик и основных особенностей насыпных и под¬
стилающих грунтов природного происхождения;проведение опытных работ по изучению сжимаемости раз¬
личных видов оснований, осадок и несущей способности воз¬
можных конструкций фундаментов;изучение местного опыта строительства, а также устройство
оснований и фундаментов в аналогичных грунтовых условиях;обобщение, анализ полученных данных и подготовка отчета
(заключения) об инженерно-геологических изысканиях на рас¬
сматриваемом участке.Инженерно-геологические исследования на площадках рас¬
положения насыпных грунтов обычно начинают с изучения ар¬
хивных и литературных материалов по инженерно-геологиче¬
ским условиям засыпанных участков, об условиях образования
слоя насыпных грунтов, местного опыта строительства на насып¬
ных грунтах; при этом обращается внимание на тип оснований
фундаментов, конструктивные мероприятия в зданиях и соору¬
жениях; особенности их эксплуатации; состояние зданий с вы¬
явлением возможных осадок фундаментов, деформаций в
конструкциях и т.п.44
На основе этих материалов устанавливают способ, давность
отсыпки насыпных грунтов, особенности их сжимаемости и,
при необходимости, уточняется программа инженерно-геоло¬
гических исследований.Геологические и гидрогеологические исследования площа¬
док, сложенных насыпными грунтами, производят, как прави¬
ло, комплексно с применением бурения, шурфования и зонди¬
рования.Бурение осуществляют для изучения общего инженерно¬
геологического строения исследуемой площадки, изменения
толщины слоя насыпных грунтов на застраиваемом участке,
подстилающих насыпь грунтов естественного сложения, а в слу¬
чае применения свайных фундаментов — для установления
ориентировочной глубины погружения, несущей способности
свай и т.п.Шурфование выполняют в основном для изучения состава
и однородности сложения насыпных грунтов, а также для отбо¬
ра монолитов для лабораторных исследований физико-механи¬
ческих характеристик грунтов.Зондирование используют в основном для изучения степени
изменчивости, плотности, сжимаемости насыпных грунтов, на¬
личия крупных пустот в них, определения необходимой глубины
погружения свай, их возможной несущей способности и т.п.Скважины для изучения общего инженерно-геологического
строения исследуемой площадки проходят диаметром не менее
127 мм на глубину не менее 5 м, т.е. больше толщины слоя на¬
сыпных грунтов. При применении свайных фундаментов глу¬
бина проходки скважин принимается на 5 м глубже возможной
глубины погружения свай, а при нагрузке на свайные фундамен¬
ты свыше 3000 кН — на 10 м глубже.При проведении исследований на площадке с насыпными
грунтами, относящимися к отвалам и свалкам грунтов и отхо¬
дов производств, глубину проходки половины требуемого
количества скважин допускается уменьшать и принимать на1	м больше толщины слоя насыпных грунтов.Расстояние между скважинами назначают в зависимости
от вида, состава, способа отсыпки насыпных грунтов, рельефа
засыпанной территории, размеров проектируемых зданий и со¬
оружений и т.п. и принимают, м, не менее: для планомерно воз¬
веденных насыпей — 50; для отвалов и свалок грунтов и отхо¬
дов производств — 30.На каждом участке должно быть не менее шести скважин,
а для каждого здания — не менее трех.45
Шурфы проходят на всю толщину слоя насыпных грунтов
и размещают с учетом возможного изменения состава и сложе¬
ния насыпных грунтов, установленных по результатам бурения
скважин.Расстояния между шурфами при изучении общего инженер-
но-геологического строения рекомендуется принимать, м, не
менее: для планомерно возведенных насыпей — 100; отвалов
грунтов и отходов производств — 60; свалок грунтов и отходов
производств 40.На каждом застраиваемом участке должно быть не менее
четырех шурфов, а для каждого здания не менее двух.В полевом журнале шурфования необходимо зарисовать
все стенки шурфов на всю их глубину с описанием основной
массы грунтов и материалов, составляющих насыпь и включения
в пределах каждого слоя в порядке их содержания в объеме.Монолиты грунтов для производства лабораторных иссле¬
дований по определению физико-механических характеристик
грунтов отбирают через 1 ...2 м по глубине в пределах насыпно¬
го слоя только из шурфов в местах, характеризующих основной
состав насыпи данного горизонта, а подстилающих насыпь
грунтов естественного сложения — из скважин грунтоносами,
исключающими уплотнение или разуплотнение отбираемых
грунтов.При исследовании планомерно возведенных насыпей моно¬
литы грунтов отбирают из всех шурфов, при исследовании отва¬
лов и свалов грунтов и отходов производств допускается отби¬
рать через один шурф, но не менее чем из двух шурфов для каж¬
дого проектируемого здания.Сжимаемость всех видов насыпных грунтов должна опреде¬
ляться, как правило, статическими испытаниями штампами или
опытными фундаментами.Лабораторные исследования по определению основных
физико-механических характеристик насыпных грунтов произ¬
водят на образцах ненарушенной1 структуры. Комплекс лабора¬
торных исследований устанавливают в зависимости от способа
отсыпки, состава, однородности сложения, давности отсылки
насыпных грунтов, конструктивных особенностей проектируе¬
мых зданий и сооружений.В отчетах или заключениях по инженерно-геологическим изы¬
сканиям площадок, сложенных насыпными грунтами, должен
содержаться дополнительный раздел, посвященный подробному
изложению результатов исследований насыпных грунтов: способ
отсыпки, состав, однородность сложения, давность отсыпки46
насыпных грунтов, физико-механические характеристики, из¬
менчивость сжимаемости, плотность, толщина слоя насыпных
грунтов и изменение ее на застраиваемом участке, возможность
самоуплотнения насыпных грунтов от их собственного веса и
под влиянием других факторов, самоупрочнения, а также раз¬
ложения структуры насыпных грунтов и т.п.Состав насыпных грунтов описывают по виду материала,
слагающего основную массу, на основе визуальной оценки и
результатов лабораторных исследований, а последовательность
описания включений различных материалов в насыпном грунте
устанавливают в зависимости от их содержания в составе на¬
сыпи.Состав насыпных грунтов иллюстрируют зарисовками на
геологическом разрезе с геотехническими характеристиками.
На этом разрезе наносят результаты зондирования, модули
деформации грунтов (по результатам статических испытаний
штампами и лабораторных исследований), а также результаты
лабораторных определений с указанием процентного содержа¬
ния растительных остатков.3.2.	ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА И СЛОЖЕНИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВПри проведении подробных инженерно-геологических иссле¬
дований особое значение имеет изучение состава насыпных грун¬
тов. Учитывая практически однородный состав и сложение
планомерно возведенных насыпей, изучение можеть быть с
достаточной точностью проведено по разведочным и техниче¬
ским выработкам аналогично тому, как это делается для естест¬
венных грунтов.Состав и сложение отвалов и свалок грунтов, отходов про¬
изводств и бытовых отбросов, вследствие наличия в них вклю¬
чений, достаточно правильно установить бурением не удается,
поэтому для детального изучения состава, наряду с разведоч¬
ным бурением, производят шурфование и вскрытие обнажений.Наилучшим видом геологических выработок является тран¬
шея, позволяющая рассматривать состав и сложение насыпи в
пределах больших разрезов. Для этих целей обычно использу¬
ют глубокие траншеи под инженерные коммуникации, отрытые
непосредственно на исследуемых площадках.В тех случаях, когда зти виды выработок не применимы в
местных условиях, разведка осуществляется шурфованием.Необходимое количество шурфов и их расположение на
участке застройки должны назначаться исходя из изменчивости
сложения и состава насыпных грунтов, установленной на осно¬47
вании материалов проходки разведочных скважин. Шурфы
рекомендуется располагать в наиболее характерных пунктах
насыпи, а также в пунктах расположения наиболее ответствен*
ных сооружений или их частей. При назначении мест расположе¬
ния шурфов следует учитывать особенности залегания отдель¬
ных материалов, входящих в состав насыпных грунтов.Обычно насыпные грунты занимают пониженные места рель¬
ефа, сильно изрезанные оврагами и местными углублениями,
поэтому толщина их слоя часто изменяется в значительных пре¬
делах на сравнительно небольшом расстоянии. В связи с этим
шурфы желательно располагать так, чтобы расстояние между
шурфом и разведочной выработкой при исследовании состава
отвалов грунтов и отходов производств не превышало 30 м,
а при исследовании свалок грунтов, отходов производств и
бытовых отбросов — 10 м. При таких расстояниях можно соста¬
вить достаточно подробный геологический разрез и установить
изменение толщины слоя насыпных грунтов на участке располо¬
жения каждого здания или сооружения.Отрывка траншей или расчистка обнажений, как правило,
производится экскаваторами или другими землеройными маши¬
нами. Проходка шурфов производится буровыми машинами,
обеспечивающими получение выработок диаметром не менее
80 см.Поскольку состав и сложение отвалов, и, главным образом,
свалок грунтов, отходов производств и бытовых отбросов
часто неоднородны, необходимо производить зарисовку всех
стенок шурфов, на всю глубину с описанием основной состав¬
ляющей части и включений каждой разновидности насыпных
грунтов. Особое внимание следует обращать на наличие круп¬
ных включений или пустот, которые могут существенно по¬
влиять на физико-механические характеристики и главным
образом на изменчивость сжимаемости насыпных грунтов,
а следовательно, и осадку возведенных в этом пункте фунда¬
ментов. Наличие таких крупных включений, как "козлы" в
шлаках, остатки бетонных, железобетонных элементов, металло¬
лома, древесины и т.п., в некоторых видах отвалов и свалок
часто приводит к неравномерной их сжимаемости в различных
пунктах. Крупные пустоты под включениями в насыпных грун¬
тах могут вызвать большие неравномерные осадки отдельных
фундаментов из-за обрушений в них грунта. Кроме того, по пус¬
тотам со значительной скоростью может двигаться вода, попада¬
ющая в грунт, что в сбою очередь приводит к вымыванию от¬
дельных фракций из грунта и его оседанию. Крупные включе¬48
ния или пустоты можно обнаружить помимо шурфования ста*
тическим или динамическим зондированием. При обнаружении
необходимо сделать зарисовки их в плане с указанием глубины
залегания и по возможности установить соотношение объема
этих пустот к полному объему грунта.При изучении состава свалок грунтов, отходов производств
и бытовых отбросов необходимо определить содержание и ха¬
рактер расположения органических включений. Наряду с опре¬
делением количества органических включений в свалках с гнез¬
довым и линзовым расположением необходимо сделать зари¬
совку областей их распространения.Во время проведения разведочного бурения и шурфования
производится отбор проб для лабораторных исследований фи¬
зико-механических характеристик грунтов, слагающих площад¬
ку. В планомерно возведенных насыпях отбор проб для лабора¬
торных исследований может производиться из технических вы¬
работок, как и при исследовании естественных грунтов. В от¬
валах грунтов и отходов производств пробы отбираются в шур¬
фах из наиболее характерных мест через 1 ... 2 м по глубине.3.3.	ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВЛабораторные испытания физико-механических характерис¬
тик насыпных грунтов под площадку проводят с целью получе¬
ния необходимых данных для: расчленения пройденной развед¬
кой толщи насыпных грунтов на отдельные виды согласно
их классификации; выбора системы, метода подготовки основа¬
ний и типа фундаментов; расчета оснований, осадок фунда¬
ментов зданий и сооружений.Для решения этих вопросов необходимо определить следую¬
щие физико-механические характеристики насыпных грунтов:
гранулометрический состав, плотность частиц и плотность грунта
в сухом состоянии, пористость и коэффициент пористости,
число и пределы пластичности, естественную влажность, мак¬
симальную и минимальную плотности, содержание органических
включений и степень их разложения, устойчивость структуры
грунта, деформационные и прочностные характеристики.При неоднородном составе насыпных грунтов лабораторные
исследования должны производиться на образцах, характерных
для всей толщи насыпного грунта. При резко изменяющемся
составе насыпных грунтов (обычно на свалках), когда нельзя
выделить основную составляющую часть насыпного грунта и
отобрать образцы характерного состава, лабораторные иссле¬
дования не проводятся, так как полученные в этом случае49
Р^улътатР1 нв характеризуют физико-механические свойства
вс*й топи^ насыпного грунта.Для получения наиболее достоверных результатов лабора¬
торные исследования желательно проводить на образцах возмож¬
но большего размера по сравнению с принятыми в практике
■^Следования естественных грунтов.Исследования проводят по общепринятой методике. Комп¬
лекс исследований назначают в соответствии с видом исследуе¬
мых насыпных грунтов.Поскольку вид насыпного грунта, согласно принятой клас¬
сификации, устанавливают в основном по гранулометрическому
составу, определение его производят при исследовании плано¬
мерно возведенных песчаных насыпей, отвалов песчаных грун¬
тов и подобных им отходов производств. По гранулометриче¬
скому составу также дается ориентировочная оценка сжимае¬
мости насыпных грунтов и сроков их уплотнения от собствен¬
ного веса.Не менее важной характеристикой насыпного грунта явля¬
ется плотность частиц, плотность грунта в сухом состоянии и
плотность грунта при естественной влажности. Эти характе¬
ристики используются при вычислении осадок, в том числе
дополнительных осадок фундаментов от полного разложения
органических включений в насыпных грунтах. Кроме этого, они
необходимы для определения пористости, коэффициента по¬
ристости, естественной влажности и степени влажности грунта.
По величине плотности сухого грунта можно судить и о степени
его плотности.Величина естественной влажности, а также пределы пластич¬
ности глинистых насыпных фунтов значительно влияют на проч¬
ность и деформируемость грунтов. Существенное влияние влаж¬
ность грунта оказывает на степень и сроки уплотнения насып¬
ных грунтов от собственного веса. Влажность грунта имеет ре¬
шающее значение при выборе метода подготовки оснований,
поэтому необходимо детально изучать как влажность грунта
в естественном состоянии, так и пределы пластичности насып¬
ных глинистых грунтов.При выборе метода подготовки оснований необходимо так¬
же знать максимальную плотность рассматриваемого вида
насыпного грунта, полученную стандартными методами. В за¬
висимости от максимальной и минимальной плотности назнача¬
ют необходимую степень уплотнения насыпного грунта.Содержание органических включений определяют при ис¬
следовании всех видов отвалов и свалок грунтов и отходов50
различных производств; при этом особое внимание обращают на
степень их разложения, а также на возможность разложения в
процессе эксплуатации проектируемых зданий и сооружений.Неустойчивой структурой обладают чаще всего отходы про¬
изводства такие, как некоторые виды шлаков, шламов, хвос¬
тов, грунтов природного происхождения. Устойчивость струк¬
туры может быть определена несколькими способами. Наиболее
часто применяют способ по ГОСТ 5578—76 "Щебень из доменно¬
го шлака для бетона". По этому способу устойчивыми являются
шлаки, в которых содержание окиси кальция равно или меньше
величины, вычисленной по формуле (2.1)По ГОСТ 3344—83 "Щебень и песок шлаковый для дорожно¬
го строительства. Технические условия", устойчивость структу¬
ры шлаков определяют испытанием отдельных фракций шлака
в автоклаве в среде насыщенного водяного пара.За рубежом в основном используют способы, основанные
на изучении окраски шлака в ультрафиолетовом свете, а также
в среде водонасыщенного водяного пара.Деформационные характеристики насыпных грунтов сле¬
дующие: модуль деформации Е; коэффициент сжимаемости а;
относительное сжатие е; коэффициент изменчивости сжимаемо¬
сти ос.Модуль деформации определяют, как правило, в полевых
условиях испытанием грунтов, штампами или опытными фунда¬
ментами (см. п. 3.4). В лабораторных условиях модули дефор¬
мации, а также коэффициенты сжимаемости и относительного
сжатия допускается определять только для однородных по со¬
ставу грунтов и отходов производств, не содержащих крупных
включений. Для этого испытания проводят в компрессионных
приборах по общим методам, а в необходимых случаях опреде¬
ляют следующие специфические характеристики сжимаемости
грунтов: относительную просадочность, относительное набуха¬
ние, относительную усадку, относительное суффозионное
сжатие.Коэффициент изменчивости сжимаемости насыпных фун¬
тов представляет собой отношение максимальных и минималь¬
ных значений характеристики сжимаемости.а ~ ^max/^min ~ amax^min ^max ^min.	(3.1)Определение коэффициентов изменчивости сжимаемости по
коэффициентам сжимаемости а и относительным сжатиям е,
полученным в лабораторных условиях, допускается применять
только для однородных по составу насыпных грунтов.51
Прочностными характеристиками насыпных грунтов, как и
обычных грунтов природного происхождения, являются сцепле¬
ние с и угол внутреннего трения <£, которые в значительной
степени зависят от плотности и влажности грунтов. Эти харак¬
теристики должны определяться при том состоянии грунта, в
котором он находится в процессе строительства и эксплуатации
здания или сооружения. Для однородных по составу и сложению
насыпных грунтов, а также для отдельных фракций и слоев
неоднородных грунтов прочностные характеристики определяют
в лабораторных условиях сдвиговыми испытаниями в срезных
приборах или в приборах трехосного сжатия. Для неоднородных
насыпных грунтов при наличии в них крупных включений
прочностные характеристики следует определять в полевых
условиях обрушением или выпиранием оконтуренных призм
грунта по специальной методике.3.4.	ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВПолевые испытания при проведении инженерно-геологиче¬
ских изысканий насыпных грунтов выполняют с целью опре¬
деления их сжимаемости, плотности как по абсолютной величи¬
не, так и по степени неравномерности, а также несущей способ¬
ности свай.В состав полевых испытаний насыпных грунтов обычно
входят: статическое или динамическое зондирование, испытания
штампами и опытными фундаментами, определение несущей
способности свай.Зондирование насыпных грунтов позволяет выделить от¬
дельные инженерно-геологические элементы (слои грунта),
изучить плотность их сложения, сжимаемость, а также получить
достаточно точные данные о сопротивлении грунта конусу зонда
и боковом трении при погружении зонда, необходимые для
определения несущей способности свай. Иногда зондирование
целесообразно применять для изучения изменения толщины слоя
насыпных грунтов, глубины залегания подстилающего несущего
слоя, который может служить надежным основанием для свай¬
ных фундаментов. Кроме этого, зондирование позволяет уста¬
новить встречающиеся в насыпных грунтах включения твердых
материалов, оценить возможность прорезки насыпных грунтов
забивными и набивными сваями. Зондирование выполняют ста¬
тическое, основанное на задавливании конуса зонда с зондиро-
вочными штангами в грунт, и динамическое - забивкой кону¬
са. Наиболее простым является динамическое зондирование, а
наиболее достоверные данные дает статическое зондирование.52
Зондирование является косвенным методом определения
плотности, сжимаемости грунтов, несущей способности свай, но,
благодаря возможности выполнения испытаний с большой пов¬
торностью и на значительные глубины (до 20 ... 30 м), позволя¬
ет получать достаточно достоверные данные по характеристикам
грунтов.Зондировочные скважины, так же как и шурфы и скважи¬
ны, обычно располагают в наиболее характерных местах, в кото¬
рых предполагают получить минимальные и максимальные ха¬
рактеристики исследуемых насыпных и подстилающих грунтов
природного сложения.Расстояния между зондировочными скважинами принимают,
м, следующими: планомерно возведенных насыпных грунтов —
50, отвалов грунтов и отходов производств — 20, свалок грун¬
тов и отходов производств — 15.Зондировочных скважин на исследуемой площадке должно
быть не менее восьми, а под каждое здание не менее пяти.Глубину проходки зондировочных скважин обычно прини¬
мают равной глубине проходки буровых скважин.При проведении испытаний на площадках с насыпными грун¬
тами, относящихся к отвалам грунтов и отходов производств,
глубину проходки половины из требуемого количества зонди¬
ровочных скважин допускается уменьшать и принимать на 1 м
большей толщины слоя насыпных грунтов. При исследовании
свалок грунтов и отходов производств допускается уменьшение
до указанных выше пределов глубины прохода 2/3 из требуемо¬
го количества зондировочных скважин.Плотность сложения песчаных насыпных грунтов оценивает¬
ся, так же как и у грунтов природного сложения, по величине
условного динамического сопротивления qc или сопротив¬
ления грунта корпуса зонда q<j при статическом зондировании.По результатам динамического зондирования, к плотным от¬
носят пески при величине условного динамического сопротив¬
ления, МПа, более: 12,5 — для крупных и средних песков;11	— для мелких маловлажных; 8,5 — для мелких водонасы¬
щенных и пылеватых маловлажных. К рыхлым относят пески
при величине условного динамического сопротивления, МПа,
менее: 3,5 — для крупных и средних песков; 3 — мелких мало¬
влажных и 2 — для пылеватых маловлажных и мелких водона¬
сыщенных. При промежуточных значениях q<j пески оценивают¬
ся средней плотностью.По результатам статического зондирования, к плотным
относят пески при сопротивлении грунта конусу зонда, МПа,
более: 15 — для крупных и средних песков; 12 — для мелких;53
10	- для пылеватых маловлажных; 7 — для пылеватых водона¬
сыщенных. К рыхлым относят пески при сопротивлении грунта
конусу зонда, МПа, менее: 5 — для крупных и средних песков;4	— для мелких, 3 и 2 — для пылеватых маловлажных и водо¬
насыщенных.Нормативное условное расчетное сопротивление на глинис¬
тые грунты при условных динамических сопротивлениях 1, 3, 5
и 7 МПа принимаются соответственно равными 0,1; 0,25; 0,4;
0,55 МПа, а при сопротивлениях грунта конусу зонда 1, 2, 3, 4,5	МПа соответственно равными 0,12; 0,22; 0,3; 0,4; 0,5 МПа.По данным динамического зондирования, модуль деформа¬
ции для суглинков и глин принимают равным 6 qc, для песча¬
ных грунтов — в зависимости от их крупности (2 ... 7) qc . При
статическом зондировании модуль деформации для песчаных
грунтов рекомендуется принимать равным 3 qd и 7 qd для гли¬
нистых грунтов.По результатам динамического и статического зондирова¬
ния возможно определять также углы внутреннего трения насып¬
ных песчаны* грунтов.Несущую способность забивных свай на вертикальную вдав¬
ливающую нагрузку, по результатам статического зондирования,
определяют по значениям сопротивления грунта конуса зонда
q<j и сопротивления грунта по боковой поверхности зонда qdf в
соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.03—85.Испытания насыпных грунтов штампами и опытными фунда¬
ментами осуществляют в их естественном залегании или после
доуплотнения различными методами. Испытания проводят как
с целью определения модуля деформации грунтов, так и харак¬
тера протекания осадок во времени.Испытания пробными статическими нагрузками насыпных
грунтов, не содержащих крупных включений, обычно выполня¬
ют штампами площадью 0,5 м2. При исследованиях на глубинах
свыше 4 м и отсутствии крупных включений допускается прово¬
дить глубинные испытания отдельных разновидностей насып¬
ных грунтов в скважинах штампом площадью 600 см2.При наличии в насыпных грунтах крупных включений (от¬
ходы, обломки бетонных, железобетонных элементов; остатки
разрушенных зданий, "козлы" в шлаках и т.п.) испытания проб¬
ными статическими нагрузками проводят с помощью опытных
фундаментов площадью 1 ... 4 м2, площадь которых назначают
в зависимости от крупности включений с таким расчетом, чтобы
ширина фундамента превышала длину включения.Для изучения возможности просадочности или набухания54
насыпных грунтов, состоящих из маловлажных глинистых грун¬
тов, золы, шлаков, рыхлых, маловлажных, мелких песков и
т.п., испытания штампами проводят с замачиванием грунтов в
основании в соответствии с рекомендациями по испытанию про-
садочных грунтов статическими нагрузками.Испытания статическими нагрузками проводят в пределах
проектируемого сооружения и в непосредственной близости к
шурфам или к скважинам.Если толщина исследуемого вида насыпного грунта меньше
расчетной сжимаемой толщи основания, а ниже расположены на¬
сыпные грунты иного состава, способа и давности отсыпки,
то испытывают каждый слой, в том числе и естественный грунт,
залегающий в пределах сжимаемой толщи под проектируемым
зданием или сооружением.Толщина слоя каждого вида насыпного грунта под штампом
или фундаментом должна быть не менее ширины их подошвы.
В зависимости от однородности сложения, состава и давности
отсыпки насыпных грунтов на каждом участке число пунктов
испытаний должно быть не менее: для планомерно возведенных
насыпных грунтов — двух; отвалов грунтов и отходов произ¬
водств — трех; свалок грунтов и отвалов производств (при
возможности использования их в качестве оснований) — че¬
тырех.Пункты испытаний штампами назначают в местах, где, по
предварительным данным, грунты обладают минимальной и
максимальной сжимаемостью. Модуль деформации грунтов по
результатам испытаний их штампами и опытными фундаментами
вычисляют по формуле£=<1-Ai2)wd-^,	(3.1)где Ц — коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,27 для крупно¬
обломочных грунтов; 0,3 — для лесков и супесей; 0,35 — для суглин¬
ков; 0,42 — для глин; СО — безразмерный коэффициент, принимаемый
равным для круглых штампов 0,79; квадратных — 0,88; прямоуголь¬
ных при соотношении сторон от 1,5 до 3 — 1,08 ... 1144; d — диаметр
(ширина) штампа; АР — давление на штамп; AS — осадка штампа.Сваи испытывают на вертикальные, горизонтальные стати¬
ческие нагрузки, реже на выдергивающие усилия, а в сейсмиче¬
ских условиях на динамические нагрузки, имитирующие сейс¬
мические воздействия в соответствии с ГОСТ 5686—78* "Сваи.
Методы полевых испытаний".В насыпных грунтах, относящихся к слежавшимся плано¬
мерно возведенным насыпям, отвалам грунтов и отходов произ-55
Рис. 3.1. Схемы испытания свай
в неслежавшихся грунтаха — при Sf < 0,55^ б — при
Sf > 0,5Su; 1 - свая; 2 - сква¬
жина; 3 — насыпной грунт;4	— подстилающий грунт, в кото¬
ром возможна дополнительная
осадка; 5 — подстилающий несу¬
щий слой грунта; 6 — силы тре¬
ния по боковой поверхности;7	— сопротивление грунта по
торцу свай; 8 — силы трения
по боковой поверхности сваи
в пределах оседающего слояводств, испытания свай проводят в соответствии с приведенным
выше ГОСТом как для грунтов природного происхождения.В неслежавшихся планомерно возведенных насыпях, отва¬
лах в свалках грунтов, отходов производств и бытовых отбро¬
сов, а также при устройстве дополнительной подсыпки на насып¬
ные грунты испытания свай должны проводить с учетом допол¬
нительных нагрузок от сил нагружающего (негативного, отрица¬
тельного) трения. Как правило, применяют две методики испы¬
таний: без учета дополнительных нагрузок на сваи и с учетом
этих нагрузок (рис. 3.1).По первой методике (рис. 3.1, а), применяемой
при величине дополнительной осадки насыпного грунта Sf,
меньше половины предельно допустимой величины осадки для
проектируемого здания или сооружения, т.е. Sf < 0,5 Su (см.
п. 4.1), не учитывают трение по боковой поверхности сваи в
пределах слоя насыпного грунта. Испытываемую сваю погружа¬
ют (или выполняют) в скважину диаметром на 5 ... 10 см боль¬
ше диагонали поперечного сечения сваи и глубиной, равной тол¬
щине слоя насыпного и подстилающего грунта, в пределах кото¬
рого происходит дополнительная осадка. В этом случае несущая
способность сваи учитывается только за счет ее работы по торцу
и по боковой поверхности, расположенной ниже горизонта,
до которого возможна дополнительная осадка. Взаимодействие
сваи по боковой поверхности в пределах оседающих насыпного
и подстилающего слоев грунта не учитывается.По второй методике (рис. 3.1, б) учитывается до¬
полнительная нагрузка на с^аю от сил нагружающего трения.
Эту методику рекомендуется применять при возможной величи¬56
не дополнительной осадки на насыпном грунте Sf больше поло¬
вины допустимой величины SUl т.е. Sf > 0,SSu (см. п. 4.1).
Одновременно испытывают две сваи, расположенные на расстоя¬
нии 6 ... 12 диаметров одна от другой. Одну сваю погружают на
глубину, в пределах которой происходит дополнительная осад¬
ка, и испытывают вертикальной выдергивающей нагрузкой,
по величине которой принимается дополнительная нагрузка
от сил нагружающего трения. Другую сваю (как в первой мето¬
дике) испытывают в скважине вертикальной вдавливающей на¬
грузкой. За несущую способность принимается величина, рав-
ная разности предельной вдавливающей вертикальной нагрузки
на сваю и предельной выдергивающей нагрузки Fu = F — Ff.При наличии просадочных, набухающих грунтов испытания
свай проводят с замачиванием грунтов.Испытания свай проводят на участках расположения зданий
или сооружений в непосредственной близости от них в наиболее
характерных местах, на которых ожидается наименьшая несу¬
щая способность свай, наибольшие дополнительные нагрузки
на сваи и т.п.3.5.	ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ДЕФОРМАЦИЯХ ЗДАНИЙПри появлении и развитии деформаций в зданиях и соору¬
жениях выполняют дополнительные инженерно-геологические
изыскания и исследования грунтов, которые проводят с целью
выявления причин возникновения повышенных и неравномер¬
ных осадок фундаментов и разработки предложений по обеспе¬
чению дальнейшей нормальной эксплуатации зданий. Эти допол¬
нительные изыскания и исследования насыпных и подстилаю¬
щих их грунтов в основаниях существующих зданий и соору¬
жений должны производить по трем основным направлениям:
обследование состояния конструкций зданий, анализ инже-
нерно-геологических условий участка строительства и хозяй¬
ственной деятельности района;проведение дополнительных инженерно-геологических изыс¬
каний и исследований по изучению физико-механических харак¬
теристик грунтов, их изменению в процессе строительства и
эксплуатации зданий и сооружений;разработка мероприятий по обеспечению дальнейшей нор¬
мальной эксплуатации зданий и сооружений на основе анализа
возможного развития неравномерных деформаций грунтов в
основаниях.Обследование состояния конструкции зданий и сооруже¬57
ний и анализ инженерно-геологических условий участка строи¬
тельства включают следующие положения (мероприятия):
изучение и описание конструктивных особенностей сущест¬
вующих зданий и сооружений;обследование состояния конструкций зданий и сооружений
и описание характера их деформации;определение величин проявившихся осадок фундаментов;
сбор и систематизация материалов по инженерно-геологи¬
ческим изысканиям и исследованиям, выполненным до начала
строительства зданий и сооружений на участках их расположения
и на соседних территориях;анализ хозяйственной деятельности района расположения
зданий и сооружений, приводящей к возникновению дополни-
тельных осадок насыпных грунтов, подъем уровня подзем¬
ных вод и т.п.При изучении конструктивных особенностей существующих
зданий и сооружений анализируются их прочность, жесткость,
чувствительность к неравномерным. деформациям грунтов в
основаниях, допускаемые для них предельные деформации.Обследование состояния конструкций зданий и сооружений
и описание характера их деформаций осуществляют визуальным
осмотром и замером трещин в стенах, смещений перекрытий с
опорных плоскостей, раскрытий в узловых соединбниях, в оса¬
дочных швах, изгиба металлических конструкций, разрывов
железобетонных поясов и т.п. В процессе обследования кон¬
струкций важным является установление времени начала, окон¬
чания и периода наиболее интенсивного развития деформаций,
а также связи их с различными факторами, например времени
года, утечками воды из различных коммуникаций, работой
оборудования и т.п.При отсутствии данных наблюдений за осадками фундамен¬
тов величины осадок могут быть определены нивелировкой от¬
дельных горизонтальных плоскостей конструкций, к которым
при сдаче предъявляются достаточно жесткие требования на
горизонтальность положения. Горизонтальные плоскости в граж¬
данских зданиях — цоколь фундамента, подоконные перемычки
первого этажа, а в промышленных зданиях — опорные плоскости
металлических колонн, опорные столбики подкрановых балок,
головки рельс подкрановых путей, верх колонн.При наличии в стенах и других несущих конструкциях
деформаций необходимо при обследовании организовать наблю¬
дение за раскрытием трещин, осадками фундаментов. Для
наблюдения этого процесса в местах их наибольшей ширины58
устанавливают маяки в виде гипсовых, алебастровых, стеклян¬
ных накладок с указанием даты установки. Появление разрывов
в маяках свидетельствует о развитии трещин. При необходи¬
мости замеров интенсивности развития трещин во времени вмес¬
то маяков устанавливают щелемеры различной конструкции,
мессуры и другие измерительные устройства.Для замера осадок фундаментов по периметру здания и
на основных несущих внутренних конструкциях (колоннах,
стенах) устанавливают стенные марки специальной или простей¬
шей конструкции (отрезок уголка, стержня и т.п. в стену или
колонну). Нивелирование марок производят относительно
постоянного неподвижного репера или системы временных
реперов, неподвижность которых на период наблюдений обеспе¬
чивается.Наблюдения за раскрытием трещин и осадками фундамен¬
тов обычно целесообразно проводить одновременно.Сбор и систематизация материалов по инженерно-геологи¬
ческим изысканиям и исследованиям, выполненным до начала
строительства зданий и сооружений на участках их расположения
и на прилегающих к ним соседних территориях, проводятся для
следующих целей:выявление инженерно-геологических особенностей участка
расположения деформировавшихся зданий и сооружений;установление закономерностей изменения вида, состава,
плотности, влажности насыпных грунтов в плане и по глубине
до начала строительства;получение исходных данных для составления или уточнения
программы дополнительных инженерно-геологических изыска¬
ний и исследований.При анализе хозяйственной деятельности района расположе¬
ния зданий и сооружений, в первую очередь, учитывают факто¬
ры, влияющие на возможность и величины дополнительных оса¬
док фундаментов (см. гл. 4).Дополнительные инженерно-геологические изыскания
выполняют проходкой разведочных, технических скважин и
шурфов. Располагаются они через 10 ... 50 м по периметру зда¬
ний с учетом максимальных и минимальных деформаций в них,
наличия изломов конструкций в плане, осадочных швов, вводов
и выпусков коммуникаций, несущих воду и т.п. По результатам
уточняется общее строение участка с учетом инженерногеологи-
ческого разреза: для каждой скважины строится график изме¬
нения влажности грунтов по глубине, а для шурфов, наряду с
этим, графики изменения плотности. На эти же графики наносят59
значения физико-механических характеристик до начала стро¬
ительства (на основе анализа результатов предыдущих изыска¬
ний) , а также график повышения влажности, плотности грунтов.Мероприятия по обеспечению нормальной эксплуатации
деформировавшихся зданий и сооружений разрабатывают на
основе анализа возможного дальнейшего увеличения осадок
грунтов, прочности, жесткости зданий и сооружений, характера
их деформации и т.п.ГЛАВА 4РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ, ФУНДАМЕНТОВ
И ЗДАНИЙ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ4.1.	ОСНОВЫ РАСЧЕТА ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМОснования, сложенные насыпными грунтами, должны про¬
ектироваться с учетом их специфических особенностей (значи¬
тельная неоднородность по составу; неравномерная сжимае¬
мость; возможность самоуплотнения от собственного веса грун¬
тов, особенно в случаях действия вибраций от работающего
оборудования, городского и промышленного транспорта;
изменение гидрогеологических условий; замачивание насыпных
и подстилающих их грунтов естественного сложения; разложе¬
ние органических включений в насыпных грунтах и других фак¬
торов) .Неравномерная сжимаемость оснований, сложенных насып¬
ными грунтами, при воздействии на них нагрузок является
следствием изменения состава насыпных грунтов в плане и по
глубине; неравномерной плотности насыпных грунтов; измене¬
ния влажности (особенно глинистых грунтов); различной тол¬
щины слоя насыпных грунтов в основании; наличия в насыпных
грунтах сильно сжимаемых слоев и прослойков; повышенного
содержания органических включений; залегания ниже насып¬
ных грунтов сильносжимаемых подстилающих грунтов и изме¬
нения их толщины на застраиваемом участке; наличия в насып¬
ных грунтах крупных включений или пустот, соизмеримых
с шириной фундаментов.Обычно неравномерность сжимаемости насыпных грунтов
или отдельных их слоев оценивают коэффициентом изменчиво¬
сти сжимаемости°i ~~ Еmax/^Vnin	(4.1)60
и средним модулем деформации	i£/77 ~ (^тах "*■ ^min^ •	(4.2)где £таХ/ £min ~ соответственно наибольшее и наименьшее значения
модулей деформации насыпных грунтов на исследуемой площадке.При определении коэффициента а/ чаще всего приходится
использовать результаты определения модулей деформации £тах
и ^Vnin# полученных по компрессионным испытаниям в лабо¬
раторных условиях; а также зондированием в полевых усло¬
виях. Неточность этих значений компенсируется тем, что при
определении Of используют значения Етак и Етjn, полученные
не менее чем с пятикратной повторностью для участков или сло¬
ев, характеризующихся максимальной и минимальной сжима¬
емостью.Однако при кратковременных испытаниях насыпных грун¬
тов в полевых или лабораторных условиях влияние специфиче¬
ских факторов на сжимаемость практически не сказывается,
поэтому при проектировании зданий и сооружений с учетом их
длительной эксплуатации степень изменчивости сжимаемости
оснований, сложенных насыпными грунтами, существенно выше
и равна приближенноaf = Of + Of7 + Of2 + af3 + af4 + af5 + OfQ,	(4.3)где afi — коэффициент повышения степени изменчивости сжимаемости
основания за счет самоуплотнения насыпных грунтов от их собственного
веса; — то же, при влиянии вибраций от работающего технологиче¬
ского оборудования, городского и промышленного транспорта; а^ —
то же, при влиянии замачивания и снижения уровня грунтовых вод;
af4 ~ то же' при неравномерном разложении органических включений;
Ofg — то же, при неравномерном уплотнении подстилающих грунтов;
°16 ~ то же' При изменении толщины насыпных грунтов (табл. 4.1).Коэффициент повышения степени изменчивости сжимае¬
мости основания, сложенного насыпным грунтом, за счет разло¬
жения органических включений равенШ4 = 1 + 1от у	(4.4)где !от — среднее содержание органических включений в толще насыпных
грунтов (в долях от всего количества).Коэффициент повышения степени изменчивости сжимае¬
мости основания за счет изменения толщины слоя насыпных
грунтов равен (рис. 4.1)af6 = ^max/^min#	(4.5)где S/77ax— условная максимальная величина осадки насыпного грунта
от его собственного веса61
Таблица 4.1. Значения коэффициентов повышения степени
изменчивости сжимаемости оснований из насыпных грунтовРис. 4.1. Схема к расчету коэффициента повышения сте¬
пени изменчивости сжимаемости основания за счет
изменения толщины слоя насыпных грунтов^max Pq ^тах /2£/5Г	(4.6)ГАе ^min ~ условная минимальная величина осадки насыпного и естест¬
венного подстилающего его грунта от их собственного веса в пределах
слоя толщиной /lmjnSmin = Pq Лmin /2Ef; + Pq (/w - hmin)/2E,	(4.7)где Лтах> hmjn — соответственно максимальная и минимальная толщина
слоя насыпного грунта в пределах застраиваемого участка; pQ — услов¬
ное давление в грунте, равное 0,1 МПа; £ — соответственно средние
значения модулей деформации насыпного и подстилающего его естествен¬
ного сложения грунта.62Коэффи¬циентЗначения коэффициентов повышения изменчивости
сжимаемостинеслежавшихся насыпных грун¬
тов изслежавшихся насыпных грун¬
тов изпесков, шла¬
ков и Т.П.пылеватых пес¬
ков, глинистых
грунтов, золы
и т.п.песков, шла¬
ков и т.п.пылеватых пес¬
ков, глинистых
грунтов, золы и
т.п.Off 1,05 ... 1,15 1,1 ... 1.2 1,00 1,00<42 1,05... 1,2 1,05... 1,2 1,05... 1,1 1,05... 1,15
af3 1,05... 1,15 1,1 ... 1,2 1,05... 1,1 1,10... 1,15
1,05... 1,15 1,0... 1,15 1>00 1,00
При расчете коэффициента af6 обычно используют средние
значения модулей деформации £/и£, определенные компрес¬
сионными испытаниями или зондированием через 1 ... 2 м по
глубине, но не менее чем на двух горизонтах.Проектирование оснований на насыпных грунтах так же,
как и в обычных грунтовых условиях, предполагает решение
широкого круга вопросов. Главные из них:тип оснований (естественный или искусственный, полу¬
ченный путем уплотнения, закрепления, замены грунта);тип, конструкция, материал и размеры фундаментов, в том
числе мелкого или глубокого заложения, столбчатых, ленточных
или плитных, бетонных или железобетонных и т.п.;мероприятия для уменьшения влияния неравномерных де¬
формаций оснований на здания и сооружения.Основание на насыпных грунтах рассчитывается по двум
группам предельных состояний:первая группа — по несущей способности — в случаях, ког¬
да на основания передаются значительные горизонтальные на¬
грузки, близкие по величине к вертикальным, или здания и
сооружения, расположенные на откосе;вторая группа — по деформациям — для всех зданий и со¬
оружений.Расчет оснований по несущей способности выполняют с
целью обеспечения прочности и устойчивости оснований, а также
исключения сдвига фундаментов по подошве и его опрокидо-
вания; при этом должно обеспечиваться условие [15]F + Ffn<fcFu/fu.	(4.8)где F — расчетная нагрузка на основание; Ffn — дополнительная нагруз¬
ка (при расчете свай в неслежавшихся насыпных грунтах) вследствие
нависания оседающего насыпного или подстилающего грунта как от
собственного веса, так и дополнительных факторов [см. формулу (4.3)
и п. 4.1 ]; fc — коэффициент условий работы: для слежавшихся насыпных
грунтов fc - 0,9; для неслежавшихся — fc = 0f8; Fu — сила предельного
сопротивления основания или несущая способность сваи по грунту осно¬
вания; fu — коэффициент надежности: для фундаментов неглубокого
заложения fu = 1,2; для свайных — fu = 1,4 (см. п. 4.6).Расчет оснований и фундаментов по несущей способности
проводят на основное сочетания нагрузок, а при наличии
особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочета¬
ния.Основания и фундаменты на насыпных грунтах по деформа¬
циям рассчитывают на основное сочетание нагрузок. Цель расче¬
та — ограничение абсолютных или относительных перемещений
фундаментов и надфундаментных конструкций до таких вели¬63
чин, при которых гарантируется нормальная эксплуатация
здания или сооружения и не снижается его долговечность при
появлении недопустимых осадок, кренов, изменения проект¬
ных уровней и положений конструкций и т.п. Прочность и тре-
щиностойкость фундаментов и надфундаментов конструкций
при этом проверены расчетом, учитывающим условия, которые
возникают при взаимодействии здания или сооружения с основа¬
нием.Исходное условие для расчета оснований на насыпных
грунтах по деформациямS+Sf<SUt	(4.9)где 5 — совместная деформация основания здания или сооружения от
нагрузки фундамента, определяемая расчетом кек для обычных грунтов
природного происхождения и сложения; Sf — дополнительная деформа¬
ция — осадка насыпного и подстилающего грунтов под влиянием допол¬
нительных факторов [ см. формулу (4.3) и п. 4.1 J; Sa — предельное
(допустимое) значение совместной деформации основания и здания или
сооружения.Предельные значения совместной деформации основа¬
ния и здания или сооружения устанавливают с учетом следую¬
щих требований:технологические или архитектурные требования к дефор¬
мациям зданий или сооружений (изменение проектных условий
и положений зданий в целом, отдельных его элементов и обору¬
дования, включая требования к нормальной эксплуатации лиф¬
тов, кранового оборудования, подъемных устройств и т.п.) -^USfтребования к прочности, устойчивости и трещиностойкости
конструкций, включая общую устойчивость здания или соору¬
жения, SUf.4.2.	РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОСАДОК
ФУНДАМЕНТОВ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ' Полную величину дополнительной осадки фундамента на
насыпных грунтах при длительной эксплуатации зданий и соо¬
ружений, вызываемую самоуплотнением насыпных грунтов под
влиянием различных факторов, а также подстилающих грунтов
природного сложения при изменении нагрузки на них и их
физико-механических характеристик определяют по формулеSf = Sfj + Sf2 + Sf3 + Sf4 + Sf5 + Sf6,	(4.10)где Sfj — дополнительная осадка фундамента от самоуплотнения насып¬
ных грунтов под их собственным весом; 5^ - то же, под влиянием виб¬
раций от работающего оборудования городского и промышленного тран¬64
спорта; Sfj _ то же, при подъеме и снижении уровня подземных вод;
Sf4 — то же, при разпожении органических включений'в насыпных грун¬
тах; S/5 — то же, за счет уплотнения подстилающих грунтов от собствен¬
ной массы насыпного грунта; £/$ — просадка насыпных и подстилающих
грунтов при их увлажнении (замачивании), определяемая по аналогии с
просадкой лессовых грунтов [15].Характер и закономерности развития дополнительных оса¬
док насыпных грунтов Sf пока изучены недостаточно полно и
нет вполне обоснованных и проверенных методов их расчета.
Приближенно величины дополнительных осадок Sfj, Sf2, Sf3
рекомендуется определять по формуле:S1,2,3 ~Sf 1,2,3 ff1,2,3Hs/Hг	(4.11)где ffie2,3 ~ коэффициент уплотняемости насыпного грунта: для пла¬
номерно возведенных насыпей ff = 0, для отвалов и свалок грунтов и
отходов производств — по табл. 4.2; Hf — толщина слоя насыпного грунта
ниже подошвы фундамента; Н — толщина сжимаемой толщи основания
фундамента от его нагрузки.Величину дополнительной осадки Sf4 за счет разложения
в насыпных грунтах органических включений при их содержании
от 0,03 до 0,1 определяют по формуле:Sf4= WfO<^PdH)lpt	(4.12)где г] — коэффициент, учитывающий условия залегания органических
включений в насыпных грунтах rj = 0f75; ffQ — коэффициент, учитываю¬
щий разложения органических включений, для водонасыщенных насып¬
ных грунтов — 0,2; а для остельных — 0,5; и> — среднее содержание орга¬
нических включений в насыпных грунтах в долях единицы; —
плотность сухого грунта; р — плотность частиц грунта; Н — толщина слоя
насыпного грунта ниже подошвы фундамента, содержащего разлагаю¬
щиеся органические включения.Т а б л и ц а 4.2. Значение коэффициентов уплотняемости
насыпных грунтов ffie2,365Коэффи¬циентЗначения коэффициентов уплотняемостинеслежавшихся насыпных
грунтов изслежавшихся насыпных
грунтов изпеска, шла¬
ка, и т.п.пылеватых пес¬
ков, глинистых
грунтов, золы и
т.п.песка, шла¬
ка, золы и
т.п.пылеватых пес¬
ков, глинистых
грунтов, золы
и т.п.ff1 0,4 0,6 0 0
ff2 0,4 0,3 0,2 0,15
U3 0,15 02 0,1 0,1
Величину дополнительной осадки Sfs за счет уплотнения
подстилающих грунтов от собственного веса насыпных грунтов
рекомендуется вычислять по формуле:SfS = 2 hjpa-, — ,	(4.13)/=1	1 + егде л — число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая толща
подстилающих грунтов На' Лу — толщина /-го слоя; р — дополнительное
(к природному) давление на подстилающие грунты от собственного ве¬
са насыпных грунтов, р = уН; у — плотность насыпного грунта с учетом
веса воды; Н — толщина слоя насыпного грунта; в/ — коэффициент сжи¬
маемости /-го слоя подстилающего грунта, определяемый путем компрес¬
сионных испытаний при давлении на грунт р/е — коэффициент пористости
подстилающего грунта.Суммирование по формуле (4.13) выполняют от кровли
подстилающих грунтов до нижней границы сжимаемой толщи
Нс, принимаемой на глубине, на которой дополнительное давле¬
ние от веса насыпи равняется 0,5 давлений от собственного веса
подстилающего грунта.Дополнительную осадку Sfs учитывают в тех случаях, когда
давность отсыпки насыпных грунтов не более двух лет при
подстилающих грунтах, состоящих из песчаных и маловлаж¬
ных глинистых грунтов, и 5 лет — из влажных и водонасыщен¬
ных глинистых грунтов.4.3.	РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ
НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХЭкспериментальные исследования, опыт проектирования и
строительства показывают, что расчетные сопротивления основа¬
ний на насыпных грунтах зависят в основном от типа, вида
грунтов, степени влажности и плотности; прочностных характе¬
ристик, применяемых мероприятий по обеспечению прочности
возводимых зданий и сооружений; конструкции и размеров
фундаментов и других факторов.Расчетные сопротивления оснований на насыпных грунтах,
относящихся к планомерно-возведенным насыпям, а также к
отвалам грунтов и отходов производств назначают так же, как
и для грунтов природного сложения, по формуле (7) СНиП
2.02.01—83 с учетом основных физико-механических характе¬
ристик насыпных грунтов и размеров фундаментов. При этом
значения коэффициентов условий работы уС2 для планомер-
но-возведенных насыпных грунтов принимают по табл. 3 СНиПа,
а для отвалов и свалок грунтов и отходов производств умень¬
шенными в 1,2 раза; коэффициент к принимают для планомер-66
Т а б л и ц а 4.3. Условные расчетные сопротивления оснований
на слежавшиеся насыпные грунты основанияПримечания: 1. Значения А? о приведены для свалок грунтов
и отходов производств с содержанием органических включений в них
не более 0,1. 2. Для неслежавшихся отвалов, а также свалок грунта и
отходов производств Rо принимается равным по табл. 4.2 с коэффици¬
ентом 0,8. 3. Величину Я о для промежуточных значений Sr от 0,5 до 0,8
допускается определять по интерполяции.но возведенных насыпных грунтов равным 1,1, а для отвалов
грунтов и отходов производств — 1,2.Расчетные сопротивления оснований в случаях применения
грунтовых (песчаных, щебеночных, гравийных и т.п.) подушек
устанавливают исходя из задаваемых в проекте физико-механи-
ческих характеристик грунтов.Прочностные характеристики грунтов в подушках устанав¬
ливают по результатам испытаний уплотненных грунтов при про*
ведении инженерно-геологических изысканий, а также по резуль¬
татам ранее выполненных испытаний на других площадях с уче¬
том вида и состояния грунтов, технологии устройства подсып¬
ки, накопленного опыта проектирования и строительства.Предварительные размеры фундаментов зданий и сооруже¬
ний на слежавшихся насыпных грунтах назначают исходя из ве¬67Насыпные грунтыА?0. КПакрупные, средние,
мал кие пески, шла¬
ки и т.п.пылеватые пески, гли¬
нистые грунты, зола
и т.п.при степени влажности Sr<0,5>0,8<0,5>0,8Насыпи планомерно воз¬
веденные с уплотнением250200180150Отвелы грунтов и отходов
производств после уплот¬
нения250200180150Отвалы грунтов и отходов
производств без уплотне¬
ния180150120100Свалки грунтов и отходов
производств после уплот¬
нения150120120100Свалки грунтов и отходов
производств без уплотне¬
ния12010010080
личин условных расчетных сопротивлений Яо (табл. 4.3). Услов¬
ными значениями Я0 допускается пользоваться также и для
назначения окончательных размеров фундаментов зданий с
нагрузкой на столбчатые фундаменты до 400 кН и ленточные до
80 кН/м.Наибольшие краевые давления на насыпные грунты у края
подошвы внецентренно загруженного фундамента не должны
превышать принятого расчетного сопротивления основания
Я Для:планомерно возведенных насыпных грунтов, а также песча¬
ных, гравийных и т.п. подушек 1,2 Я;отвалов и свалок грунтов и отходов производств 1,1 Я.При устройстве грунтовых (песчаных, гравийных и т.п.)
подушек, уплотнении насыпных грунтов, а также при залегании
в нижней части сжимаемой толщи грунтов с меньшей прочностью
и несущей способностью основание становится неоднородным,
особенно в водонасыщенном состоянии и чаще всего может рас¬
сматриваться как двухслойное (из уплотненного слоя и подсти¬
лающего его насыпного недостаточно уплотненного грунта), поэ¬
тому обязательным условием расчета такого основания является
проверка подстилающего слоя, в том числе выполнение неравен¬
стваод + а(р0 - агд) < Я,	(4.14)где Од — природное давление на кровле подстилающего грунта, залегаю-
щего ниже уплотненного или закрепленного слон; а — коэффициент
уменьшения дополнительного давления от фундамента на кровле неуплот¬
ненного слоя; ро — давление по подошве фундамента от его негрузки;
°гд — природное давление на отметке зеложения фундамента; R — расчет¬
ное давление на неуплотненный грунт для условного фундамента.Принимая расчетное сопротивление основания неуплотнен¬
ного слоя грунта Я = Я0, расчетное сопротивление по подошве
фундамента по условию обеспечения несущей способности под¬
стилающего слоя равноЯ = (Я0 — ад - aozg)la.	(4.15)4.4.	ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПЛОТНЕННЫХ
ОСНОВАНИЙ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХУплотнение оснований на насыпных грунтах выполняется с
целью повышения их плотности, прочностных и деформацион¬
ных характеристик, выравнивания сжимаемости и тем самым
исключения дополнительных осадок или значительного сниже¬68
ния их величин. В связи с этим в проекте уплотнения насыпных
грунтов должны быть указаны:план планировки котлована для уплотнения грунтов или
устройства грунтовых подушек; ~толщина и размеры уплотненной зоны или грунтовой подуш¬
ки под отдельные фундаменты или здания и сооружения в
целом;виды грунтов;значение оптимальной влажности;требуемая плотность грунтов в уплотненной зоне или грун¬
товой подушке;типы грунтоуплотняющих механизмов и ориентировочное
число их проходов или ударов трамбовки для уплотнения грун¬
та до требуемой плотности;диаметр, масса, высота сбрасывания трамбовки, величина
недобора грунта до проектной отметки или величина понижения
поверхности при уплотнении грунтов тяжелыми трамбовками;диаметр, план расположения скважин или точек погружения
снаряда, объем засыпаемого в скважины грунта, способ доуплот-
нения верхнего слоя грунта при глубинном уплотнении;расчетное сопротивление основания на уплотненный насып¬
ной грунт.Толщину уплотняемого слоя грунта или грунтовой подушки
назначают исходя из того, чтобы при расчете по деформациям
обеспечить допустимые осадки фундаментов как по абсолют¬
ной величине, так и степени их неравномерности. На неслежав¬
шихся насыпных грунтах уплотнение выполняют, как правило,
на всю толщину насыпного слоя для исключения возможности
проявления дополнительной осадки.Размеры уплотняемой площади или грунтовой подушки в
плане назначают в зависимости от размеров и расположения
фундаментов, нагрузок на них, методов уплотнения, с учетом
обеспечения устойчивости от расползания в стороны уплотнен¬
ного массива грунта. Для этого ширину bf и длину If уплотнен¬
ной зоны или грунтовой подушки в слежавшихся насыпных
грунтах рекомендуется принимать равными:bf = b( \ + 2кп);	(4.16)h =1+Ь2кп,	(4.17)где Ь и I — соответственно ширина и длина фундамента или здания;~ коэффициент, учитывающий характер распределения горизонталь¬
ных деформаций в основании и фундаментов при просадке грунта;
р = 0,15 ... 0,2 МПа, кп = 0,3; р = 0,25 ... 0,3 МПа, кп = 0,35; р = 0,35 ...... 0,4 МПа, к =0,4.
п69
Ширина поверху в этих случаях должна быть больше шири¬
ны фундамента не менее чем на 0,6 м, а при глубинном уплотне¬
нии не менее половины глубины уплотнения.В неслежавшихся насыпных грунтах в связи с возможностью
проявления дополнительных осадок необходимо учитывать
силы нагружающего трения на уплотненные массивы (см. п. 4.6),
поэтому размеры уплотняемых массивов в плане, по аналогии
с просадочными лессовыми грунтами II типа, по просадочности
должны приниматься не менее половины суммарной толщины
слоя насыпного и подстилающего слоя слабого грунта, сжимаю¬
щегося под весом насыпи. Для этих случаев ширина уплотняе¬
мой зоны грунта должна быть не менее чем на 0,2 от суммар¬
ной толщины слоев больше в каждую сторону от фундамента.В основном выбор грунта для устройства грунтовых поду¬
шек проводится в зависимости от местных грунтовых условий
и целевого назначения подушек. При возведении грунтовых по¬
душек как сплошного водонепроницаемого экрана необходимо
применять глины и суглинки для достижения наибольшей их
водонепроницаемости. В остальных случаях наиболее целесо¬
образно применять песчаные грунты и подобные им отходы про¬
мышленных производств, состоящие из крупных частиц. В водо¬
насыщенных насыпных грунтах подушки выполняются только
из хорошо дренирующих материалов.Необходимую степень уплотнения насыпных грунтов и грун¬
товых подушек устанавливают в зависимости от нагрузок,
передаваемых на них: изменения температурно-влажностного
режима; диапазона изменения влажности грунтов; принятых
методов уплотнения и других факторов (см. п. 6.2).Диаметр и масса трамбовок при поверхностном уплотнении
насыпных грунтов назначают в зависимости от требуемой глуби¬
ны уплотнения, формы и размеров уплотняемых площадей и т.п.
При определении веса трамбовок учитывают, что удельное ста¬
тическое давление понизу должно быть не менее 0,015 ...
... 0,02 МПа.Глубинное уплотнение грунтовыми, песчаными сваями,
глубинными вибраторами выполняют в котлованах или на
площадках с размерами на 3 м больше (в каждую сторону)
размеров уплотняемого участка, при которых обеспечивается
свободное маневрирование машин. Отметку дна котлованов
назначают с учетом последующей частичной срезки буферного
слоя из расчета, чтобы оставшаяся толщина, которая доуплот-
няется тяжелыми трамбовками, не превышала 1,5 ... 2 м.70
Таблица 4.4. Расстояния между центрами грунтовых свайТолщина буферного слоя равнаhc = dck'c.	(4.18)где dc — диаметр скважин, при пробивке их ударным снарядом dQ =
= 1,25с/ (d — диаметр наконечника); к'с — коэффициент пропорциональ¬
ности; для супесей — 4; для суглинков — 5; для глин — 6 (по опытным
данным).В пределах уплотняемого основания скважины и точки по¬
гружения глубинного вибратора размещают в шахматном поряд¬
ке — по вершинам равностороннего треугольника. Независимо
от числа скважин под каждым фундаментом, полученного по
расчету, число рядов их по длине и ширине фундамента должно
быть не менее трех. Первый ряд скважин располагают на рас¬
стоянии 0,5/ от границы уплотняемой площади основания
[/ — расстояние между центрами скважин, определяемое по
формуле (4.19) или табл. 4.4].где Pfj — плотность сухого грунта в природном состоянии; Pdcom — сред¬
няя плотность уплотненного массива грунта в сухом состоянии.Расстояние между грунтовыми сваями определено из усло¬
вия, что плотность уплотненного грунта в сухом состоянии в
теле грунтовой сваи равна 1,75 т/м3.Проект уплотнения насыпных грунтов грунтовыми и песча¬
ными сваями при заполнении их местным грунтом разрабатыва¬
ют из расчета достижения средней плотности грунта в уплотнен¬
ном массиве, соответствующей коэффициенту уплотнения
к с от ~ 0,95 ... 0,98 (см. п. 6.1).71Средняя плот¬
ность уплотнен¬
ного грунта в су¬
хом состоянии
Pdcom. т/м3Расстояния между центрами скважин, м,
при значениях т/м31 #221,31,351,41,461.511,651,92.12,22,52,83.31,71,82,02,12,32,52,91,751,71.92,02,12,32,6
4.5.	ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХФундаменты в вытрамбованных котлованах применяют в
насыпных глинистых грунтах при толщине недостаточно уплот¬
ненного насыпного слоя грунта не более значения, получаемого
по формулеd — c/k + 1 вЪЬ + df,	(4.20)где d[< — глубина вытрамбовывании котлована; Ь — ширина вытрамбовы-
ванного котлована в среднем по глубине сечений (рис. 4.2); df — толщи*
на уширения из жесткого материала.При толщине недостаточно уплотненного насыпного грунта
больше этой величины нижняя чаСть его должна быть доуплот-
нена до коэффициента АгСО/п ^ 0,95.Столбчатые фундаменты в вытрамбованных котлованах
проектируют, как правило, монолитными с учетом бетонирова¬
ния их враспор со стенками котлованов и устройством опалуб¬
ки только под стаканы для заделки колонн, гнезд для опира-
ния фундаментных балок, выступающих в верхних частях
фундаментов. Кирпичные и блочные стены опирают на отдель¬
но стоящие столбчатые фундаменты через фундаментные балки.Расчет оснований фундаментов в вытрамбованных котлова¬
нах с уплотненной зоной (см. рис. 4.2) по деформациям произ¬
водят с учетом плотности и прочностных характеристик уплот¬
ненного слоя, его толщины, а также величины расчетного давле¬
ния грунта, залегающего ниже уплотненного слоя.При расчете столбчатых и ленточных прерывистых фунда¬
ментов в вытрамбованных котлованах краевые давления подРис. 4.2. Схема к расчету
столбчатого фундамента в вы¬
трамбованном котловане1 — фундамент; 2 — граница
уплотненной зоны72
подошвой фундаментов при условии ртах < 1,2Я1(2) и pmin >
> 0 определяют по формуле (см. рис. 4.2)р .	+	,421)min	А	wгде N — сумма вертикальных нагрузок на фундамент; С — собственный
вес фундамента; А — площадь фундамента в среднем сечении на глубине0,5dk't хМ — сумма моментов сил относительно подошвы фундамента;
q — реактивный отпор грунта; Ьср — средняя ширина фундамента в се¬
чении на глубине 0,5d^; W — момент сопротивления среднего сечения
фундамента на глубине 0,5d^; — глубина вытрамбованного котлована;
R1 (2) — расчетное давление на основание.Реактивный отпор грунта по уплотненным боковым стенкам
вытрамбованных котлованов для монолитных фундаментов и
при бетонировании их враспор принимают равнымq = а + tip,	(4.22)2где эи Ь - соответственно равны а = 60 кН/м , Ь = 0,4; Р — среднее
давление в сечении фундамента на глубине 0,5Л*.За расчетное сопротивление основания фундамента в вы¬
трамбованном котловане принимают минимальное значение дав¬
ления, которое получают из следующих условий (данных):а)	расчетное сопротивление основания на уплотненный
грунт R| (по СНиП 2.02.01—83 и использованием прочностных
характеристик и сц), уплотненных грунтов в водонасыщен¬
ном состоянии;б)	расчетное сопротивление основания /?2, определяемое
исходя из давления на подстилающий уплотненную зону грунт
естественного сложения или другой слой грунта по формуле
(4.15).Во всех случаях максимальная расчетная величина расчет¬
ного давления R1 (2) на основание фундамента в вытрамбован¬
ном котловане не должна превышать при ширине фундамента
в среднем сечении: Ьт < 0,8 м, Ry (2) ^ 500 кПа; Ьт > 1,4 м,
R1 j2) <600 кПа.Осадки столбчатых фундаментов в вытрамбованных котло¬
ванах с уплотненной зоной определяют по схеме двухслойного
основания, состоящего из уплотненного слоя грунта толщиной
hcom ~ и подстилающего грунта.Фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным
основанием рассчитывают на расчетные нагрузки по несущей
способности.При втрамбовывании жесткого материала в дно вытрамбо¬
ванного котлована трамбовкой с заостренным нижним концом73
Рис. 4.3. Удлиненный фундамент[1)	в вытрамбованном котлова¬
не с уширенным основанием(2)	и уплотненной зоной (3)создается уширение в форме шара с радиусом /у или эллипсоида
вращения с полуосями hf и /у (рис. 4.3). Форму уширения
при втрамбовывании отдельными порциями высотой засыпки
по 0,6 ... 1,2 м принимают следующей:шар hf = /у — песчаные грунты плотностью в сухом состоя¬
нии Pd > 1,5 т/м3 или глинистые грунты с Pd > 1,6 т/м3 и сте¬
пенью влажности Sr < 0,7, а также глинистые грунты с Pd >
>1,7 т/м3 и 5> < 0,7 залегают ниже дна вытрамбованного кот¬
лована;эллипсоид вращения с соотношением полуосей hf/rf = 1,4
песчаные грунты с Pd < 1,5 т/м3 или глинистые грунты с Sr <<	0r7, < 1,6 т/м3 и Sr > 0,7, 1,5 < Pd < 1,7 т/м3 ниже дна
котлована;эллипсоид вращения с соотношением сторон hf/rf = 1,8 —
глинистые грунты с Sr> 0,7 и pd < 1,5 т/м3.Радиус уширения основания /у определяют по формуле:rf = kj~V,	(4.23174
где к — коэффициент, учитывающий форму ушпремия; при расположе¬
нии центра уширения на расстоянии 0,5d3 от основания заостренной части
фундамента (рис. 4.3) равен: для шара — 0,62; для эллипсоида с соотно¬
шением сторон df: rf = 1,4 — 0,55; для эллипсоида при df \ rf= 1,8 — 0,51;
Vобъем втрамбованного жесткого материала в дно котлована.Радиус уплотненной зоны гсот определяют по формуле= о-95'<4-24’где — среднее значение плотности сухого грунта в природном состоя¬
нии; Р^сот — то же, сухого уплотненного грунта.Несущую способность фундамента в вытрамбованном кот¬
ловане с уширенным основанием на вертикальную нагрузку
определяют как наименьшее из значений, полученных из трех
следующих величин:несущая способность жесткого материала, втрамбованного
в дно котлована F|yl;несущая способность уплотненного грунта в пределах уплот¬
ненной зоны Fv2;несущая способность подстилающего уплотненную зону
грунта естественной структуры Fu3.Несущую способность фундамента Fv^t исходя из несущей
способности жесткого материала, втрамбованного в дно котло¬
вана (рис. 4.3), определяют по формуле:~ Ус^тАт,	(4.25)где 7С — коэффициент условий работы фундамента, равный 1; /?т — рас¬
четное сопротивление жесткого материала под заостренным концом
фундамента, кН/м3, равно: для жесткого бетона, щебня, гравия — 10000;
для крупного песка —5000;-4ш — площадь нижнего сечения фундамента.Несущую способность фундамента Fu2 по несущей способ¬
ности уплотненного слоя (рис. 4.3) определяют по формуле:Fu2 =Ус[Уй RcomAf + dk"ср Wf + iE7% ].	(4.26)где 7С — то же, что и в формуле (4.25); 7/? — коэффициент условий
работы уплотненного грунта под уширение, принимаемый равным уд =
= 1 '• Rcom — расчетное сопротивление уплотненного грунта под втрамбо¬
ванным в дно котлована жестким материалом (табл. 43); Af — площадь
поперечного сечения уширенного основания их жесткого материала в
месте его наибольшего уширения; d^ — высота наклонной части фунда¬
мента, находящейся в грунте; t/Cp — периметр поперечного сечения фун¬
дамента в средней его части; fj — расчетное сопротивление грунта по бо¬
ковой поверхности наклонной части (табл. 4.6); 7f — коэффициент усло¬
вий работы грунта по боковой поверхности фундамента, равный 0,8;/ — уклон боковых стенок фундамента, определяемый как отношение
полуразности сторон поперечного сечения в верхней и нижней частях
фундамента к высоте фундамента; при / > 0,025 следует принимать / =
= 0,025.75
Таблица 4.5. Расчетные сопротивления
уплотненного грунта под фундаментомТаблица 4.6. Расчетные сопротивления грунта
по боковой поверхности фундаментаНесущую способность фундамента Риз на вертикальную на¬
грузку по несущей способности подстилающего слоя определяют
по формуле:^3 =МУД f*2Acom +	(4.27)где Е — модуль деформации верхнего слоя грунта, залегающего в преде¬
лах наклонной части фундамента, определяемый по результатам компрес¬
сионных испытаний образцов грунта естественной структуры в водона¬
сыщенном состоянии в интервале изменения давления на грунт от нуля
до величины начального просадочного давления; У - коэффициент усло¬
вий работы,равный 0,5; kp — реологический коэффициент, равный 0,8;~ то же» что в Формуле (4.25); 7/у — коэффициент условий работы
подстилающего неуплотненного слоя грунта при глубине котлованов
2; 2,5; 3; 3,5 м соответственно равен 1; 1,2; 1Л и 1,6; в2 — расчетное
сопротивление подстилающего слоя грунта, определяемого для непроса-
дочных грунтов по СНиП 2.02.01—83, а для про садочных грунтов по ве¬
личине начального просадочного давления; Асот — площедь поперечного
сечения уплотненной зоны в месте ее ней большего размера.Остальные обозначения те же, что и в формуле (4.26).Глубина от по¬
верхности до
низа уширенно¬
го основания, мРасчетное сопротивление уплотненного грунта Room.
кН/м2, при показателе консистенции /{_, равном00,10,20,30,40,50,62,065002900200014009007005002,5700035002500175011009005503,07500400030002000120011006003,57900450034002250140011506504,08300510038002500160012507005,0880062004000280020001300800Глубина вы¬
трамбовыва¬
ния, мРасчетное сопротивление по боковой поверхности f-h кН/м2,
при показателе консистенции /^, равном0,20,30,40,50,60,70,80.90,101,535231512844322,0423021171275442,5453223191376543,0503626211587654,052382722169875
Несущую способность уплотненных грунтов под фундамен¬
ты и вокруг них в вытрамбованных котлованах с уширенным
основанием на горизонтальные нагрузки и моменты определяют
по формулеFuh = УрQbmdk >bFh+ ХМ/dk,	(4.28)где Уд — коэффициент условий работы равен 0,8; q — реактивный отпор
грунта, определяемый по формуле (422); Ьт — средняя ширина фунда¬
мента^ на глубине Q$h'k;dk — высота фундамента без учета заостренной
части;	— сумма горизонтальных сил, действующих на фундаментпо рассматриваемой оси; Х.М — сумма моментов, действующих на фунда¬
мент.Осадку фундаментов в вытрамбованных котлованах с уши-
рением основания определяют без учета сжатия жесткого мате¬
риала, втрамбованного в дно котлована. За размеры подошвы
фундамента принимают размеры поперечного сечения уширен¬
ного основания из жесткого материала в месте его наибольшего
уширения. Глубину заложения фундамента принимают на отмет¬
ке низа уширенной части из втрамбованного жесткого мате¬
риала.4.6.	ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И РАСЧЕТА СВАЙНЫХ
ФУНДАМЕНТОВ В НАСЫПНЫХ ГРУНТАХОсновные особенности деформирования и дополнительные
осадки насыпных грунтов проявляются не только при исполь¬
зовании их в качестве основании, но и в случаях прорезки на¬
сыпных грунтов свайными фундаментами. Имеющиеся немного¬
численные исследования и опыт строительства показывают, что
при устройстве свай в насыпных грунтах происходит взаимодей¬
ствие свай с окружающим насыпным грунтом, которое возни¬
кает и развивается благодаря наличию сил трения и сцепления
между сваями и окружающим его насыпным грунтом. Характер
взаимодействия и его развитие определяются следующими
факторами: возможностью самоуплотнения насыпных грунтов
от собственного веса; наличием и величиной дополнительной
осадки; толщиной слоя насыпного грунта; величиной пригрузки
насыпного грунта при планировке территории или полезной
нагрузкой; физико-механическими характеристиками насыпных
грунтов и т.д.В планомерно возведенных насыпях, а также в слежавшихся
отвалах грунтов и отходов производств дополнительные осадки
практически отсутствуют. При устройстве в этих грунтах свай¬
ных фундаментов силы трения и сцепления f направлены вверх
и разгружают сваи (рис. 4.4, а), и характер взаимодействия
Рис. 4.4. Схемы взаимодейст¬
вия свай с насыпным грунтом
слежавшимся (а) и неслежав-
шимся (б)свай с окружающим насыпным грунтом аналогичен с грунтами
природного сложения.В неслежавшихся насыпных грунтах происходит дополни¬
тельная осадка их от собственного веса, а также под влиянием
вибраций от работающего оборудования, городского и промыш¬
ленного транспорта; подъема и снижения уровня подземных
вод; разложения органических включений; уплотнения подсти¬
лающих грунтов от веса насыпи и других факторов. Относитель¬
ное сжатие свай значительно меньше дополнительной осадки
насыпного окружающего грунта на отдельных горизонтах по
глубине, поэтому оседающий насыпной грунт начнет нависать
на сваи. В результате возникающие между грунтом и сваей
силы трения и сцепления будут направлены вверх и приведут к
разгрузке окружающего насыпного грунта и соответственно к
дополнительному погружению свай (рис. 4.4, б). Силы трения
и сцепления между насыпным грунтом и сваей имеют не только
противоположное направление, но и оказывают обратное воз¬
действие, поэтому их называют "отрицательным трением",
"негативным трением", "нагружающим трением". Последнее
название является наиболее удачным, так как в большей степени
отражает суть происходящего явления.На схемах взаимодействия свай с насыпным грунтом (см.
рис. 4.4) видно, что в слежавшихся насыпных грунтах силы тре¬
ния грунта по боковой поверхности сваи как в пределах насып¬
ного слоя hi, так и подстилающего несущего слоя /?1 направ¬
лены вверх. За счет сил трения fy и /2 часть вертикальной нагруз¬
ки Fv на сваю передается по боковой ее поверхности в пределах
насыпного слоя Ff1 и подстилающего слоя Ff2, остальная часть
по торцу сваи Fr .78
В неслежавшихся насыпных грунтах вследствие осадки их
от собственного веса и под влиянием других факторов происхо¬
дит нагружение сваи в пределах насыпного слоя /?1 дополнитель¬
ной нагрузкой Ff за счет сил погружающего трения ff. Суммар¬
ная нагрузка на сваю Р + F'f частично воспринимается боковой
поверхностью сваи Ff в пределах подстилающего слоя и торцом
сваи Fr. В связи с передачей дополнительной нагрузки на сваи
за счет сил нагружающего трения величина расчетной нагрузки
на сваю в неслежавшихся насыпных грунтах снизится по срав¬
нению со слежавшимися, на величину Ff1 + F'f.Одним из примеров существенного влияния дополнительной
нагрузки на сваи за счет сил нагружающего трения является
опыт строительства и эксплуатации промышленного цеха в Лон¬
доне на неслежавшихся насыпных грунтах, относящихся к свал¬
кам грунтов и отходов производств (см. гл. 7).Еще в начале 60-х годов [1 ] указывалось на необходимость
учета сил нагружающего трения на свайные фундаменты в не¬
слежавшихся насыпных грунтах, однако достаточно полных ис¬
следований по этому вопросу до сих пор нет. В связи с этим
при учете сил нагружающего трения на сваи в насыпных грунтах
приходится в основном опираться на результаты эксперимен¬
тальных исследований, полученных по этому вопросу в просе¬
лочных лессовых грунтах с II типом грунтовых условий по про-
садочности [15].С учетом этих данных при проектировании свайных фунда¬
ментов в неслежавшихся грунтах, а также в слежавшихся насып¬
ных грунтах, в которых под влиянием различных факторов
возможна дополнительная осадка, необходимо учитывать ряд
факторов: величину дополнительной осадки; толщину слоя
насыпного грунта; вид подстилающего грунта; характер плани¬
рования застраиваемого участка и, в частности, дополнительную
нагрузку на насыпной грунт; физико-механические характе¬
ристики насыпных грунтов и др.Вполне очевидно, что чем больше величина дополнительной
осадки насыпного грунта от собственного веса и других факто1
ров, тем большая дополнительная нагрузка будет передаваться
на сваи. В то же время дополнительная нагрузка на сваи может
возникнуть лишь при определенной минимальной величине до¬
полнительной осадкиSmin = &и.	(4.29)где — предельное значение осадки здания или сооружения, принимае¬
мое по СНиП 2.02.01—83; € — коэффициент, равный 0,4.79
Рис. 4Jb. Зависимость сил нагру¬
жающего трения ff и дополни¬
тельных нагрузок Ff от вели¬
чины дополнительной осадки на¬
сыпного грунта SfПо аналогии с просадочными грунтами зависимость сил
нагружающего трения ff и дополнительных нагрузок на сваи
Ff в интервале значений дополнительных осадок от Smin до
Smax может быть принята линейной (рис. 4.5). При этом Smax
принимается равной:Sma* =*fH.	(4.30)где €f — относительное сжатие насыпного грунта, при котором полностью
реализуются силы нагружеющего трения, равное 0,01; И — толщина
слоя насыпных грунтов.Величина дополнительной нагрузки на сваи с увеличением
толщины насыпного грунта линейно возрастает, ее учитывают
при толщине слоя насыпного грунта начиная с величины"min = Smin /« f = S/77/rt/O.OI -	(4.31)Величины и интенсивность развития дополнительных нагру¬
зок и сил нагружающего трения в значительной мере зависят от
вида подстилающего насыпной слой грунта. При слабом подсти¬
лающем слое (при засыпке или замыве пониженных мест релье¬
фа) , сложенном заиленными, заторфованными грунтами, а так¬
же в случаях, когда перед отсыпкой насыпи не удаляются кус¬
тарник, травяной покров, растительный грунт, обычно происхо¬
дит интенсивное и длительное уплотнение под весом насыпного
грунта, подстилающего слабого грунта. В связи с этим силы на¬
гружающего трения будут проявляться в течение длительного
времени с максимальной величиной для данного вида грунта.
При малосжимаемых или быстроуплотняющихся (чаще всего
песчаных) подстилающих грунтах уплотнение их под действием
веса насыпного грунта может закончиться .в процессе его отсып¬
ки и после устройства фундаментов; дополнительные осадки
от веса насыпи, а следовательно, и силы нагружающего трения
по этой причине будут отсутствовать.Наибольшие величины дополнительных осадок и, следова¬
тельно, сил нагружающего трения на сваи наблюдаются при плଫо
нировке застраиваемой территории подсыпкой грунта, а наи¬
меньшие — при планировке срезкой. За счет* Подсыпки грунта
создается дополнительная нагрузка на насыпной и подстилаю¬
щий грунт, что приводит к дополнительным их осадкам и тем
самым развитию сил нагружающего трения.Существенное влияние на силы нагружающего трения оказы¬
вают физико-механические характеристики насыпных грунтов.
Зависимость между ними та же, что и сил сопротивления по бо¬
ковой поверхности свай ва грунтах естественного сложения от
их физико-механических характеристик, т.е. чем выше плот¬
ность и ниже консистенция глинистого грунта, тем большие
удельные силы нагружающего трения передаются на сваи.Характер совместной работы свай с насыпным грунтом, так
же как и для просадочных лессовых грунтов, определяется
расположением свай в плане (одиночные сваи, свайный куст
и сплошное свайное поле), поэтому дополнительные нагрузки
на сваи от сил нагружающего трения должны определяться ис¬
ходя из двух условий:по значению трения и сцепления между сваей и окружающим
ее насыпным грунтом;по весу нависающего на сваю насыпного и подстилающего
слабого грунта.Дополнительную нагрузку на сваю по первому условию вы¬
числяют по формулеF'fn =msmu ^mfffU.	(4.32)Огде ms — коэффициент условий реботы, учитывающий величину дополни-
тельной осадки насыпного грунта, равный (рис. 4.5) на участках: 1—0;
III — 1; //.по интерполяции от О до l;m, rrtf — коэффициенты условий рабо¬
ты свей по(СНиП 2.02.03-85); и — периметр сваи; ff — расчетное значение
силы нагружающего трения по боковой поверхности сваи (табл. 2 СНиП
2.02.03—85) с учетом состояния насыпного грунта по влажности, плотно¬
сти; // — толщина i-го слоя насыпного грунта, в пределах которого учиты¬
вается дополнительная осадка; Н$ — толщина слоя насыпного и под¬
стилающего слабого грунта, в пределах которых учитывается дополни-
тельная осадка=	п-	<433»Дополнительную нагрузку на сваю по второму условию
принимают равнойС = УА,.	(4.34)где 7 — средневзвешенное значение плотности грунта при природной влаж¬
ности или в водонасыщенном состоянии; Af— площадь нависающего на
сваю грунта, равная для: одиночной сваи Af0 = я (0,15Н}г) ; средней свей
в кусте (рис. 4.6) Af-\ = /2; то же крайней Af2 = I (0,5J + 0,15Hf); то же,
угловой Af2 = 0,25эт (0,51 + 0,15/У^)2; сваи в ленточном фундаменте
AfQ = I • 0,3 Hf.
Рис. 4.6. Фрагмент плана свай¬
ного поля или куста1,	2, 3 — площади окружаю¬
щего насыпного грунта, взаимо¬
действующего со сваей; 4 — кон¬
тур ростверкаВо всех случаях за расчетную дополнительную нагрузку на
сваю должно приниматься минимальное из значений F*fH и
вычисленных по формулам (4.32) и (4.34).Дополнительные нагрузки на сваи часто оказываются весьма
значительными, поэтому для обеспечения надежности возводи¬
мых зданий и сооружений необходимо, чтобы сваи опирались на
подстилающие грунты высокой несущей способности (скальные,
полускальные, гравелистые, плотные песчаные, твердые гли¬
нистые грунты и т.п.). В большинстве случаев свайные
фундаменты целесообразно выполнять одновременно с уплотне¬
нием насыпного грунта, которое происходит при забивке свай
или при пробивке скважин под набивные сваи. При этом значи¬
тельно может быть снижена величина дополнительной осадки
насыпного грунта и, тем самым, дополнительная нагрузка на
сваи. Кроме того, иногда рационально вначале уплотнить насып¬
ной грунт для ликвидации его дополнительных осадок, а затем
делать свайные фундаменты как в слежавшихся насыпных или
обычных грунтах природного сложения.4.7.	РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ
НА НЕРАВНОМЕРНЫЕ ОСАДКИПри расчете конструкций зданий и сооружений на насыпных
грунтах учитывают условие, что неравномерность их сжимаемо¬
сти определяется не только различными составами, степенью
плотности, влажности, но и, главным образом, дополнительными
факторами, учитываемыми по формулам (4.1) ... (4.6).В зависимости от степени изменчивости сжимаемости осно¬
вания df и среднего значения модуля деформации Ет грунтовые
условия целесообразно подразделять на три группы (табл. 4.7)
Средние значения модулей деформации насыпных грунтов
определяют по данным их испытаний штампами, статическим
зондированием или другими методами с учетом методов подго-82
Т а 6 л и ц а 4.7. Условия строительства на насыпных грунтахУсловиястроительстваЗначение коэффициента df при среднем модуле
деформации Ет, МПа102030Тяжелые>2>2,5>3Средние1.5-21.6-2,51.7—3Легкие<1.5<1.6<1.7товки оснований в пределах* всей или части сжимаемой зоны
грунта.В качестве расчетной модели основания принимают модель
переменного коэффициента жесткости, механические свойства
которой характеризуются средним коэффициентом С, опреде¬
ляемым по ожидаемым деформациям основания.:C = p/Sm.	(4.35)где р — средняя расчетная равномерно распределенная нагрузка на основа¬
ние от 1 м длины здания; Sm — средняя оседка здания.Среднюю равномерно распределенную нагрузку по подош¬
ве ленточного фундамента определяют по формулер = £р,4/2(#	(4.36)где р/ — расчетная нагрузка йа 1 м длины подошвы /-го фундамента на
основание:Р, =Рх -А-Ь,.	(4.37)где /?£ — суммарная расчетная нагрузка на 1 м основания /-го фундамен¬
та; 7 — средняя плотность грунта выше подошвы фундамента; tf, Ь/, Л/ —
соответственно длина, ширина и глубина заложения /-го фундамента.Среднюю осадку здания 5 определяют по формуле:5=1Х,А9-/ЪА,.	(4.38)где S/ — осадка /-го фундамента согласно рекомендациям пп. 4.1, 42;
Ai — площадь подошвы /-го фундамента.Коэффициент жесткости оснований, сложенных насыпными
грунтами, в том числе при полном и частичном их доуплотнен ии
различными методами или прорезки насыпных грунтов сваями,
определяют по формулеС, — тс\С,	(4.39)где тс] _ коэффициент снижения жесткости основаният с! =(1 + а£ 1)/2af1.	(4.40)83
Рис. 4.7. Изменения коэффициен¬
та жесткости основания по длине
зданияа — в средней части здания;б	— в торце зданияРасчетную схему изменения коэффициента жесткости осно¬
вания по длине здания задают в соответствии с рис. 4.7. На участ¬
ке местного снижения сжимаемости основания длиной 21\
коэффициент жесткости основания C^(xj изменяется по косину¬
соидес»«/ = тпг	<4Л,)где„ %1-1(4.42)Полудлину участка местного снижения сжимаемости грунта
и локального ослабления коэффициента жесткости основания
принимают равной \и=2уЩг<1р.	(4.43)где Е!, GF — соответственно изгибная и сдвиговая жесткости здания,
приведенные к балке конечной жесткости; %р — полудлина участка,
на котором проявляется неравномерная осадка фундамента.За расчетную полудлину участка местного ослабления жест¬
кости основания /р при расчете конструкции зданий на насып*
ных грунтах принимают /р = /ь при U < I [I — полудлина здания,
U — по формуле (4.43) ].Максимальные значения обобщенных изгибающих моментов
Л^тах и поперечной силы Qmax при отношении высоты здания
Н121 < 0,75 определяют по формулам:мтах= ±2q(!f)2;	(4.44)гдеQmax = ±9 ;	14.45)я84
q = 	^2^	5- ;	(4.46)*(%)%■ (4'4”0 = (ai - 1)/(а! + 1),	(4.48)mq — коэффициент, корректирующий расчетную схему, равный 0,7.При отношении высоты здания Hq к его длине менее HI21 <<	0,75 максимальные значения Мтзх и Qmax определяются по
формулам:Мгпа* = ^Аре(±)2;	(4.49)Qmax=±0,7p/J^-.	(4.50)В формулах (4.43) ... (4.45) и (4.49) ... (4.50) знак плюс
соответствует выгибу здания, а минус — прогибу.На полученные обобщенные изгибающие моменты и пере¬
резывающие силы рассчитываются соответствующие фундамен¬
ты, стены зданий и в том числе железобетонные пояса в них.ГЛАВА 5МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ5.1.	УЧЕТ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИЙ
С ГРУНТОМ ОСНОВАНИЯПроектирование и устройство оснований фундаментов и
самих зданий на сжимаемых грунтах базируются на учете сов¬
местной работы грунтов основания с фундаментами и зданиями.
Под воздействием нагрузки от здания на грунт в основании
фундаментов он сжимается и тем самым вызывает осадку зда¬
ния; при этом чем больше нагрузка от здания и сжимаемость
грунта, тем значительнее величина осадки. С увеличением разни¬
цы в нагрузках на отдельные фундаменты или их части, а также
неравномерности сжимаемости грунта возрастают разности
осадок фундаментов, крены, прогибы и т.п.Здания и сооружения имеют определенную жесткость и
прочность, поэтому передающиеся на них неравномерные осадки
частично или полностью выравниваются. За счет этого в зданияхR5
и сооружениях возникают дополнительные усилия (изгибающие,
крутящие моменты; перерезывающие силы и т.п.). Если эти
усилия полностью воспринимаются зданием или сооружением, то
в них не возникает никаких повреждений; при недостаточной
прочности в конструкциях появляются трещины, сдвиги и дру¬
гие деформации.Здания и сооружения по своей чувствительности к неравно¬
мерным осадкам можно разделить на две основные группы:
малочувствительные к неравномерным осадкам и чувствитель¬
ные к неравномерным осадкам.Малочувствительные к неравномерным осадкам — здания
и сооружения большой пространственной прочности и жест¬
кости, которые по характеру своей конструкции при неравно¬
мерных осадках грунта под фундаментами не искривляются,
а оседают как единое целое, равномерно или с креном. К ним
относятся высотные монолитные и сборные здания (16 этажей
и более), элеваторы, домны; дымовые трубы и т.п., а также
гибкие нежесткие (податливые) здания и сооружения, отдель¬
ные элементы которых шарнирно связаны между собой и вза¬
имное их перемещение, вследствие неравномерной осадки, прак¬
тически не отражается на условиях работы в целом (например,
одноэтажные кирпичные здания с шарнирным опиранием ферм
на колонны и с навесными панелями и т.п.).Чувствительные к неравномерным осадкам — относительно
не жесткие здания и сооружения, состоящие из жестко связан¬
ных между собой элементов, взаимное смещение которых при¬
водит к появлению в конструкциях дополнительных усилий и
вследствие этого в отдельных случаях к значительным деформа¬
циям и местным повреждениям. К ним относится большинство
многоэтажных (до 9—14 эт.) каркасных и бескаркасных жилых,
гражданских, промышленных зданий и сооружений. Наиболее
чувствительными к неравномерным осадкам являются рамные,
неразрезные многопролетные, бесшарнирные арочные и т.п.
конструкции.Такое разделение конструкций зданий и сооружений по чув¬
ствительности к неравномерным осадкам, хотя и не дает ника¬
ких количественных соотношений, однако позволяет более
обоснованно подходить к выбору наиболее целесообразных
схем конструкций зданий и сооружений, и также мероприятий
по обеспечению их прочности и нормальной эксплуатации в раз¬
личных инженерно-геологических условиях.Таким образом, при строительстве на насыпных грунтах,
как и на других сильно и неравномерно сжимаемых грунтах.86
наиболее целесообразно применять схемы конструкций, мало*
чувствительных к неравномерным осадкам. Д/ir сооружений,
обладающих большой прочностью и жесткостью на неравномер¬
но сжимаемых грунтах, отпадает необходимость в применении
дополнительных конструктивных мероприятий; следует лишь
ограничивать подготовкой оснований возможные крены, если
они отражаются на нормальной эксплуатации этих сооружений.В гибких (податливых) зданиях и сооружениях вследствие
свободного опирания или шарнирной связи между отдельными
элементами при неравномерных осадках сколько-нибудь су¬
щественные дополнительные усилия, обычно не проявляются,
поэтому необходимо в первую очередь обеспечить сохранение
статической схемы их работы и условия нормальной их эксплу¬
атации.При возведении на насыпных грунтах, чувствительных к
неравномерным осадкам зданий и сооружений, для обеспечения
нормальной их эксплуатации обычно требуется применять кон¬
структивные мероприятия и методы подготовки оснований.5.2.	МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬСТВА НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХОбеспечение прочности и нормальной Эксплуатации зданий
и сооружений на насыпных грунтах достигается применением
соответствующих принципов и методов строительства. Вырабо¬
танные многолетней практикой проектирования, строительства
и эксплуатации [1, 2, 3,4] принципы и методы обеспечения проч¬
ности и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений
на насыпных грунтах основываются на учете особенностей
образования, сложения, состава, характеристик грунтов, зако¬
номерностей развития дополнительных осадок.При проектировании оснований, конструкций зданий и
фундаментов на насыпных грунтах прежде всего учитывается
возможность возникновения дополнительных осадок; в тех
случаях, когда исключаются дополнительные осадки насыпных
грунтов, основания и фундаменты проектируются как на обыч¬
ных грунтах природного происхождения (планомерно возве¬
денные насыпи, слежавшиеся отвалы крупнообломочных, пес¬
чаных грунтов и подобных им отходов производств, характе¬
ризующие сравнительно невысокой сжимаемостью).При повышенной и неравномерной сжимаемости, а также
при возможности и неизбежности дополнительных осадок
грунтов в основании фундаментов прочность и нормальная
эксплуатация зданий и сооружений достигаются применением
одного из следующих принципов:87
подготовки оснований;прорезки насыпных грунтов глубокими, главным образом,
свайными фундаментами;комплекса мероприятий, включающего подготовку основа¬
ния, конструктивные и иногда водозащитные мероприятия.Подготовка оснований на насыпных грунтах выполняется
различными методами их уплотнения и направлена на изменение
природной структуры, повышение плотности, прочности, исклю-
чение просадочности фунтов и превращение их в обычные ма-
лосжимаемые грунты с более высокими значениями прочност¬
ных и деформационных характеристик.Прорезка насыпных грунтов глубокими фундаментами
предусматривает передачу нагрузки от фундаментов на подсти¬
лающие грунты, что полностью или частично исключает влия¬
ние неблагоприятных свойств насыпных грунтов на осадки фун¬
даментов. Прорезка выполняется обычно свайными фундамен¬
тами из забивных, буронабивных свай различных конструкций
или реже увеличением глубины заложения обычных столб¬
чатых, ленточных фундаментов.Комплекс мероприятий направлен на частичное снижение
неравномерности сжимаемости, дополнительных осадок насып¬
ных грунтов и приспособление конструкций зданий и сооруже¬
ний к возможным осадкам грунтов в основании. При этом под¬
готовка оснований выполняется уплотнением грунтов различны¬
ми способами для полной или частичной ликвидации неравно¬
мерной сжимаемости грунтов в пределах сжимаемой зоны от
нагрузки фундаментов и создании в основании равномерно
снимаемого распределительного слоя из уплотненного грунта.
Конструктивные мероприятия выполняются с целью приспособ-
пения зданий и сооружений к возможным неравномерным
осадкам грунтов и принимаются по расчету конструкций на
неравномерные просадки в основаниях (п. 5.5). Водозащитные
мероприятия предназначаются для снижения возможности зама¬
чивания грунтов, промачивания всей их толщи и тем самым сни¬
жения максимальных просадок до минимально возможных
величин.До последнего времени для обеспечения прочности и нор¬
мальной эксплуатации зданий и сооружений на насыпных грун¬
тах широко применялись только конструктивные мероприятия.
Однако опыт строительства и эксплуатации показал, что приме¬
нение только конструктивных мероприятий приводит к значи¬
тельному усложнению конструкций, чрезмерному расходу ме¬
талла и в то же время не исключает недопустимые крены, поэ¬
тому они лишь в отдельных случаях могут быть рекомендованы
в качестве самостоятельного принципа строительства на насып¬
ных грунтах. Чаще всего конструктивные мероприятия в каче¬
стве самостоятельных применяются при достаточно высокой
плотности насыпных грунтов, но разнородном составе, когда
при любых других методах уплотнения не обеспечивается вырав¬
нивание их сжимаемости: при невозможности по каким-либо
причинам применения методов подготовки оснований, а также
для конструкций зданий и сооружений, в которых требуется
небольшой комплекс мероприятий без существенного усложне¬
ния конструкций и дополнительного перерасхода материалов.5.3.	ПОДГОТОВКА ОСНОВАНИЙ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХВ связи со специфическими особенностями многих видов
насыпных грунтов, резко отличающих их от естественных отло¬
жений (пониженная и часто разнородная плотность, возмож¬
ность самоуплотнения от собственного веса и под влиянием
различных дополнительных воздействий), насыпные грунты
характеризуются повышенной неравномерной сжимаемостью,
длительно протекающими осадками. Кроме этого, сцепление
между отдельными частицами насыпного грунта, как правило,
незначительное, что создает благоприятные условия для искус¬
ственного повышения и выравнивания плотности насыпных
грунтов и, следовательно, снижения сжимаемости как по абсо¬
лютной величине, так и по степени неравномерности,применения
различных методов механического уплотнения.Строительные мероприятия по искусственному повышению
плотности, снижению сжимаемости, водопроницаемости грун¬
тов оснований принято называть подготовкой оснований. Кроме
того, подготовка оснований иногда выполняется с целью созда¬
ния под фундаментами или под зданиями и сооружениями
сплошного маловодопроницаемого экрана, препятствующего
интенсивному замачиванию сверху залегающих ниже насыпных
просадочных, засоленных, набухающих грунтов. При выполне¬
нии подготовки оснований часто значительно снижается пучинис-
тость грунтов, так как при повышении их плотности подстигает-
ся снижение полной влагоемкости и тем самым возможность
миграции влаги в верхние промерзающие слои и образования
кристаллов, прослоек льда в грунте. Подготовка оснований
также необходима в плотных грунтах для доуплотнения верх¬
него разрыхленного слоя, образовавшегося на дне котлована
при механической разработке грунта и разрушении его природ¬
ной структуры при движении автотранспорта.89
Основными методами подготовки оснований на насыпных
грунтах уплотнением (гл. 6) являются:а)	поверхностное уплотнение маловлажных фунтов (Sr <<	0,7) тяжелыми трамбовками, трамбующими машинами, укат¬
кой, вибрационными катками, самоходными и подвесными
вибрационными трамбовками, а также вытрамбовывание кот¬
лованов, устройство грунтовых (песчаных, гравийных, шлако¬
вых, глиняных и т.п.) подушек;б)	поверхностное уплотнение переувлажненных (Sr < 0,7)
и водонасыщенных грунтов вибрационными катками, самоход¬
ными и подвесными вибрационными трамбовками, а также
устройство песчаных и подобных им подушек;в)	глубинное уплотнение переувлажненных и водонасыщен¬
ных грунтов песчаными сваями, глубинным и гидровибрдуплот-
нением, глубинными взрывами, пригрузкой с дренами (песча¬
ными, бумажно-пластиковыми) ;г)	глубинное уплотнение маловлажных грунтов грунтовыми
сваями.Методы уплотнения грунтов глубинными взрывами, при¬
грузкой с дренами на насыпных грунтах применялись очень ма¬
ло (см. специальную литературу).Перечисленные методы часто применяются совместно. На¬
пример, при поверхностном уплотнении маловлажных насыпных
грунтов на большие глубины выполняют двухслойное уплотне¬
ние, включающее уплотнение грунта тяжелыми трамбовками и
устройство поверху уплотненного слоя грунтовой подушки
из хорошо уплотненного, однородного по виду грунта. При
глубинном уплотнении фунтов песчаными, грунтовыми сваями,
глубинными взрывами, гидровиброуплотнении сверху образуют¬
ся разуплотненный или недостаточно уплотненный буферный
слой, который доуплотняется тяжелыми трамбовками, вибро¬
машинами либо заменяется грунтовой подушкой.Применение других методов подготовки оснований на
насыпных грунтах, таких, как заполнение крупных пустот инъ¬
ецированием различных растворов (песчаных, песчаноизвестко¬
вых и т.п.), химическое закрепление насыпных грунтов силика¬
тизацией, смолами и другими растворами, однако они сущест¬
венно дороже и сложнее перечисленных и поэтому применяются
лишь в случаях крайней необходимости.5.4.	ПРОРЕЗКА НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ СВАЯМИПрорезка насыпных грунтов свайными фундаментами обес¬
печивает передачу нагрузки от зданий и сооружений, в основном90
на подстилающие, достаточно плотные и прочные грунты природ¬
ного происхождения, а также в необходимых случаях доуплот-
нение насыпных фунтов с целью снижения или полной ликвида¬
ции дополнительной осадки при их возможном самоуплотнении.
В связи с этим свайные фундаменты (см. п. 4.5) применяются,
как правило, с полной прорезкой слоя насыпных грунтов с уче¬
том особенностей состава, сложения, закономерностей деформи¬
рования как от нагрузки фундаментов, так и от собственного
веса насыпного грунта. Неполная прорезка допускается только
в слежавшихся насыпных грунтах.В насыпных грунтах наиболее целесообразно применять
забивные, а также набивные сваи в скважинах, выполненных
с уплотнением грунтов. При погружении забивных свай происхо¬
дит уплотнение околосвайного насыпного грунта и снижается
возможность его самоуплотнения и дополнительных осадок.
С этой целью погружение забивных свай должно выполняться
в неслежавшихся насыпных грунтах, как правило, без устрой¬
ства лидерных скважин.Аналогичным образом при устройстве набивных бетонных
свай в скважинах, пройденных с уплотнением окружающих
неводонасыщенных насыпных грунтов, также происходит
доуплотнение как насыпных грунтов вокруг скважин, так и
подстилающих грунтов ниже забоя скважин.Применение обычных буронабивных свай в насыпных грун¬
тах чаще всего нецелесообразно, так как при устройстве их
не происходит доуплотнение насыпных грунтов, а на забое сква¬
жин может остаться разрыхленный грунт. Кроме этого, при на¬
личии в насыпных грунтах прочных крупных включений (остат¬
ки бетонных, железобетонных строительных изделий, камней,
бревен и т.п.) приходится применять специальные более дорогие
методы бурения скважин. При пробивке скважин ударным сна¬
рядом, забивке сваи-сердечника эти включения разбиваются,
сдвигаются в стороны от скважины и тем самым обеспечивается
проходка скважин простейшими методами.Более высокая эффективность применения забивных свай
обычно определяется следующими показателями:достаточно высокий коэффициент использования прочности
материала свай;сравнительно малая зависимость технологии производства
работ по устройству свайных фундаментов от погодных усло¬
вий;возможность применения с практически одинаковой эффек¬
тивностью в различных грунтовых условиях, в том числе в91
водонасыщенных грунтах, а также для зданий и сооружений с
различными нагрузками на фундаменты.При необходимости доуплотнения насыпного грунта до за¬
данной средней плотности Pdcom расстояние I между забивными
или набивными сваями в скважинах, пройденных с уплотнением
грунта, определяется по формуле:/ = 0t9bdyjpdcorn/ (pd сот — Pd).	(5.1)где d — диаметр сваи, принимаемый для набивной квадратной сваи шири¬
ной b, d — кЬ2/А; Pdcom “ заданная средняя'плотность насыпного грунта
в сухом состоянии после устройства сваи, при которой отсутствуют
самоуплотнение и дополнительная осадка насыпного грунта (п. 6.2);
Pd — средняя плотность сухого насыпного грунта до устройства свай.Наиболее эффективными видами и конструкциями забив¬
ных свай в насыпных грунтах являются: призматические квад¬
ратного сечения; пирамидальные; круглые полые; составные;
с антифрикционными покрытиями.В насыпных грунтах наиболее целесообразно применение
призматических свай квадратного сечения следующих видов:при небольших толщинах грунтов (до 8 ... 10 м) — обыч¬
ные сплошные сваи квадратного сечения с поперечным армиро¬
ванием с ненапрягаемой арматурой со стороной 20, 25, 30, 35,
40 см и длиной от 3 до 16 м;сплошные сваи с напрягаемой стержневой арматурой сече¬
нием 30*30 см, длиной 9 ... 15 м; 35*35 см, 10 ... 20 м;
40*40 см, 13 ... 20 м;сплошные квадратные сваи без поперечного армирования с
напрягаемой стержневой продольной или поперечной арматурой
(рис. 5.1, а), имеющие стороны 25 и 30 см и длины от 4,5 до
12 м;сваи квадратного сечения с круглой продольной полостью
(рис. 5.1, в) со стороной 25, 30 и 40 см, диаметром полости со¬
ответственно 11,16 и 27,5 см и длиной от 3 до 8 м.Свайные фундаменты выполняются из свай с различным
их расположением и конструкцией ростверков. Наиболее про¬
грессивными из них являются: с забивными оголовками;
с ростверками из* забивных пустотелых блоков; из наклонных
свай.Как известно, при забивке свай происходит их колебание
относительно вертикальной оси, поэтому верхняя часть сваи
до глубины 6b (Ь — сторона сваи) не имеет контакта с грунтом
и в работе на вертикальные нагрузки не участвует. Кроме этого,
при забивке свай происходит частичное разуплотнение верхнего92
Рис. 5.1. Конструкция железобетонных свай квадратного сечения
без поперечного армирования (а); пирамидальных без поперечного
армирования (б); квадратного сечения с круглой плоскостью (е)слоя окружающего сваю грунта. Учитывая это явление, в начале
60-х годов в Ленинграде с целью повышения несущей способно*
сти свай на вертикальные и горизонтальные нагрузки применили
забивку кольца после погружения сваи. В середине 60-х годов
С' этой же целью в Новосибирске начали применять забивные
сваи с оголовками в вытрамбованных котлованах, которые из¬
готовляли после забивки сваи. В последние годы на Украине
разработаны и успешно применены забивные оголовки. При за¬
бивке кольца, оголовка или устройстве его в вытрамбованном
котловане под ними создается уплотненная зона грунта и вся
верхняя часть сваи включается в работу. Кроме того, в несколь¬
ко раз увеличивается площадь и боковая поверхность верх¬
ней части сваи. Благодаря этому в различных грунтовых условиях
несущая способность фундаментов с равными длинами на верти¬
кальные нагрузки увеличивалась в 1,2 ... 2 раза, а на горизон¬
тальные нагрузки до 1,5 ... 3 раз. При этом за счет значительного
увеличения опорной площади существенно упрощалось сопряже-93
ние свай с выше расположенными конструкциями и стало воз¬
можным перейти на безростверковые свайные фундаменты.Сваи с забивными оголовками, стаканами и пустотелыми
блоками (рис. 5.2) представляют собой конструкцию одно¬
свайного фундамента, состоящего из забивной призматической
сваи и забивного элемента — ростверка под железобетонную ко¬
лонну каркасного здания или сооружения. Эти фундаменты
являются одними из самых экономичных свайных фундаментов,
так как по существу совмещают в себе все основные преиму¬
щества свай и забивных блоков. За счет забивки стаканов и,
главным образом, пустотелых, уширенных к верху блоков,
несущая способность такого фундамента от вертикальных
нагрузок и от горизонтальных — повысится, по сравнению со
сваей, соответственно в 1,5 ... 3 и 2 ... 5 раз.Пирамидальные сваи (см. рис. 5.1, б) изготовляют и приме¬
няют двух типов: удлиненные (5 ... 7 м) с малой конусностью до
3 шириной понизу 10 см, поверху 30 ... 40 см; короткие
(1,5 ... 3 м) с конусностью 12 ... 14°, размером понизу 10, а
поверху — 60 ... 80 см. При забивке пирамидальных свай проис¬
ходит интенсивное уплотнение околосвайного грунта и особенно
в верхней части толщи. В связи с этим они имеют несущую
способность на 15 ... 30 % больше призматических такой же дли¬
ны и такого объема. Пирамидальные сваи в основном применя¬94Рис. 5.2. Односвайные фундаменты с забивным оголов¬
ком Укрспецстройпроекта Ы, стаканом НИИпромстроя
[б), пустотелым блоком НИИСП и НИИОСП (в)1 — забивная свая; 2 — бетон омоноличивания; 3 — ого¬
ловок; 4 — стакан; 5 — пустотелый блок
ют как висячие одиночные сваи, а также при ленточном, кусто¬
вом их расположении в фундаменте. Особенно»эффективны ко¬
роткие пирамидальные сваи для легких зданий и сооружений
при опирании выше расположенных несущих конструкций
беэ ростверка. Пирамидальные сваи нецелесообразно применять
в пучин истых насыпных грунтах при большой глубине их про¬
мерзания (более 1,2 ... 1,5 м), а также в неслежавшихся насып¬
ных грунтах без полной их прорезки.Полые круглые сваи изготовляют диаметром 40... 120 см, дли¬
ной 4 ... 12 м. Они могут быть цельными и составными, т.е.
состоящими из нескольких элементов, соединенных в процессе
погружения на сварке. Полые круглые сваи применяют с от¬
крытым и закрытым нижним концом. Последние применяют,
как правило, в случаях необходимости прорезки сваями слабых
грунтов. При погружении полых круглых свай с открытым кон¬
цом внутри их образуется грунтовая уплотненная пробка.Наиболее эффективны короткие полые круглые сваи диа¬
метром 60 ... 120 см, длиной 4 ... 6 м в качестве односвайных
фундаментов. При погружении таких свай под каркасные здания
с относительно небольшими нагрузками на фундамент (200 ...
...800 кН) внутри сваи устраивают бетонную пробку и получают
стакан для установки колонны. Для бескаркасных зданий
заполняют бетоном верхнюю часть сваи и получают достаточную
опорную площадь для опирания верхних конструкций. В этих
случаях полые круглые сваи позволяют применять безроствер-
ковые свайные фундаменты.Целесообразность применения полых круглых свай опреде¬
ляется также повышенными размерами уплотненных зон во¬
круг свай, что особенно эффективно в рыхлых неслежавшихся
маловлажных и хорошо уплотняющихся насыпных грунтах.В последние годы в качестве полых круглых свай приме¬
няют сборные железобетонные трубы, изготовляемые заводами
стройиндустрии для прокладки водопровода и канализации.Составные сваи сплошного квадратного сечения обычно при¬
меняют при большей толще (более 15 ... 20 м) слабого грунта
и нет возможности изготовлять длинные сваи. Эти сваи состоят
из отдельных элементов длиной 6 ... 12 м, соединяемых между
собой в процессе погружения с помощью специального стыка.
В последнее время стыки отдельных элементов свай выполняют¬
ся на сварке, на болтах, на штырях, с помощью стакана.Наибольшее применение в практике строительства получил
сварной стык (рис. 5.3) из двух закладных деталей в виде ме¬
таллических обойм, забетонированных в верхний и нижний эле¬95
Рис. 5.3. Сварной стык свай7	и 2 — верхняя и нижняя металлические
обоймыРис. 5.4. Стыки свай на болтах (в), с клиновид¬
ными штырями (б), стаканного типа (в)1 - болт; 2 — шайба; 3 — гайка; 4 — штырь;
5 — клин; 6 — отверстие для установки шты¬
ря; 7 — бетонная поверхностьмент стыкуемой сваи. Металлические обоймы обычно выпол¬
няются из уголка 125*80x8 и обвариваются по периметру в про¬
цессе погружения сваи.Стык на болтах состоит из двух металлических обойм с
плоскими торцовыми плитами, соединяемыми с помощью
болтов по мере забивки сваи (рис. 5.4, а).Стык стаканного типа (рис. 5.4, б) обеспечивает автомати¬
ческое соединение звеньев свай в процессе их погружения.
Стык состоит из металлического,стакана из отрезка металли¬
ческой трубы диаметром 273 или 325 мм, приваренного к арма¬
турным выпускам. Наружная поверхность стакана оцинкована.
Нижний конец следующего звена сваи имеет железобетонную
цилиндрическую часть с рифленой поверхностью. При соедине¬
нии звеньев между собой цилиндрическая железобетонная
часть входит внутрь металлического стакана под ударами мо¬
лота; при этом выступы рифленой бетонной части скалываются
верхней частью стакана и происходит плотное соединение верхней
и нижней частей сваи. Наряду с удобствами в процессе погруже¬
ния свай стык стаканного типа является более экономичным
по расходу металла, стоимости и трудоемкости.96
Сваи с антифрикционным покрытием применяют для сниже¬
ния сил нагружающего трения по боковой поверхности в процессе
осадки окружающего сваю грунта от собственного веса или
под влиянием других воздействий. В качестве антифрикционно¬
го материала чаще всего используют обмазку боковой поверх¬
ности свай в пределах оседающего слоя битумом, пластичной
смазкой, БАМ-3, кремнестойкой эмалью. Наиболее широко ис¬
пользуют битум и мастику на битумной основе. Битумное по¬
крытие толщиной 5 ... 10 мм и обмазка другими мастиками
обеспечивают снижение сил трения грунта по свае на 40 ... 80 %
по сравнению с их величиной для свай без антифрикционного
покрытия.Забивку сваи с антифрикционным покрытием целесообраз¬
но применять в неслежавшихся насыпных грунтах при возмож¬
ной значительной их дополнительной осадке, а также в случаях
одиночных свай при одно- и двухрядном расположении их в лен¬
точных фундаментах и при небольшом количестве в свайных
кустах. Антифрикционные покрытия наносят на сваи до их по¬
гружения. Для сохранения покрытия погружение свай произво¬
дят через лидерные скважины диаметром, близким к значениям
поперечного сечения сваи на глубину, равную толщине слоя на¬
сыпного и подстилающего грунта, в пределах которых происхо¬
дит дополнительная осадка.Наиболее отработанными и эффективными конструкциями
и технологиями устройства набивных свай в скважинах, прой¬
денных с уплотнением окружающих грунтов, являются набив¬
ные сваи в пробитых скважинах с уширениями в нижней части
и набивные конические сваи в пробитых скважинах.Набивные сваи в пробитых скважинах с уширениями в ниж¬
ней части выполняются в неводонасыщенных глинистых насып¬
ных грунтах (выше уровня подземных вод). Для пробивки
скважин используют станки ударно-канатного бурения БС-1М
или навесное оборудование на экскаватор.Станок ударно-канатного бурения имеет
ударный снаряд массой 2,8 ... 3,2 т с наконечником диаметром
275 ... 425 мм, обеспечивает 44 ... 52 удара в минуту с высоты
0,9 ...1,1 м (энергия одного удара около 30 Дж); достигается
пробивка скважин диаметром 0,4 ... 0,55 м с радиусом уплотнен¬
ной зоны вокруг скважин 0,6 ... 0,9 м.Ударный снаряд, входящий в комплект станков ударно¬
канатного бурения, состоит из ударной штанги, наконечников в
виде долот различной конструкции и канатного замка. Наконеч¬97
ники для пробивки скважин изготовляют из изношенных долот
наваркой на них оболочки в виде "капли".Навесное оборудование на экскаватор сос¬
тоит из упорной стойки с направляющей и пробивного снаряда.
Пробивной снаряд выполняется из трубы в виде штанги с уши¬
ренным наконечником в форме "капли". Снаряд массой до2,5	... 3,5 т поднимается и свободно сбрасывается по направляю*
щей сначала с высоты до 4 ... 5, а затем 8 ... 10 м; при этом энер¬
гия каждого удара составляет 150 ... 350 Дж.Технология устройства набивных свай в пробитых скважинах
с уширениями включает следующие основные этапы:пробивка скважины на заданную глубину устройства набив¬
ных свай;устройство уширения в нижней части отсыпкой в скважину
щебнп или сухой бетонной смеси 2 ... 5 слоями толщиной
1 ... 1,5 диаметра пробивного снаряда и втрамбовывание каждо¬
го слоя бетонной смеси в забой скважины до отказа или до пер¬
воначальной глубины скважины;установка арматурного каркаса и бетонирование ствола
сваи бетонной смесью пластичной консистенции подачей ее вниз
с помощью бетонолитной трубы или свободного сбрасывания
бетона в скважину.Испытания в лессовидных суглинках гг. Запорожье, Набе¬
режные Челны показали, что пробивка скважин, создание ушире¬
ния из втрамбованного жесткого бетона обеспечивают повыше¬
ние несущей способности этих свай, по сравнению с буронабив¬
ными аналогичных размеров, в 2 ... 3 раза.Набивные конические сваи в пробитых скважинах выпол¬
няют специальной установкой УКС в Казахской ССР. Эта уста¬
новка является сменным навесным оборудованием к сущест¬
вующим сваебойным агрегатам, состоит из металлического ли¬
дера конической формы и гидравлического извлекающего уст¬
ройства. Лидер обеспечивает устройство скважин в грунте,
имеет диаметр внизу 0,22 м, вверху 0,43 м, длину 5,2 м и заост¬
рение в нижней части под углом 60°. Погружение лидера осуще¬
ствляется дизельным или механическим молотом. Извлекаю¬
щее устройство состоит из опорной площадки с направляю¬
щими стойками, подвижной траверсы и гидродомкрата.Технология устройства набивных конических свай в проби¬
тых скважинах включает следующие основные операции:погружение установкой УКС лидера на заданную глубину
(до 5 м): отрыв гидродомкратом лидера от грунта и дальней¬
ший его подъем из скважины с помощью лебедки базовой ма¬
шины;98
втрамбовывание (вдавливание) в стенки и дно скважины
засыпанного в нее материала повторным погружением лидера
для увеличения размеров уплотненной зоны грунта и формиро¬
вания наружной части сваи;установка в скважину арматурного каркаса и бетонирова¬
ние ствола сваи с уплотнением бетона глубинным вибратором.Операции по отсыпке в скважину щебня или сухой бетон-
ной смеси с последующим вдавливанием-втрамбовыванием
их в дно и стенки скважины могут повторяться 2 ... 3 раза. За
счет создания уплотненной зоны грунта вокруг сваи дости¬
гается существенное (до 1,5... 2,5 раза) повышение несущей
способности свай по сравнению с обычными буронабивными
сваями того же объема.5.5.	КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯКонструктивные мероприятия назначают, как правило, по
расчету конструкций зданий и сооружений на неравномерные
осадки грунтов оснований. Они подразделяются на три основные
группы по направлениям:1)	повышение прочности и общей пространственной жест¬
кости зданий и сооружений;2)	увеличение податливости зданий и сооружений за счет
применения гибких или податливых конструкций;3)	обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооруже¬
ний при возможных неравномерных осадках грунтов оснований.Выбор группы мероприятий или сочетания нескольких
производят в зависимости от конструктивных особенностей
зданий и сооружений, а также их технологического назначения и
условий эксплуатации.Мероприятия первой группы, направленные
на повышение прочности и пространственной жесткости зданий и
сооружений, применяют обычно для относительно жестких
зданий и сооружений.Мероприятия второй группы, связанные с
увеличением гибкости зданий и сооружений, применяют, как
правило, для нежестких зданий.Мероприятия третьей группы обычно при¬
меняют в сочетании с мероприятиями первой или второй группы
для зданий и сооружений, оборудованных технологическими
устройствами, и направлены на обеспечение нормальной эксп¬
луатации этих устройств при возможных неравномерных осад¬
ках грунтов в основаниях, а в случае необходимости — на вос¬
становление их нормального эксплуатационного положения.99
Мероприятия по повышению прочности и общей прост¬
ранственной жесткости зданий и сооружений включают:разрезку зданий и сооружений осадочными швами на от¬
дельные отсеки;устройство железобетонных поясов или армиров? жых
швов;повышение степени армирования отдельных железобетон¬
ных элементов;усиление прочности стыков между отдельными элементами
конструкций;устройство жестких горизонтальных диафрагм из сборных
железобетонных элементов, покрытий и перекрытий;усиление фундаментно-подвальной части зданий и сооруже¬
ний применением монолитных, сборно-монолитных фундамен¬
тов.Здания и сооружения целесообразно проектировать в плане
простой конфигурации, при которой обеспечивается возмож¬
ность их разрезки осадочными швами на отдельные достаточно
жесткие и прочные отсеки прямоугольной формы в плане.
Осадочные швы в зданиях или сооружениях устраивают с таким
расчетом, чтобы разделить их на отдельные достаточно жесткие
блоки, одновременно сокращая длину изгибаемых участков
стен. Расположение осадочных швов определяется характером
напластований грунтов в основании и конструкции возводимых
зданий или сооружений, поэтому целесообразно располагать их в
местах резкого изменения толщины слоя насыпных грунтов, их
состава и сложения, значительно различающихся по своей сжи¬
маемости.При одинаковой толщине слоя насыпных грунтов осадочные
швы целесообразно располагать в местах резкого изменения
высоты здания или сооружения. С конструктивной точки зрения
швы должны располагаться в местах изменения конфигурации
зданий для того, чтобы разделить их в плане на простые гео¬
метрические элементы. В большинстве случаев целесообразно
осадочные швы совмещать с температурными.Конструкции фундаментов при их связи с остальной частью
здания существенно влияют на величину пространственной
жесткости и прочности здания или сооружения в целом, чем и
объясняется то обстоятельство, что при строительстве на на¬
сыпных грунтах прошлого столетия стремились применять
наиболее жесткие и прочные виды фундаментов — сплошные
железобетонные плиты или перекрестные монолитные ленточ¬
ные фундаменты. Такие конструкции фундаментов способ¬100
ствовали значительному увеличению прочности нижней части
зданий и оправдывались при большой изменчивости сжимае¬
мости оснований, сложенных отходами производств и бытовых
отбросов.Более рациональной конструкцией фундаментов являются
бетонные фундаменты с армированными подушками по подош¬
ве и поясом наверху.Учитывая совместную работу двух поясов, эти фундаменты
по своей жесткости и прочности не уступают сплошным плитам
или перекрестным лентам и являются при этом более эконо¬
мичными.Сборные фундаменты целесообразно применять при воз¬
ведении зданий и сооружений на планомерно возведенных
насыпях и отвалах грунтов и отходов производств, обладающих
малой изменчивостью по сжимаемости. В остальных случаях
фундаменты из сборных блоков-подушек возможно устраивать
лишь при условии подготовки основания (устройство песчаных
подушек или замена верхнего слоя насыпных грунтов толщиной1,5	... 2 м подушкой из однородного местного грунта).В последнее время при возведении жилых и гражданских
зданий на насыпных грунтах успешно применяют монолитные
или сборно-монолитные железобетонные ленты-подушки из
крупных блоков для верхней части фундаментов и стен подва¬
лов.Размеры поясов и сечение арматуры в фундаментах назнача¬
ют по расчету с учетом изменчивости сжимаемости оснований
и конструкций возводимых зданий и сооружений. Опыт строи¬
тельства на насыпных грунтах и расчеты показывают, что при
сечении арматуры 8 ... 12 см2 в фундаментных поясах здания
или сооружения эксплуатируются без существенных деформа¬
ций.Увеличение жесткости и прочности зданий в значительной
степени можно достичь выбором соответствующей конструкции
стен. На насыпных грунтах с большой изменчивостью сжимае¬
мости стены желательно возводить из материалов, достаточно
хорошо работающих не только на сжатие, но и на растяжение.
Этому требованию в наибольшей степени соответствуют сплош¬
ные кирпичные стены из панелей и аналогичные им стены из мел¬
ких блоков с перевязкой швов, в меньшей — облегченные кон¬
струкции стен. Возведение стен из крупных бетонных блоков
должно производиться в соответствии с требованиями, соответ¬
ствующими условиям строительства на сильно и неравномерно
сжимаемых грунтах.101
Прочность стен можно значительно повысить устройством в
них железобетонных или железокирпичных поясов. Устройство
поясов в стенах и ростверков в фундаментах — одно из наиболее
старых и проверенных конструктивных мероприятий при стро¬
ительстве в различных грунтовых условиях.При устройстве железокирпи^ных поясов арматуру диамет¬
ром 6 ... 8 мм укладывают в швах кирпичной кладки. Обычно
армируется 3—6 рядов кладки. При устройстве армированных
швов арматуру диаметром 8 ... 12 мм укладывают в утолщен¬
ном шве (3 ... 4 см) кирпичной или крупноблочной кладки.Железобетонные пояса устраивают толщиной не менее одно¬
го ряда кирпичной кладки (75 мм). Наиболее распространенные
схемы расположения поясов в кирпичных стенах приведены
на рис. 5.5. Расположение поясов по второй и третьей схемам
рекомендуется делать в кирпичных стенах толщиной 51 или
64 см, а по первой — при меньшей толщине стен.В крупнопанельных зданиях поэтажные пояса выполняют
выпуском и стыковкой на сварке верхней арматуры панелей,
расположенной в надпроемных перемычках. В крупноблочных
зданиях в качестве поэтажных поясов используют поясные и
перемычные блоки, армируемые и соединяемые между собой
сваркой арматуры с последующим замоноличиванием стыков.Поскольку деформация здания или сооружения при нерав¬
номерных осадках может происходить в обе стороны, т.е. и с
прогибом, и с перегибом (что именно, трудно предсказать),
то очевидно, 4to и пояса следует располагать как в верхней,
так и в нижней частях стен. С точки зрения работы конструкций
наиболее рационально располагать пояса на уровне междуэтаж¬
ных перекрытий и обеспечивать надежную связь их со стенами.
Однако для одноэтажных зданий и крупноблочных конструкций
можно ставить также на уровне оконных перемычек.Пояса должны бьпгь непрерывными по всем капитальным
стенам, включая поперечные. Каждый пояс должен быть уложен
в одной горизонтальной плоскости, представлять собой единую
систему и иметь необходимые жесткие соединения в углах и
местах примыкания отдельных стен. В пределах осадочных швов
пояса разделяются на замкнутые самостоятельные конструкции.Выбор мест расположения, количества и сечения поясов
производят в зависимости от изменчивости сжимаемости основа¬
ния и конструктивных особенностей проектируемых зданий
и сооружений по расчету их на прочность.Известно, что прочность и жесткость зданий и сооружений
при прочих равных условиях определяются и конструктивными102
Рис. 5.5. Расположения железо¬
бетонных поясов в кирпичных
стенахрешениями отдельных узлов и деталей, что особенно важно для
зданий, состоящих из сборных элементов и возводимых на
неравномерно сжимаемых грунтах. В этом случае основным
требованием является обеспечение равнопрочности всей кон¬
струкции во всех сечениях. Исходя из этого, при олирании
сборных элементов перекрытий и покрытий на несущие стены,
колонны, балки и т.п. необходимо обеспечивать достаточно
надежную связь между ними (устройством равнопрочных сты¬
ков, надежная заделка анкеров и др.). Также очень важно
обеспечить надежную связь фундаментов с остальной конструк¬
цией здания. Для этого вместо обычно применяемого гидро¬
изоляционного слоя из нескольких слоев рубероида, толя, гид-
роизола, а иногда из битумной смазки целесообразно выполнять
гидроизоляцию из цементного раствора на безусадочном цементе
или цементного раствора с церезитом.Мероприятия по увеличению податливости зданий и соору¬
жений за счет применения гибких и разрезных конструкций
включают: обеспечение гибкой связи между отдельными элемен¬
тами конструкций, увеличение площади опирания отдельных
конструктивных элементов; повышение устойчивости элемен¬
тов конструкций при повышенных деформациях оснований;
повышение влаго- и водонепроницаемости стыков между отдель¬
ными взаимоперемещающимися элементами конструкций.Обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений
при возможных неравномерных осадках грунтов в основаниях
достигается также:применением таких конструктивных решений отдельных
узлов и деталей, которые позволяют в короткие сроки восста¬
новить после неравномерных осадок нормальную эксплуатацию
кранов, лифтов и т.п.;увеличение расстояний между отдельными конструкциями
(например, между мостовыми кранами и элементами покрытия,
габаритов лифтовых шахт и т.п.), обеспечивающими восстанов¬
ление нормальной эксплуатации грузоподъемного оборудо¬
вания.103
5.6. ВОДОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯВодозащитные мероприятия при строительстве зданий на
насыпных грунтах проводят, как правило, в случаях, когда
грунты обладают просадочными свойствами или ниже насыпных
залегают просадочные грунты естественного сложения. Водо¬
защитные мероприятия выполняют с целью уменьшения замачи¬
вания грунтов в основании; исключения интенсивного замачива¬
ния грунтов на всю просадочную толщу; контроль за состоя¬
нием сетей, несущих воду, возможности осмотра сетей и быстро¬
го ремонта, обеспечения своевременного предотвращения зама¬
чивания грунтов в основании и т.п.В комплекс водозащитных мероприятий входят: компо¬
новка генплана; планировка застраиваемой территории; устрой¬
ство под зданиями и сооружениями маловодопроницаемых
экранов; качественная засыпка пазух котлованов и траншей;
устройство вокруг зданий и сооружений отмосток; прокладка
внешних и внутренних коммуникаций, несущих воду, исключе¬
на возможность утечки из них воды и с обеспечением свободно¬
го их осмотра и ремонта; отвод аварийных вод за пределы
зданий и в ливнесточную сеть и др.Компоновку генеральных планов выполняют с максималь¬
ным сохранением естественных условий стока поверхностных
вод. Пересечение линий стока поверхностных вод по всей длине
под зданиями и сооружениями, как правило, не допускается.
Здания и сооружения с мокрым технологическим процессом
располагают, как правило, в пониженных частях рельефа заст¬
раиваемой площадки, на участках с высоким расположением
уровня грунтовых вод, наличием дренирующего слоя, подсти¬
лающего просадочную толщу грунтов.Планировку застраиваемой площадки или участка строи¬
тельства должны проектировать с использованием направлений
естественного стока атмосферных вод.В основаниях зданий и сооружений при возможной просадке
грунтов от собственного веса целесообразно делать сплошные
маловодопроницаемые экраны из уплотненного глинистого
грунта с уширением их в каждую сторону от наружных граней
фундаментов. Прорезка маловодопроницаемых экранов под
зданиями, траншеями для коммуникаций на глубину более
1/3 их толщины не допускается. Толщина экрана ниже дна тран¬
шеи должна быть не менее 1 м для зданий и сооружений с мо¬
крым технологическим процессом; зданий повышенной этажно¬
сти; 0,5 м - для остальных зданий и сооружений.104
Обратные засыпки котлованов должн^ .устраивать из мест¬
ных глинистых грунтов (суглинков, глин, а при отсутствии
их из супесей), которые отсыпают отдельными слоями, имеющи¬
ми влажность, близкую к оптимальной, и уплотняют до требуе¬
мой плотности. Вводы водопровода и теплосетей в здание, а
также выпуски канализации и водостоков на просадочных
грунтах следует прокладывать в каналах со съемными плитами
перекрытия. Каналы целесообразно делать из одного железо¬
бетонного лотка и укладывать с уклоном не менее 0,02 в сторо¬
ну от здания. Примыкание каналов к фундаментам должно быть
герметично и выполнено с учетом неравномерной осадки канала
и фундамента.Для контроля за утечкой воды из трубопроводов внутрен¬
них сетей, а также трубопроводов, проложенных в каналах
вводов и выпусков, и для обнаружения аварийных вод следует
в конце каналов предусматривать контрольные колодцы. Днище
и стенки колодцев на высоту 1,5 м от дна следует выполнять
водонепроницаемыми. Расстояние от дна канала до дна колод*
ца должно быть не менее 0,7 м.Полы в зданиях и сооружениях на просадочных грунтах
устраивают водонепроницаемыми. Грунт в основании полов
выше маловодопроницаемого экрана уплотняется. Для возмож¬
ности стока аварийных вод полы выполняют с уклоном 0,005 ...
...0,01 к приямкам. В местах сопряжения полов со стенами делают
плинтусы на высоту 0,1 ... 0,2 м.Вокруг каждого здания должны быть водонепроницаемые
отмостки. Для организованного отвода воды с крыш и от зданий
ширина отмостки должна быть не менее 1 м. Отмостки по пери¬
метру зданий должны иметь подготовку из местного уплотнен¬
ного грунта и уклон в поперечном направлении не менее 0,03.5.7.	ВЫБОР МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХОсновными показателями при выборе вариантов мероприя¬
тий являются: надежность основания для обеспечения нормаль¬
ной эксплуатации здания или сооружения; стоимость, расход
дефицитных материалов (сталь, цемент), трудоемкость работ,
сроки их выполнения и т.п.Опыт строительства показывает, что наиболее экономичные
и простые решения получают при использовании в качестве ос¬
нований насыпных грунтов, подготовленных одним из методов.
Однако при благоприятных геологических условиях и соот¬
ветствующих конструкциях зданий и сооружений прорезка105
насыпных грунтов может оказаться более экономичной и целесо¬
образной.Исходным материалом для разработки различных вариан¬
тов системы оснований служат результаты детальных инженерно¬
геологических исследований площадок и схемы конструкции
проектируемых зданий и сооружений. В первую очередь должны
быть рассмотрены ведущие факторы:тип и вид насыпного грунта, его сжимаемость по данным
полевых исследований;толщина слоя насыпных грунтов и ее изменение в пределах
участка расположения проектируемых зданий или сооружений;
свойства подстилающих насыпь естественных грунтов;
конструктивные особенности возводимых зданий или
сооружений.Рассмотрим некоторые общие положения по выбору типа,
вида фундаментов, метода подготовки и системы оснований в
зависимости от этих факторов.Планомерно возведенные насыпи с послойным уплотнением
характеризуются однородным составом, сложением, сжимае¬
мостью. Насыпи, отсыпанные с уплотнением грунта до коэффи¬
циента ксот > 0,92 ... 0,95, как правило, могут быть исполь¬
зованы в качестве естественных оснований. При меньших значе¬
ниях плотности, используя такие насыпи в качестве оснований
капитальных зданий и промышленных сооружений, необходимо
их подготовить до необходимой плотности грунта в пределах
сжимаемой толщи под фундаментами проектируемой конструк¬
ции. Метод подготовки основания подбирают в зависимости
от материала насыпи и гидрогеологических условий участка
строительства. Подготовка основания уплотнением грунта долж¬
на охватить большую часть сжимаемой толщи под фундаментами
здания или сооружения, при этом давление на подстилающий
недостаточно плотный насыпной грунт не должно превышать
предельно допустимой для него величины.Наряду с этим, иногда можно использовать недостаточно
плотные планомерно возведенные насыпные грунты в качестве
естественных оснований малоэтажных зданий и небольших
промышленных сооружений, если их осадки не будут превышать
предельно допустимых величин.Отвалы грунтов и отходов производств по сравнению с
планомерно возведенными насыпями характеризуются менее
однородным составом и сложением. Плотность их и, следова¬
тельно, сжимаемость могут быть переменными и зависят в
основном от состава, давности и способа отсыпки.106
Слежавшиеся однородные отвалы песчаных грунтов, шлаков
и формовочной земли могут быть использованы в качестве
естественных оснований относительно легких гражданских зда¬
ний и промышленных сооружений. В тех случаях, когда они
обладают значительной изменчивостью по сжимаемости, целе¬
сообразно использовать их в качестве оснований только после
предварительного уплотнения методами, изложенными в гл. 6.Неслежавшиеся отвалы песчаных грунтов, шлаков и формо¬
вочной земли, а также слежавшиеся однородные отвалы глини¬
стых грунтов, золы и некоторых других отходов производств,
как правило, обладают повышенной и неравномерной сжимае¬
мостью, поэтому использование их в качестве естественных
оснований бывает целесообразным лишь для малоэтажных зда¬
ний и легких промышленных сооружений. В большинстве же
случаев они могут быть использованы в качестве оснований
только после предварительного уплотнения. Если уплотнение
отвалов грунтов и отходов производств невозможно из-за
повышенной их влажности или оно не приводит к необходимой
минимальной сжимаемости уплотненных грунтов как по абсо¬
лютной величине, так и по степени неравномерности, подготовку
оснований целесообразно производить устройством под фунда¬
ментами хорошо уплотненных подушек из однородных местных
песчаных грунтов, шлаков, формовочной земли.Неоднородные по своему составу отвалы отходов произ¬
водств, к которым относятся отвалы отходов строительного
поизводства и др., обычно характеризуются повышенной измен¬
чивостью сжимаемости. В связи с этим они могут быть использо¬
ваны в качестве оснований только после предварительного
уплотнения тяжелыми трамбовками, а в тех случаях, когда
уплотнение их не обеспечивает получение равномерной сжимае¬
мости в пределах уплотненного слоя, подготовку целесообразно
осуществлять устройством подушек из однородных материалов.При значительной толщине неоднородных по составу отва¬
лов грунтов и отходов производств, а также при значительной
сжимаемой толще грунта под фундаментами подготовку основа¬
ния целесообразно осуществлять глубинным уплотнением пес¬
чаными или грунтовыми сваями и другими методами в зависи¬
мости от местных гидрогеологических условий.На свалках грунтов, отходов производств и бытовых от¬
бросов выбор метода подготовки и системы оснований произ¬
водится с учетом следующих дополнительных факторов: содер¬
жания и расположения органических включений (средние зна¬
чения по нескольким образцам); разложения органических
включений в процессе эксплуатации зданий или сооружений.107
Если в свалках грунтов и отходов производств содержится
органических включений до 10 %, рассеянных по всей толще
насыпи, свалки могут быть использованы в качестве оснований
зданий и сооружений при условии их предварительного уплот¬
нения или устройства подушек из однородных грунтов и отхо¬
дов производств (шлаки и т.п.). В отдельных случаях такие
свалки могут быть использованы в качестве естественных осно¬
ваний одно-двухэтажных зданий и небольших промышленных
сооружений. При содержании в свалках органических включений
более 10 % дополнительные осадки фундаментов от разложения
органики могут достигнуть значительных величин, при которых
обеспечить прочность зданий или сооружений обычными кон¬
структивными мероприятиями трудно, поэтому свалки с содер¬
жанием органических включений 10 ... 30 % могут быть исполь¬
зованы в качестве оснований капитальных зданий лишь в тех
случаях, когда практически исключается возможность разложе¬
ния органики. Очень медленное разложение органики, не сказы¬
вающееся на осадках фундаментов, обычно происходит при
расположении их ниже уровня грунтовых вод, а также в усло¬
виях постоянного влажностного режима грунтов основания.
Подготовку оснований в этих случаях целесообразно произво¬
дить устройством подушек из песчаных грунтов или подобных
им химически стойких отходов производств., Свалки грунтов и отходов производств с содержанием
органических включений более 10 %, подвергающихся постоян¬
ному разложению, а также свалки с содержанием органики бо¬
лее 30 %, независимо от интенсивности их разложения, могут
быть использованы в качестве оснований только для временных
сооружений со сроком службы до 5 лет. Использование их в
качестве оснований капитальных зданий или сооружений неиз¬
бежно приведет к появлению больших осадков фундаментов
и вследствие этого к недопустимым деформациям сооружений
(в таких случаях капитальные здания или сооружения следует
возводить на глубоких или свайных фундаментах).Характерной особенностью условий залегания насыпных
грунтов является резкое изменение толщины слоя на сравни¬
тельно небольших участках. Поскольку сжимаемость насыпных
грунтов и подстилающих естественных отложений обычно от¬
личается в несколько раз, то значительное изменение толщины
слоя насыпных грунтов под подошвой фундаментов неизбежно
приводит к значительным неравномерным осадкам и кренам
зданий или сооружений. Чтобы избежать этого или, по крайней
мере, уменьшить неравномерность осадок до возможного мини¬108
мума, необходимо здание или сооружение располагать на пло¬
щадке строительства с таким расчетом, чтобы толщина слоя на¬
сыпных грунтов в основании изменялась возможно меньше.
Во многих случаях для сокращения разности толщин, слоя
насыпных грунтов в основании фундаментов до приемлемых
пределов вполне достаточно сместить здания даже на 10 м.Наряду с определением более рационального расположения
здания в плане разница в толщине слоя насыпных грунтов ниже
подошвы фундаментов может быть также сокращена благодаря
выбору соответствующей глубины их заложения.Выбор системы и метода подготовки оснований во многих
случаях определяется свойствами подстилающих насыпь естест¬
венных грунтов. Особое значение этот вопрос приобретает при
небольшой толщине слоя насыпных грунтов по сравнению с
сжимаемой толщей основания. Сжимаемость подстилающих
насыпь грунтов может быть различной, так как в одних слу¬
чаях засыпают пониженные места местности, сложенные заилен¬
ными и заторфованными отложениями, в других, наоборот, ма-
лосжимаемыми грунтами, например, в карьерах для добычи
строительных материалов.При большой толщине слоя насыпных грунтов и малой дав¬
ности их отсыпки приходится учитывать возможность осадки
подстилающих естественных грунтов от веса насыпи, которые
могут достигать весьма значительных величин. В практике стро¬
ительства известны примеры, когда осадки глинистых и илистых
отложений, подстилающих насыпь высотой до 9 м, изменялись
от 36 до 110 см.При выборе системы и метода подготовки оснований зда¬
ний, возводимых на тех или иных насыпных грунтах, как и
вообще неравномерно сжимаемых грунтов, необходимо учиты¬
вать условия работы проектируемой конструкции здания или
сооружения.После подготовки основания уплотнением грунта в нижней
части сжимаемой толщи часто сохраняется некоторая неравно-
мерная сжимаемость. Чтобы исключить недопустимые деформа¬
ции конструкции здания или сооружения, подбирается такая
схема конструкции здания в целом или подземной ее части,
которая по своей пространственной жесткости способна воспри¬
нять усилия, возникающие в элементах конструкции от нерав¬
номерной осадки. Так, например, для кирпичных зданий с
внутренними несущими капитальными стенами повышение
жесткости может быть достигнуто устройством армированных
поясов в фундаментах и стенах.109
Удачное сочетание методов подготовки оснований с над¬
лежащим выбором схемы конструкций или отдельных конст¬
руктивных элементов здания или сооружения является твор¬
ческим моментом работы проектировщика.Приведенные в главах 8, 9 и 10 примеры иллюстрируют
приемы комплексного решения вопросов проектирования и
строительства в рассматриваемых грунтовых условиях.Следует отметить, что решение вопросов проектирования
оснований на участках, сложенных насыпными грунтами, может
быть получено только на основе всестороннего учета местных
условий, особенностей строительства, технико-экономического
анализа возможных вариантов.ГЛАВА 6
УПЛОТНЕНИЕ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ6.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО УПЛОТНЕНИЮ
НАСЫПНЫХ ГРУНТОВМетоды уплотнения грунтов подразделяются на поверх¬
ностные, когда уплотнение осуществляется с поверхности грун¬
та, и глубинные — при передаче уплотняющего воздействия
по всей глубине массива грунта.К поверхностным методам уплотнения грунтов относят
уплотнение укаткой, тяжелыми трамбовками, трамбующими
машинами, виброкатками, виброплитами и вибротрамбовками,
подвальными взрывами а также вытрамбовыванием котлованов,
а к глубинным методам — грунтовыми и песчаными сваями,
глубинными вибраторами, глубинными взрывами, статическими
нагрузками от собственного веса, а также от дополнительной
пригрузки, в том числе с песчаными, бумажно-пластиковыми и
другими дренами.Процесс уплотнения включает в себя два этапа: разрушение
существующей структуры грунта и создание новой более плот-
ной и устойчивой к влиянию на него различных факторов (на¬
грузка, изменения температуры, влажности и др.) структуры.
Вполне очевидно, что прочность и устойчивость первоначальной
структуры грунта влияет на эффективность его уплотнения.
Структура грунта легче разрушается, если она менее прочна, и,
следовательно, тем выше эффективность уплотнения, и, наобо¬
рот, при очень прочной структуре грунта требуется большее110
усилие на ее разрушение, и эффективности уплотнения, осо¬
бенно по глубине, снижается. В частности, опыт строительства
показывает, что при уплотнении насыпных песчаных грунтов,
супесей, обладающих сравнительно невысокой структурной
прочностью, глубина уплотнения и повышение плотности при
прочих равных условиях значительно выше, чем при уплотнении
суглинков и глин, обычно характеризующихся высокой струк¬
турной прочностью.Прочность структурных связей глинистых грунтов в значи¬
тельной мере зависит от их влажности и по мере повышения ее
снижается. В связи с этим, при уплотнении глинистых грунтов
повышенной влажности вполне возможно применение более
легких уплотняющих механизмов и при той же площади воздей¬
ствия на поверхность грунта получение тех же результатов,
что и при использовании тяжелых механизмов.В процессе уплотнения грунтов укаткой, трамбованием,
вибрацией, виброударами уплотняющие воздействия повторя¬
ются по определенным циклам, т.е. на грунт действуют цикли¬
ческие нагрузки, характеризующиеся последовательной сменой
процессов нагрузки и разгрузки [29, 32]. В уплотняемом грунте
происходят обратимые (упругие) и необратимые (остаточные)
деформации, которые и вызывают повышение плотности грун¬
тов. При уплотнении грунтов статической нагрузкой от их
собственного веса, а также дополнительной пригрузки происхо¬
дят в основном необратимые деформации.При любом постоянном режиме уплотнения для каждого
вида грунта и уплотняющего воздействия процесс накопления
остаточных деформаций и, следовательно, повышения плотности
грунта могут происходить только до определенной величины.
Дальнейшее увеличение работы без изменения режима уплотне¬
ния сопровождается в основном обратимыми деформациями
и не приводит к повышению степени плотности грунта
(рис. 6.1). Такое состояние грунта называется уплотнением до
отказа, а величина повышения плотности грунта при единичном
приложении нагрузки, которая выражается обычно понижением
уплотняемой поверхности от одного удара или прохода, называ¬
ется отказом.При самоуплотнении грунтов от их собственного веса, а
также дополнительной пригрузки состояние уплотнения до от¬
каза характеризуется условной стабилизацией осадки.Уплотняемость грунтов определяют по методике стандарт¬
ного уплотнения [7, 23). Уплотнение при различной его влаж¬
ности по данному методу производят трамбованием в три слоя111
Рис. 6.1. Г рафики понижения
трамбуемой поверхности в
зависимости от числа ударов
(/), от каждых двух уда¬
ров (2)с обеспечением 40 ударов груза массой 2,3 кг, сбрасываемого с
высоты 30 см в приборе с объемом кольца около 1000 см3.По результатам стандартного уплотнения строят график
зависимости плотности уплотненного грунта в сухом состоянии
от влажности (рис. 6.2). Зависимость характеризуется тем,
что максимальное значение плотности сухого грунта достига¬
ется при определенной его влажности, называемой оптималь¬
ной, и уплотняемость каждого вида грунта определяется макси¬
мальной плотностью и оптимальной влажностью.112Рис. 6.2. Г рафики зависимости плотности сухого грунта от влажности7 — кривая стандартного уплотнения; 2 — оптимальная ^лажность =
= 0,18; 3 — максимальная плотность	= 1,74 т/м' при *сот = 1\AW — W0= 0.18; 4 — ксот = 0,98 при р</= 1,70 т/м3 и w = 0,169 ... 0,195;
5 ~ ксот = °-95 "Р" #>«#= 1.65 т/м3 и w = 0,153 ... 0,202; 6 - к =
с	= (3.92 при Pd = 1,6 т/м3 и w = 0,145 ... 0,208
Максимальная плотность уплотненного грунта — наибольшее
значение плотности сухого грунта при принятых режимах, мето¬
дах и энергии уплотнения.Оптимальная влажность — влажность, при которой достига¬
ется максимальная плотность уплотненного грунта при наимень¬
шей работе на уплотнение. Величина оптимальной влажности для
глинистых грунтов обычно близка к влажности на границе
раскатывания.Значения максимальной плотности и оптимальной влажно¬
сти для различных видов насыпных грунтов и отходов произ¬
водств изменяются в широких пределах.Уплотнение грунтов производят до определенной степени
плотности (выражаемой через коэффициент уплотнения ксот) г
представляющей собой отношение заданного или фактически
полученного значения плотности уплотненного грунта в сухом
состоянии pd к ее максимальному значению по стандартному
уплотнению pd max, т.е. ксот — pd/pdmax-Каждому значению коэффициента уплотнения соответству¬
ет свой диапазон допускаемого изменения влажности уплотняе¬
мого грунта с крайними значениями влажности по кривой
стандартного уплотнения (см. рис. 6.2) или отношение край¬
них значений влажности w к оптимальной w0, т.е. kw = wfyv0
(табл. 6.1).При уплотнении грунтов у поверхности приложения уплот¬
няющего воздействия достигается максимальная плотность, а
с глубиной и в стороны ее величина снижается. В связи с этим
выделяется зона распространения уплотнения и уплотненная зо¬
на грунта.Таблица 6.1. Приближенные значения диапазона
допускаемого изменения влажности уплотняемых грунтовВид грунтаДиапазон допускаемого изменения влажности
грунта kw при к со,„0,980,950,92Пески крупные,
средние, мелкиеНе ограничиваетсяПески пылеватые0,6 ... 1,350.5 ... 1,450,4 ... 1,6Супеси0,8 ...1,20,75 ... 1,350,65... 1,4СуглинкиОД35 ...1,150,8 ...1,20,7 ... 1,3Глины0,9 ... 1,1ода... 1,150,75... 1,2113
Зона распространения уплотнения представляет собой тол¬
щу грунта h'com от уплотненной поверхности до глубины, на ко¬
торой плотность грунта не менее чем на 0,02 т/м2 больше по
сравнению со значением ее до уплотнения.За уплотненную зону hcom принимают толщу грунта, в пре¬
делах которой плотность сухого грунта не ниже заданного или
допустимого минимального значения.При уплотнении грунтов происходят не только повышение
степени плотности, но и понижение уплотненной поверхности
(см. рис. 6.1), которое представляет собой разность ее отметок
до и после уплотнения, определяется по результатам опытных
работ или вычисляется по формуле~~ И ”” Pd/Pdcom ^ ^сот тсот/	(6.1)где Pd — среднее значение плотности сухого грунта до уплотнения;
Pdcom “ то же» в пределах зоны распространения уплотнения hcom;
тсот ~ коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта в сто¬
роны и выпор его и равный 1,2.6.2.	НЕОБХОДИМАЯ СТЕПЕНЬ УПЛОТНЕНИЯ
НАСЫПНЫХ ГРУНТОВНеобходимую степень уплотнения насыпных грунтов уста¬
навливают в зависимости от следующих параметров: назначения
уплотненных грунтов и нагрузок на них от фундаментов и
других конструкций; изменения температурно-влажностного
режима уплотненного грунта; диапазона изменения природной
влажности уплотняемых грунтов; технологических схем про¬
изводства работ по отсыпке уплотненного грунта и грунто¬
уплотняющего оборудования; климатических условий произ¬
водства работ; производственных возможностей строительных
организаций и других факторов.При использовании уплотненных насыпных грунтов в ка¬
честве оснований фундаментов зданий и сооружений, техноло¬
гического оборудования с увеличением нагрузок на них, сниже¬
нием величин допустимых осадок требуется повышать степень
уплотнения грунтов до *сот = 0,95 ... 0,98.Изменение температурно-влажностного режима, связанного
с периодическим промерзанием и оттаиванием грунта, а также
его замачиванием может привести к разуплотнению грунта. В
подобных случаях степень уплотнения грунтов следует повы¬
шать и принимать ее в зависимости от нагрузки на уплотненные
грунты не ниже ксот = 0,95 ... 0,98.114
Как отмечалось ранее, каждому значению коэффициента
уплотнения соответствует определенный диапазон изменения
влажности грунта; достижение максимальной плотности воз¬
можно лишь при оптимальной влажности уплотненного грунта. В
соответствии с этим, а также учитывая неизбежное повышение
влажности за счет атмосферных осадков для получения высокой
степени уплотнения могут быть использованы только грунты,
имеющие природную влажность не выше влажности на границе
раскатывания. Если влажность значительно ниже оптимальной,
вполне возможно доувлажыение их до необходимого значения.
При уплотнении грунтов, имеющих влажность выше оптималь¬
ной, максимальную плотность сухого грунта определяют по его
природной влажности по формуле (6.1).Условия производства работ, технологические схемы,
грунтоуплотняющее оборудование также оказывают сущест-Рис. 6.3. Зависимости сцепления с (/) и угла внутреннего трения \р
(2) от плотности сухого грунта (р^) и коэффициента уплотнения
(*сот) грунта (а); модуля деформации (3) от плотности сухого
грунта (Pd) и коэффициента уплотнения \ксот) грунта115
венное влияние на качество уплотнения грунтов. Максимальную
степень уплотнения грунтов сравнительно легко получить при
следующих условиях: при выполнении работ на свободных
территориях, на которых возможно маневрирование механиз¬
мов; в благоприятное время, когда исключено промерзание
грунта, чрезмерное его высыхание или переувлажнение атмо¬
сферными осадками; при уплотнении грунтов укаткой тяже¬
лыми катками на пневмоколесном ходу, трамбованием;
наличии достаточного количества грунтоуплотняющего обору¬
дования, опыта проведения данного вида работ и т.п. Для опре¬
деления степени уплотнения грунтов с учетом этих и многих
других факторов выполняют комплекс лабораторных исследо¬
ваний по: уплотнению грунтов (стандартное уплотнение); опре¬
делению прочностных и деформационных характеристик.По результатам стандартного уплотнения строят графики
зависимости плотности грунта от влажности (см. рис. 6.2), по
которым определяют максимальную плотность Pd max* опти¬
мальную влажность wQ, а также значения плотности сухого
грунта, соответствующие различным коэффициентам уплот¬
нения и диапазонам изменения влажности.По данным сдвиговых и компрессионных испытаний, для
уплотненных до различной степени плотности грунтов строят гра¬
фики зависимости сцепления угла внутреннего трения и модуля
деформации от плотности в сухом состоянии или коэффициента
уплотнения грунтов (рис. 6.3), по которым назначают требуе¬
мую степень уплотнения грунтов.В случае отсутствия данных таких исследований необхо¬
димые значения степени уплотнений грунтов в зависимости от
назначения обратной засыпки принимают следующими:Использование в качестве оснований фундаментов
конструкции, тяжелого технологического оборудо¬
вания, а также полов с нагрузкой более 0,15 МПа . .	0,98 ... 0,95
То же, среднего оборудования, внутренних конст¬
рукций зданий, полов с нагрузкой 0,05 ... 0,15 МПа 0,95 ... 0,92
То же, легкого оборудования, полов с нагрузкойменее 0,05 МПа, отмостки у зданий		0,92 ... 0,9Незестраиваемые учестки		0,90 ... 0,88При изменении температурно-влажностного режима уплот¬
ненных грунтов за счет их периодического промерзания и от¬
таивания эти значения целесообразно повышать на 0,01 ... 0,02.Заданные значения степени уплотнения насыпных грунтов
в дальнейшем уточняют при выполнении опытных работ.116
6.3. ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ ПО УПЛОТНЕНИЮ ГРУНТОВОпытные работы по уплотнению грунтов выполняют перед
производством основных работ с целью уточнения следующих
величин:максимальной плотности грунтов, достигаемой исполь¬
зуемыми грунтоуплотняющими механизмами;оптимальной влажности;толщины уплотняемых слоев при заданном режиме уплотне¬
ния;необходимого числа ударов или проходов грунтоуплотняю¬
щего механизма;расстояния между скважинами (сваями) при глубинном
уплотнении и других параметров.Опытное уплотнение производят для наиболее характерных
видов уплотняемых грунтов всеми применяемыми для уплот¬
нения механизмами.Опытное уплотнение рекомендуется осуществлять на отдель¬
ных участках, расположенных в пределах или в непосредствен¬
ной близости от территории проведения основного объема работ.Толщину отсыпаемого слоя грунта на каждом участке при
поверхностном уплотнении принимают на 20 ... 30 % больше
рекомендуемой.Уплотнение производят, как правило, при двух-трех значе¬
ниях влажносто грунтов на границе раскатывания равных ivp,
0,8ivp, 1*2iVp.При использовании грунтов повышенной или пониженной
влажности опытные работы проводят на грунтах с максималь¬
ной и минимальной влажностью.После выполнения работ по опытному уплотнению на каждом
участке с учетом изменения влажности грунтов, число проходов
машин (ударов трамбовки) путем отрывки шурфов или уст¬
ройства радиометрических скважин определяют плотность
и влажность уплотненных грунтов. Эти величины определяют
с двухкратной повторностью при уплотнении грунтов тяжелы¬
ми трамбовками и трамбующими машинами через 25 ... 50 см
по глубине, укаткой и вибрационными машинами — через
10 ... 25 см, глубинным уплотнением — через 0,5 ... 1 м, но не
менее чем на трех горизонтах для каждого слоя.Опытное уплотнение укаткой и трамбующими машинами
выполняют на площадке, которую разбивают на три участка
(рис. 6.4), шириной не менее длины I грунтоуплотняющего меха¬
низма и длиной не менее трехкратной ширины грунтоуплотняю¬
щего механизма Ь. Кроме того, размеры площадки выбирают117
с учетом движения и разворота грунтоуплотняющих меха¬
низмов. На каждом участке отсыпают грунты с тремя значе¬
ниями влажности, равными Ofiwp, wp, 1f2wp.Опытное уплотнение грунтов укаткой производят при
6, 9 и 12 проходах по одному следу, а грунтоуплотняющими
машинами типа Д>>12 (Д-471) и другими при одном, двух и
трех проходах. После уплотнения на каждом участке и захватке
проходят по одному шурфу или радиометрической скважине
для определения плотности и влажности грунтов. Глубину
шурфов или скважин назначают не менее 1,2 глубины уплотне¬
ния.На основании данных (плотности и влажности грунтов по
отдельным участкам и захваткам) строят графики распределе¬
ния плотности сухого грунта по глубине для принятого числа
проходов и для каждой влажности грунта (рис. 6.5). По графи¬
кам (при различных влажностях грунтов) устанавливают необ¬
ходимое количество проходов уплотняющей машины и макси¬
мальную толщину уплотняемого слоя для заданной степени
плотности, значение оптимальной влажности уплотняемых грун¬
тов. Так, например, по данным опытного уплотнения грунтов
укаткой при требуемой плотности сухого грунта не менее
16,5 т/м3 максимальная глубина уплотнения при 12 проходах
пневмокатка массой 40 т составляет 0,8 м, а оптимальная в лаж-118Рис. 6.4. Схема опытного уплотнения укаткой (стрелками пока¬
заны основные направления движения механизма)1 — захватка с 6 проходами; 2 и 3 — то же, соответственно с
9 и 12 проходами; 4, 5 и 6 — участки отсыпки грунта с влаж¬
ностью, соответственно равной 0,8 Wp. wpHl,2iVp; 7 — шурфы
или радиометрические скважины для определения плотности
и влажности уплотненных грунтов; 1 и b — соответственно
длина и ширина грунтоуплотняющего механизма
119ность равняется w0 = iVp, при 6 и 9 проходах глубина уплотне¬
ния соответственно уменьшается до 0,52 и 0,67 (см. рис. 6.5).Опытное уплотнение тяжелыми трамбовками выполняют
на двух-трех участках длиной не менее 3d, шириной 2d (d — диа¬
метр трамбовки) (рис. 6.6). На каждый участок отсыпают слой
грунта толщиной не менее 2,2d в рыхлом состоянии.Трамбование грунтов на опытном участке производят с
перекрытием следов трамбовки не менее 0,25 d и с замером по¬
нижения трамбуемой поверхности по металлическим штырям,
забитым по центру каждого следа, нивелированием после каж¬
дых двух ударов трамбовки. Уплотнение производят до тех пор,
пока понижение трамбуемой поверхности за каждые два удара
не достигнет постоянной величины, называемой отказом.По данным опытного трамбования, по каждому участку
с различной влажностью грунтов строят графики понижения
трамбуемой поверхности для суммарного числа ударов и для
каждых последующих двух ударов по аналогии с рис. 6.1. По
графикам устанавливают величину понижения трамбуемой по¬
верхности и минимально необходимое число ударов трамбовки,
соответствующее моменту наступления отказа.После завершения трамбования на уплотненной площадке,
а также за ее пределами проходят шурфы или радиометрические
скважины глубиной не менее двух диаметров трамбовки, в
которых производят определение плотности и влажности уплот¬
ненных грунтов. По полученным результатам для каждого
участка строят графики изменения плотности сухого грунта по
глубине (см. рис. 6.1), на основании которых по минималь¬
но допустимым и достигнутым значениям плотности грунта
определяют глубину уплотнения.Рис. 6.5. Г рафики изменения
плотности уплотненного грунта
при оптимальной влажности
/, 2, 3 — соответственно при6, 9 и 12 проходах пневмокатка
Рис. 6.6. Схема опытного
уплотнения тяжелыми трам¬
бовками/, 2 и 3 — участки отсыпки
грунта с влажностью 0,8 ivp,
и1,2и^р; 4 - следы ударов
трамбовки; 5 — точки ниве¬
лировки (штыри); 6 — шур¬
фы или радиометрические
скважины для определения
P(j и WОпытное уплотнение грунтовыми, песчаными сваями, глу¬
бинными вибраторами выполняют с целью уточнения расстоя¬
ния между скважинами для обеспечения проектной средней сте¬
пени плотности уплотняемого насыпного грунта; фактического
расхода грунта для засыпки скважин; значения минимально
допустимой степени плотности грунта в уплотненном массиве
при заданном среднем ее значении. Площадку для опытного
уплотнения выбирают в местах максимально приближенных к
условиям реального применения.Опытные работы по глубинному уплотнению производят
одиночной грунтовой (песчаной) сваей или одним погруже¬
нием глубинного вибратора на глубину не менее 15 диаметров
уплотняющего снаряда. Вначале пробивают скважину на необ¬
ходимую глубину. Затем ее засыпают грунтом слоями высотой
не более 2,5с/ (d — диаметр наконечника). Каждый засыпанный
в скважину слой уплотняется тем же ударным снарядом до пол¬
ного отказа. После завершения уплотнения по оси грунтовой
сваи отрывают контрольный шурф на глубину не менее 10
диаметров снаряда. Отбор проб для проверки степени плотно¬
сти производят на двух и трех горизонтах, начиная с глубины
не менее шести диаметров снаряда. Точки отбора проб разме¬
щают через 20 ... 50 см на расстояние не менее двух диаметров
снаряда от центра (рис. 6.7): При использовании глубинного
радиоизотопного контроля точки контроля размещают по схеме
(см. рис. 6.7), замеры выполняют не менее чем на трех горизон¬
тах, соответствующих глубинам от 6 до 15 диаметров ударного
снаряда.Степень плотности по результатам ее определения принима¬
ют как среднее из полученных значений для каждой контроль¬
ной точки по вертикали. По данным выполненных определений
строят график изменения плотности грунта в уплотненной зоне
(рис. 6.8) и в соответствии с требуемой средней плотностью120
Рис. 6.7. Схема расположения шурфа (2) у грунтовой
сваи (/) с места отбора проб для определения плотности
сухого грунта и влажности уплотненного грунта (3)Рис. 6.8. Г рафик изменения
плотности грунта в сторону
от грунтовой сваиопределяют минимально. допустимое значение Pdm\n грунта в
уплотненном массиве по формуле:Pdm in ~ ^ Pdm - Pd max*<6.2)гДе Pd max ” достигнутая максимальная плотность сухого грунта в точке,
расположенной у грунтовой сваи.На основании минимального значения pdm jn (рис. 6.8)
определяют максимально допустимое расстояние между двумя
смежными скважинами, для чего на графике отмечают мини¬
мальное значение Pdm\n и соответствующее ему расстояние
f. Расстояние между осями скважин I при линейном их располо¬
жении определяют по формуле1 = 21' + d, (6.3)где d — диаметр наконечника снаряда.При многорядном расположении скважин полученные рас¬
стояния для линейного расположения умножаются на 0,8.121
6.4. УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ УКАТКОЙУплотнение укаткой применяют для всех видов насыпных
песчаных, глинистых, крупнообломочных грунтов и аналогич¬
ных им отходов производств на свободных участках и при боль-
шом фронте работ. Укатку грунтов в основном используют
для послойного уплотнения при возведении грунтовых, песча¬
ных. шлаковых и других подушек, планировочных насыпей,
земляных сооружений различного назначения, подсыпок и под¬
готовке оснований под полы и т.п.Эффективность уплотнения грунтов укаткой определяют,
в основном, их влажностью, типами применяемых механизмов.
Наибольшую эффективность уплотнения достигают в крупно¬
обломочных грунтах и аналогичных им отходах производств,
а в глинистых и песчаных грунтах при их оптимальной влаж¬
ности.По условиям проходимости машин уплотнение насыпных
глинистых грунтов допускается производить при влажности
wg < wp + /г/р, к — коэффициент, равный при: /р < 0,08, к =
= 0,6; /р > 0,17, к = 0,3, а для остальных значений /р по интер¬
поляции.Уплотнение грунтов укаткой осуществляют самоходными,
прицепными катками на пневмоколесном ходу, гружеными
скреперами, автомашинами, тракторами, виброкатками
(табл. 6.3).По характеру работы и маневренности к колесным грунто¬
уплотняющим механизмам можно отнести самоходные трам¬
бующие машины Д-471 на базе гусеничного трактора Т-100 и
ДУ-12А, ДУ-12Б на базе трактора Т-130. Трамбующая машина
Д-471 оборудована двумя свободно падающими с высоты 1,1 м
плитами размером 1,1^0,9 и массой 1,3 т. Уплотнение ведется
при непрерывном движении машин, причем по каждому следу
в зависимости от скорости движения производится по 6...30
ударов трамбующей плиты.Для уплотнения песчаных и глинистых грунтов укаткой не
рекомендуется применять катки с гладкими вальцами, а также
кулачковые катки, так как при заполнении пространства между
кулачками и грунтом достигаемая ими глубина обычно не пре¬
вышает 0,2... 0,4 м.Тип грунтоуплотняющего оборудования выбирают с учетом
его производительности, эффективности работы, маневренности
и других факторов. При применении тяжелых катков, груженых
автомашин для предварительной подкатки грунтов целесообраз-122
Т а 6 л и ц а 6.3. Основные параметры уплотнения грунтов
различными грунтоуплотняющими машинамиТипы механизмовГлубина уплотне¬
ния грунтов,мОриентировочное число про¬
ходов (ударов) ксотпесча¬ныхтини¬стых0 ,980,950,92Пневмокатки мас¬
сой, т:400,70,612106250,50,512106Груженые автомаши¬
ны:БелАЗ0,70,612106КраАЗ0,50,512106МАЗ0,40,412106Трамбующие машины1,21,0322Д-471, ДУ-12
Виброкатки массой, т:
51,032220,7—322Тяжелые трамбовки
массой, т, и диамет¬
ром, м:3,5; 1,42,62,4161264,5; 1,63,02,7161266,0; 2,0-3,63,2161267,5; 2,34,23,81612615,0; 3,06,56.016126Примечание. Значения толщины уплотняемых слоев достигают¬
ся при оптимальной влажности грунтов и соответствуют коэффициенту
уплотнения ксот = 0,95.но использование тракторов и легких катков. Укатку грунтов
гружеными скреперами и автомашинами рекомендуется про¬
изводить в тех случаях, когда доставку грунта осуществляют
по отсыпаемому слою и возможно обеспечить достаточно равно¬
мерное движение транспорта по всей площади отсыпанного слоя.Виброкатки применяют для уплотнения только песчаных и
гравелистых грунтов и аналогичных им отходов производств
(золошлаки, золы, шлаки и т.п.); на глинистых грунтах они не
эффективны.В комплекс работы по уплотнению грунтов укаткой входят
следующие виды работ: подготовка поверхности для отсыпки
грунта, подготовка самого грунта, доставка, отсыпка и раз¬
равнивание грунта, уплотнение грунта, контроль качества уплот¬
нения грунта.123
Подготовка поверхности для отсыпки грунта включает срез¬
ку растительного, заторфованного, переувлажненного, мерзлого
и т.п. слоя грунта, уборку строительного и другого мусора,
планировку поверхности, уплотнение укаткой верхнего разрых¬
ленного слоя и т.п.Уплотнение грунтов укаткой производят, как правило,
при оптимальной или близкой к ней влажности. При низкой
влажности грунтов проводят их увлажнение в отвале, резерве,
карьере или реже на месте укладки водой, расчетное количе-
ство которой определяют по формулеQ =	{kw0 - iv) V,	(6.4)PWгде Pfjcom ~~ средняя плотность уплотненного грунта; pw — плотность
воды, равная 1,0 т/м3; w0 — оптимальная влажность грунта; w — влаж¬
ность грунта в отвале, резерве, карьере; к — коэффициент, учитывающий
влияние климатических условий и принимаемый равным при отсыпке
грунта в дождливое время 0,9, в сухое летнее время — 1,1; V — объем
грунта.Доставку грунта при уплотнении укаткой выполняют обыч¬
но автосамосвалами или скреперами, а разравнивание его —
бульдозерами с обеспечением заданной толщины слоя. При
необходимости доувлажнения грунта на месте отсыпки подачу
воды осуществляют разбрызгиванием в процессе отсыпки и
разравнивания грунта.При использовании тяжелых катков и автомашин для
уплотнения грунта вначале производят подкатку его бульдо¬
зерами или тракторами. Движение грунтоуплотняющих меха¬
низмов организовывают равномерно по всей уплотняемой
площади с минимальным количеством разворотов.При производстве работ в дождливое и жаркое время осо¬
бое внимание обращают на поддержание влажности грунтов,
близкой к оптимальной, а в зимнее время — исключение про¬
мерзания грунта, попадания мерзлых комьев, снега. В большин¬
стве случаев зто достигают повышением интенсивности выпол¬
нения работ, устройством перерывов только после полного вы¬
полнения работ по уплотнению, одновременного производства
работ на трех-четырех участках, на которых последовательно
выполняются отсыпка, разравнивание, укатка грунта и контроль
качества его уплотнения.Качество отсыпки и укатки грунта проверяют определением
толщины отсыпаемого слоя, его влажности и плотности в сухом
состоянии после уплотнения в наиболее характерных пунктах,
располагаемых на каждых 300 ... 600 м2 уплотняемой площади.124
При толщине слоя грунта до 50 см плотность и влажность опре¬
деляют в середине слоя, а при большей — на двух горизонтах,
расположенных на расстоянии 10 ... 15 см выше и ниже слоя.Для контроля качества уплотнения грунтов укаткой исполь¬
зуют методы режущего кольца, парафинирования проб-моноли¬
тов, лунки для крупнообломочных грунтов, радиоактивных изо¬
топов поверхностными приборами, зондирования (для песчаных
грунтов).6.5.	УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ ТЯЖЕЛЫМИ ТРАМБОВКАМИУплотнение грунтов тяжелыми трамбовками осуществляют
свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с вы¬
соты 5 ... 10 м трамбовок диаметром 1,4 ... 3,5 м и массой4	... 20 т (рис. 6.9). Тяжелые трамбовки применяют для уплот¬
нения всех видов насыпных грунтов в их природном залегании,
а также вновь отсыпанных при устройстве грунтовых подушек,
возведении планировочных насыпей, земляных сооружений,
обратных засыпок котлованов и т.п.Эффективность уплотнения грунтов тяжелыми трамбовка¬
ми определяется диаметром, массой, высотой сбрасывания трам¬
бовки, а также степенью плотности, влажности, структурной
прочностью уплотняемых грунтов. С увеличением диаметра, мас¬
сы, высоты сбрасывания трамбовки глубина уплотнения возрас¬
тает. Зависимость глубины уплотнения грунта hcom от диаметра
трамбовки d выражается формулой:"со	(6.5)где кс — коэффициент пропорциональности, равный для слежавшихся
насыпных грунтов: из песков и подобным им отходов производств —
2; из глинистых грунтов — 1JB.Наибольшая эффективность уплотнения тяжелыми трамбов¬
ками по глубине и степени плотности достигается при оптималь¬
ной влажности (на 0,01...0,03 ниже влажности на границе раска¬
тывания) . При повышении степени плотности и структурной
связности эффективность уплотнения снижается и, в частности,
в неслежавшихся насыпных грунтах с низкой прочностью глуби¬
на уплотнения обычно на 20 ... 30 % больше, чем в естественных
грунтах ненарушенной природной структуры.На эффективность и, главным образом, глубину уплотнения
грунтов, в том числе насыпных, существенное влияние оказыва¬
ет ширина уплотняемой площади. Исследования по уплотнению
трамбовкой массой 3,5 т и диаметром 1,4 м насыпных лессо¬
видных суглинков с оптимальной влажностью показали, что125
Рис. 6.9. Схема оборудования для уплотнения
грунтов тяжелыми трамбовками1 -* экскаватор; 2 — трамбовка; 3 - гибкая
вставка; 4 — груз,- 5 — прокладкапри ширине уплотняемого слоя в один след трамбовки глубина
уплотняемого слоя равнялась всего лишь 1,8 м, а при трамбо¬
вании в два-три » пять следов увеличилась соответственно до
2,4; 2,8 и 3,0 м. Отсюда следует, что для достижения максималь¬
ной глубины уплотнение тяжелыми трамбовками должно выпол¬
няться на площади шириной не менее чем в три следа трамбовки.Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками массой до
5—7 т выполняют с помощью оборудованных стрелой-драгляйн
строительных кранов-экскаваторов типа Э-2502 и Э-2505 грузо¬
подъемностью 150 ... 200 кН, а трамбовками массой 10 ... 20 т —
карьерных кранов-экскаваторов Э-2502 и Э-2505 — грузоподъ¬
емностью 600 кН. В целях обеспечения нормальной работы кра¬
на-экскаватора в тяжелом режиме грузоподъемностью крана-
экскаватора должна в 3 ... 4 раза превышать массу трамбовки.
Для обеспечения требуемой высоты сбрасывания в необходимых
случаях стрелу удлиняют с помощью вставки в среднюю часть
дополнительного звена.Трамбовку изготовляют из железобетона; в плане она имеет
форму круга или многоугольника (с числом сторон не менее 8).
Поддон и ее боковые стенки сваривают из листовой стали тол¬
щиной 8 ... 16 мм, а подъемные петли из листовой стали толщи¬
ной 20 ... 40 мм. Массу и диаметр трамбовки назначают с учетом126
того, чтобы удельное статическое давление по подошве трамбов¬
ки составляло при уплотнении песчаных насыпных грунтов
0,01 ... 0,012 МПа, а глинистых грунтов — 0,012 ... 0,015 МПа.Трамбовку подвешивают к рабочему тросу крана-экскавато-
ра с помощью вертлюков промежуточного троса длиной 1 ...
...1,5 м с грузом массой 20 ... 50 кг, обеспечивающих натяжение
рабочего троса и исключающих его преждевременный износ за
счет образования перегибов.Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками выполняется
после планировки поверхности котлована и подкатки ее трак¬
торами или катками при наличии свежеотсыпанных насыпных
грунтов. Котлован должен быть огражден от попадания поверх¬
ностных вод с окружающей территории.Трамбование производят с перекрытием следов (см.
рис. 6.6) отдельными циклами при постоянном поворачивании
стрелы по мере перехода с одного следа на другой. По каждому
следу выполняют по 2 ... 4 удара трамбовки. Переход с одного
цикла на другой осуществляют изменением вылета стрелы или
отъездом крана назад. Такая последовательность сохраняется
до тех пор, пока не будет произведено заданное число ударов
трамбовки по каждому следу.В процессе трамбования необходимо обеспечивать заданные
высоту подъема трамбовки, количество ударов трамбовки по
каждому следу, перекрытие следов трамбовки, при которых
исключается образование бугров и выпора грунта.После окончания трамбования верхний разрыхленный слой
грунта доуплотняют легкими ударами трамбовки, сбрасывая
ее с высоты 0,5 ... 1 м,или укаткой. Если после трамбования от¬
метка основания окажется ниже проектной, производят подсып¬
ку грунта с уплотнением его укаткой.В дождливое и сухое время года работы по уплотнению
тяжелыми трамбовками производят с высокой интенсивностью,
при которой сохраняется влажность уплотняемых грунтов, близ¬
кая к оптимальной, в зимнее время уплотнение выполняют при
талом состоянии грунта и его природной влажности. Для сохра¬
нения грунта в талом состоянии котлован отрывают с учетом
возможной глубины промерзания в течение суток и произ¬
водительности применяемого оборудования.Качество работ по уплотнению грунтов тяжелыми трамбов¬
ками с оптимальной влажностью проверяют по отказу контроль¬
ным трамбованием поверхности ранее уплотненного грунта
с определением величины отказа после двух-трех ударов трам¬
бовки. Пункты контрольного трамбования располагают по127
одному на каждые 100 м3 уплотненной площади. При уплот¬
нении грунтов с влажностью, отличающейся от оптимальной бо¬
лее чем на ±0,02, качество уплотнения* проверяют определением
плотности грунта через 0,25 ... 0,5 м по глубине при толщине
уплотненного слоя до 2 ... 2,5 и 0,5 ... 0,75 м — при большей.
Плотность грунта определяют отрывкой шурфов или проход¬
кой радиометрических скважин на каждые 300 м2 уплотненной
площади.6.6.	ВЫТРАМБОВЫВАНИЕ КОТЛОВАНОВВытрамбовывание котлованов под фундаменты осуществля¬
ют сбрасыванием в одно и то же место с высоты 4 ... 8 м трам¬
бовки массой 1,5 ... Ют, имеющей форму будущего фунда¬
мента. Вытрамбовывание применяют в насыпных глинистых
грунтах и подобных им отходах производств, имеющих число
пластичности /р > 0,03.Вытрамбовывание котлованов производят с помощью
навесного оборудования к крану, экскаватору или трактору,
состоящего из трамбовки, направляющей штанги или рамы и
сбросной каретки. Навесное оборудование навешивается на
кран-экскаватор со стрелой драглайн (рис. 6.10), или, реже,
прямой лопатой либо на трактор. При вытрамбовывании котло¬
ванов шириной в плане до 0,9 ... 0,8 м используют сваебойное
оборудование.Направляющая штанга длиной 6 ... 12 м состоит из трубы
или двух швеллеров или четырех уголков, усиленных вертикаль¬
ным листом, по которому скользит каретка. В верхней части
направляющая штанга имеет специальный шарнир, обеспечиваю¬
щий перемещение ее в двух направлениях и служащий для
навески ее на стрелу драглайн, а в нижней части опорную плиту
с зубьями, которые, погружаясь в грунт, предотвращают гори¬
зонтальное смещение штанги в процессе вытрамбовывания
котлованов.Трамбовку обычно в форме квадрата, прямоугольника,
шестигранника (в плане) изготовляют из металлического листа
толщиной 10 ... 16 мм сваркой отдельных элементов встык
с последующим заполнением бетоном до заданной массы. Свер¬
ху трамбовки располагают крышку из листа толщиной 20 ...
...30 мм с болтами диаметром 30 ... 60 мм, с помощью которых
она крепится к сбросной каретке. Трамбовку навешивают на
рабочий трос крана-экскаватора через специальную вставку из
троса длиной 0,8 ... 1 м, благодаря чему исключается закручи¬
вание рабочего троса и его преждевременный износ. В целях128
снижения тягового усилия на лебедку допускается запасовка
троса через полиспаст.Сбросная каретка коробчатого сечения обычно состоит из
двух швеллеров, усиленных накладками и соединенных с трех
сторон металлическими листами. Каретку надевают на направ¬
ляющую штангу, на которой она удерживается с помощью па¬
зов или полок швеллеров. При использовании сваебойного
агрегата для вытрамбовывания котлованов в качестве трам¬
бовки применяют полый металлический шаблон, сваренный из
листов и закрепляемый болтами на молоте.Эффективность вытрамбовывания котлованов опреде¬
ляют в основном теми же факторами, что и уплотнение грун¬
тов тяжелыми трамбовками.129Рис. 6.10. Конструктивная схема оборудования
для вытрамбовывания котлованов на экскава¬
торе со стрелой драглайн1 — направляющая стойка; 2 — шарнир; 3 —
опорная плита; 4 — зубья; 5 — направляющая
пластина; 6 — трамбовка; 7 — сбросная ка¬
ретка
После вытрамбовывания котлован бетонируют литым бето¬
ном враспор без опалубки или реже устанавливают сборный
бетонный блок, имеющий аналогичную форму и размеры с трам¬
бовкой, который добивают трамбовкой до проектного положе¬
ния.Применяемые в настоящее время различные конструкции
фундаментов в вытрамбованных котлованах подразделяют
(рис. 6.11) в зависимости от:а)	способа повышения несущей способности по грунту
основания на фундаменты: с уплотненной зоной, с уширенным
основанием, с несущим слоем;130Рис. 6.11. Виды фундаментов в вытрамбованных котлованаха — с уплотненной зоной; 6 — с уширенным основанием; в — с несущим
слоем; г, д — с консолями; е — с ростверком; ж — ленточные прерывис¬
тые; з — арочные; 1 — фундамент; 2 — уплотненная зона; 3 — стакан дпя
установки колонны; 4 — втрамбованный жесткий грунтовый материал;
5, 6 — дополнительные котлованы при создании несущего слоя; 7 — кон¬
соли; 8 — дополнительные котлованы под консоли; 9 — ростверк
б)	характера взаимодействия с грунтом основания и взаим¬
ного расположения на фундаменты: отдельно'стоящие, ленточ¬
ные сплошные, ленточные прерывистые, арочные непрерывные,
консольные, с ростверками;в)	метода и технологии вытрамбовывания котлованов на
фудаменты: в уплотненном грунте, в оболочке из глинистого
грунта, в оболочке из щебенисто-глинистого грунта;г)	способа возведения фундаментов: монолитные, сборные;д)	глубины заложения на фундаменты: неглубокого зало¬
жения, у которых отношение высоты фундамента к его ширине
менее 1,5; глубокие, у которых это отношение более 1,5.Фундаменты в вытрамбованных котлованах с уплотнен¬
ной зоной (рис. 6.11, а) выполняют в котлованах, вытрамбован¬
ных трамбовками,' имеющими в плане форму квадрата, прямо¬
угольника или реже шестигранника шириной по низу 0,4 ... 1,6 м,
по верху 0,7 ... 2,0 м. При вытрамбовывании котлованов в на¬
сыпных грунтах с большим количеством крупных включений
целесообразно применять трамбовки с заостренным под углом
90—120° нижним концом, за счет которого обеспечивается более
интенсивное выпирание грунта в стороны и повышение эффек¬
тивности вытрамбовывания котлованов. Уплотненная зона
обычно имеет форму шара или эллипсоида диаметром 2 - 2,5
ширины трамбовки по низу и глубиной от дна котлована 1,5
ширины трамбовки.Фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным
основанием выполняют удлиненными с использованием трамбо¬
вок шестигранной, квадратной, реже круглой формы в плане,
приведенным диаметром по верху 0,6 ... 1,8 м, по низу 0,4 ...
...1,6 м, высотой 1,5 ... 4,5 м с заостренным под углом 60—90°
нижним концом и часто уширением в верхней части
(рис. 6.11, б).Технология устройства фундаментов в вытрамбованных
* котлованах с уширенным основанием включает следующие
циклы (рис. 6.12): а — установка трамбовки по центру будуще¬
го фундамента и вытрамбовывания котлована на заданную
глубину; б — отсыпка в вытрамбованный котлован жесткого
грунтового материала (щебня, гравия, песчано-гравелистой
смеси, шлака и т.п.) отдельными порциями при поднятой вверх
трамбовке; в — втрамбовывание той же трамбовкой каждой
порции жесткого грунтового материала до заданной отметки
дна котлована; г — бетонирование котлована в распор после
установки арматурных каркасов и других закладных частей с
уплотнением свежеуложенного бетона глубинными вибрато¬
рами.131
Фундаменты в вытрамбованных котлованах с несущим сло¬
ем устраивают удлиненными с использованием трамбовок для
вытрамбовывания котлованов под фундаменты с уширенным
основанием (рис. 6.11, б). Несущий слой вокруг фундамен¬
та создают с целью повышения его несущей способности на вер¬
тикальные и горизонтальные нагрузки вытрамбовыванием до¬
полнительных симметрично расположенных в плане относитель¬
но оси двух-трех или реже четырех — шести котлованов. При
передаче на фундаменты горизонтальной нагрузки и момента,
действующих в одном направлении, выполняют два дополни¬
тельных котлована, а при их действиях в двух направлениях,
а также с целью повышения несущей способности на вертикаль¬
ные нагрузки выполняют три и более дополнительных котло¬
ванов.При устройстве фундаментов в вытрамбованных котлова¬
нах с несущим слоем расстояния в осях между отдельными
котлованами принимают равными 1,5 ... 2 приведенного диа¬
метра трамбовки по верху (рис. 6.11, в).Фундаменты в вытрамбованных котлованах с консолями
(рис. 6.11, д) выполняют при необходимости увеличения опор¬
ных площадей под фундаментные балки, самонесущие стены
и другие конструкции, требующие повышенных размеров фун¬
даментов в верхней части. Котлованы под фундаменты с кон¬132Рис. 6.12. Последовательность выполнения работ по устройству фундамен¬
тов в вытрамбованных котлованах с уширенным основаниема — вытрамбовывание котлована; б — засыпка щебня в нижнюю часть
котлована; в — втрамбовывание щебня в дно котлована для создания
уширения; г — бетонирование фундамента; 1 — трамбовка; 2 — направ¬
ляющая стойка; 3 — сбросная каретка; 4 — котлован; 5 — бункер со
щебнем; 6 — щебень; 7 — ушпрение из щебня; 8 — бетон
солями вытрамбовывают удлиненными трамбовками, применяе¬
мыми обычно для устройства фундаментов с уширенным осно¬
ванием либо специальными трамбовками с консолями в верхней
части. В первом случае, после вытрамбовывания котлована на
необходимую глубину вручную отрывают приямки под консо¬
ли с втрамбованием осыпавшегося грунта в дно котлована и
затем втрамбовывают жесткий материал для создания ушире-
ния. Этот прием устройства фундаментов с консолями удобен
тем, что используют обычные трамбовки, а консоли могут быть
выполнены в любом месте различных размеров. При примене¬
нии трамбовок с консолями фундаменты выполняют так же
как и с уширенным основанием.Возможно также устройство консольных фундаментов с
несущим слоем (рис. 6.11, д). В этом случае трамбовкой с кон¬
солями вначале вытрамбовывают дополнительные котлованы
на 0,5 ... 0,8 высоты трамбовки под консолями, которые запол¬
няют жестким грунтовым материалом с уплотнением той же
трамбовкой. Затем вытрамбовывают котлован под фундамент
с таким расчетом, чтобы консоли располагались на ранее вы¬
трамбованных дополнительных котлованах, заполненных жест¬
ким грунтовым материалом. После этого бетонируют фундамент.Фундаменты в вытрамбованных котлованах с ростверками
устраивают под двухветвевые железобетонные и металлические
колонны в местах температурных и температурно-осадочных
швов, под колонны с большими горизонтальными нагрузками
или с вертикальными нагрузками до 2500 ... 4500 кН. Эти фун¬
даменты состоят из двух или четырех фундаментов в вытрамбо¬
ванных котлованах, расположенных на расстоянии в свету
1 ... 1,5 ширины трамбовки один от другого, и от ростверка
(рис. 6.11, е). Фундаменты в вытрамбованных котлованах с
ростверками выполняют двумя способами. Первый способ —
общий котлован под здание отрывают от отметки низа пола.
Вначале вытрамбовывают один котлован, втрамбовывают в
него жесткий грунтовый материал и бетонируют до низа рост¬
верка с установкой вертикальных арматурных выпусков. Затем
аналогичным образом устраивают последующие фундаменты.
После этого грунт между вытрамбованными котлованами выше
забетонированных фундаментов вынимают и в образовавшемся
котловане бетонируют ростверк с армированием, устройством
стаканов под колонны и т.д. Второй способ — котлован отры¬
вают до низа ростверка. Вначале выполняют отдельные фунда¬
менты в вытрамбованных котлованах. Затем по ним устраива¬
ют ростверк в опалубке, после чего выполняют обратную засып¬
ку котлована на высоту ростверка.133
Ленточные прерывистые фундаменты в вытрамбованных
котлованах выполняют вытрамбовыванием близко расположен¬
ных один от другого котлованов с последующим заполнением
их монолитным бетоном враспор без опалубки (рис. 6.11, ж).
Котлованы под ленточные прерывистые фундаменты обычно
вытрамбовывают прямоугольными в плане трамбовками с рас¬
положением длинной стороны вдоль фундамента. Минимальные
и максимальные расстояния между отдельными фундаментами
назначают с учетом возможности вытрамбовывания близко
расположенных котлованов, сохранения стенок от горизонталь¬
ных перемещений в процессе вытрамбовывания, смыкания уп¬
лотненных зон, возникающих при вытрамбовывании близко
расположенных котлованов, а также обеспечения наиболее
простого конструктивного решения по опиранию верхних
конструкций на фундаменты. Обычно выполняют котлованы
неглубокого заложения с минимальной глубиной вытрамбовы¬
вания, при которой завершается формирование уплотненной
зоны с размерами в плане и по глубине, близкими к максималь¬
но возможным.Арочные фундаменты в вытрамбованных котлованах пред¬
ставляют собой комплексную конструкцию, состоящую из
отдельных удлиненных фундаментов с консолями-полуарками,
которые при смыкании образуют сплошной ростверк под стену
(рис. 6.11, з). Вытрамбовывание котлованов под арочные фун¬
даменты производят удлиненной трамбовкой с двумя диамет¬
рально расположенными консолями. Центральная часть трамбов¬
ки обычно имеет те же формы и размеры, что и при вытрамбо¬
вывании котлованов для фундаментов с уширенным основани¬
ем, консоли выполняют шириной по верху 0,4 ... 0,6 м, по ни¬
зу 0,35 ... 0,55 м, высотой у центральной части трамбовки 0,6 ...
... 0,8 м, на концах — 0,3 ... 0,5 м. Общую длину консолей с цент¬
ральной частью трамбовки целесообразно принимать равной2,4	... 3,6 м. Арочные фундаменты выполняются с уширенным
основанием под заглубленной частью. Непрерывный железобе¬
тонный ростверк позволяет широко применять их не только под
крупнопанельные, но и под кирпичные крупноблочные здания, в
том числе в сейсмических районах. В последнем случае железобе¬
тонный ростверк одновременно выполняет роль антисейсмиче¬
ского пояса.Перед началом производства работ по вытрамбовыванию
котлованов обычно выполняют опытные работы в два этапа.
На первом этапе для отработки технологии производства работ
определяется следующее;134
среднее число ударов трамбовки заданной массы, размеров
и оптимальной высоты сбрасывания для вытрамбовывания кот¬
лованов необходимой глубины;для фундаментов с уширенным основанием, с несущим
слоем из жесткого материала количество и объем засыпки жест¬
кого материала, а также необходимое число ударов для втрам¬
бовывания каждой порции засыпки в дно котлована;для ленточных прерывистых фундаментов, фундаментов с
ростверками, с несущим слоем — минимально допустимые рас¬
стояния между двумя соседними котлованами при различной
глубине их вытрамбовании.На втором этапе определяются плотность сухого грунта,
влажность, прочностные характеристики ссот и ч>сот уплотнен¬
ного грунта, размеры уплотненной зоны вокруг вытрамбован¬
ного котлована, а также размеры уширенного основания, при
втрамбовывании в дно котлована жесткого материала. Кроме
этого, в необходимых случаях проводят испытания опытных
фундаментов на вертикальные и горизонтальные нагрузки и
определение модулей деформации уплотненных и неуплотнен¬
ных грунтов штампами.Опытные работы по вытрамбовыванию котлованов произ¬
водят на площадке, расположенной в непосредственной близости
от строящегося объекта; в котловане, отрытом на проектную
глубину, для всех видов и- размеров трамбовок, применяемых
для устройства фундаментов с замером величин понижения дна
котлована после каждых двух ударов трамбовки.После вытрамбовывания опытного котлована по оси его
отрывают шурфы или траншею на глубину не менее 2Ьср ниже
его дна с таким расчетом, чтобы одна из его стенок проходила
через центр котлована. В шурфе определяют форму и размеры
уплотненной зоны, уширенного основания из втрамбованного
материала, а также отбираются монолиты уплотненного грунта
с целью определения его прочностных характеристик и С.Вытрамбование котлованов начинают с установки трамбов¬
ки по центру и осям будущего фундамента и производят после¬
довательным сбрасыванием трамбовки по направляющей штанге
с высоты 3 ... 8 м. При этом высоту сбрасывания трамбовки
назначают из расчета, чтобь*1 величина погружении трамбовки за
1 удар не превышала 0,15 глубины котлована, исключалось
засасывание трамбовки, обеспечивалась сохранность стенок
котлована и т.п.Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована про¬
изводят, как правило, сразу же после его вытрамбовывания без
изменения положения механизма и направляющей штанги.135
Засыпку и втрамбовывание жесткого материала в вытрам¬
бованный котлован производят отдельными порциями из расче¬
та заполнения котлована на 0,6 ... 1,2 м по высоте и выполняют
при поднятой трамбовке мерными емкостями (например, ков¬
шом автопогрузчика) . Каждая порция материала засыпается
после втрамбовывания предыдущей порции до проектной глуби¬
ны котлована, или отметки, указанной в проекте. Втрамбовы¬
вание продолжается до тех пор, пока не будет погружен в грунт
заданный в проекте объем жесткого материала. Втрамбовывание
последней порции материала допускается прекратить не доходя
до проектной отметки, если после 12 ударов трамбовки пониже¬
ние трамбуемой поверхности за 1 удар не более 3 ... 4 см.Смещение центров вытрамбованных котлованов от проект¬
ного положения не должно превышать 0,1 ширины по верху,
а при наличии станка для установки колонны 0,05. При невыпол¬
нении этих условий перед сдачей котлованов производят соот¬
ветствующую подрезку боковых стенок котлована вручную
с удалением или доуплотнением осыпавшегося грунта на дно
котлована.Вытрамбовывание котлованов в водонасыщенных глинис¬
тых грунтах осуществляют через подсыпку толщиной 0,3 ... 0,4
глубины котлована, отсыпаемую из глинистого грунта оптималь¬
ной влажности. В качестве подсыпки может быть использован
верхний слой глинистого маловлажного грунта, залегающий вы¬
ше уровня подземных вод и зоны капиллярного подъема воды.
В процессе вытрамбовывания котлованов по стенкам котлована
образуется оболочка из маловлажного глинистого грунта, кото¬
рая обеспечивает заданную форму котлована, устойчивость его
стенок, а также исключает налипание переувлажненного грунта
на трамбовку и поступление подземной воды в котлован.Вытрамбовывание котлованов в мелких и пылеватых пес¬
чаных грунтах выполняют через подсыпку из слоя щебня и гли¬
нистого грунта оптимальной влажности. В процессе вытрамбовы¬
вания происходит вдавливание щебня в глинистый грунт и на
стенках вытрамбованного котлована образуется щебенисто¬
глинистая оболочка, обеспечивающая устойчивость стенок кот¬
лована. В необходимых случаях щебень и глинистый грунт
дополнительно отсыпают в котлован в процессе его вытрам¬
бовывания.6.7.	ГЛУБИННОЕ УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВЫМИ СВАЯМИГлубинное уплотнение грунтов грунтовыми сваями заклю¬
чается в том, что в уплотняемом массиве насыпного грунта136
Рис. 6.13. План расположения
грунтовых свай (а) и разрез
уплотненного массива (б)1 — грунтовые сваи; 2 — уплот¬
ненные зоны вокруг свайустраивают пробивкой ударным снарядом скважины с вытес¬
нением грунта в стороны и созданием вокруг их уплотненных
зон (рис. 6.13). Скважины затем засыпаются местным глини¬
стым, песчаным, щебенистым грунтом, шлаком и т.п. с послой¬
ным уплотнением тем же снарядом. Заполненные грунтом сква¬
жины условно называют грунтовыми сваями. При расположении
скважин на определенных расстояниях I = 2,5 ... bd получают
массив уплотненного грунта с повышенными прочностными ха¬
рактеристиками и более низкой сжимаемостью. За счет частич¬
ного выпора грунта при пробивке скважин верхняя часть уплот¬
ненного массива (буферный слой), разуплотняется и перед за¬
кладкой фундаментов его снимают или доуплотняют тяжелыми
трамбовками.Глубинное уплотнение грунтовыми сваями применяют в
насыпных глинистых грунтах при степени влажности их 0,4 ...
-. 0,7. При более низкой влажности грунт до н»ала уплотнения
Доувлажняется до оптимальной влажности [см. формулу (6,4) ].Для пробивки скважин и уплотнения засыпаемого в них
гРунта в основном применяются станки ударно-канатного бу¬137
рения БС-1М или навесное оборудование к крану-экскаватору.
Станки БС-1М имеют штангу — ударный снаряд массой 2,8 ...
... 3,2 т с наконечником диаметром 325—425 мм и обеспечивают
44 ... 52 удара в минуту с высоты 0,9 ... 1,1 м, при которых воз¬
можна пробивка скважин диаметром 0,5 ... 0,55 м и создание
уплотненной зоны радиусом 0,7 ... 0,9 м.Навесное оборудование к крану-экскаватору для пробивки
скважин, близкое по конструкции к приведенному на рис. 6.10,
включает направляющую штангу и пробивной снаряд в виде
штанги с наконечником диаметром 0,5... 0,8 м, массой 3,0... 5,5 т,
сбрасываемый с высоты 4 ... 10 м. При диаметре наконечника
0,5 ... 0,8 м обеспечивается пробивка скважин диаметром 0,7 ...
... 1 м и создание уплотненной зоны радиусом 1,2 ... 1,8 м.В 40—60-е годы для глубинного уплотнения просадочных
лессовых грунтов широко применялась энергия взрывов. По
этой технологии вначале пробивают скважины-шпуры диамет¬
ром 80 ... 85 мм на проектную глубину уплотнения. Затем
в них опускается рассредоточенный заряд взрывчатого мало¬
бризантного вещества, состоящий из пяти отдельных патронов
массой 50 г и диаметром 40 ... 45 мм на 1 м для супесей с чис¬
лом пластичности //_ < 0,05, 10 шт. для глин при /*. > 0,17,
а для суглинков при изменении от 0,05 до 0,17 по интерполя¬
ции. Между собой патроны соединяются детонирующим! шну¬
ром. В результате одновременного взрыва цепочки зарядов,
опущенной в скважину-шпур, происходило расширение ее до
среднего диаметра 40 ... 45 см. Энергия взрыва позволила полу¬
чить зону уплотнения радиусом до 45 ... 55 см и принять рас¬
стояние между осями скважин 80 ... 100 см.Технология производства работ по глубинному уплотнению
энергией взрывов включает: подготовку котлована для уплот¬
нения; пробивку скважин-шпуров, изготовление патронов,
опускание заряда в скважину и их взрыв; набивку скважин
грунтов с послойным уплотнением. При низкой влажности грун¬
тов производят доувлажнение их до оптимальной влажности
заливкой расчетного количества воды через пробитые скважины-
шпуры.Проходка скважин-шпуров выполнялась забивкой буровых
штанг с наконечниками от краев котлована к центру через одну.
Пропущенные скважины-шпуры выполняют после расширения
взрывом ранее пройденных скважин и набивки их грунтом с
уплотнением.Необходимая масса В В и число патронов в пределах каждо¬
го литологического слоя грунта определялись на основе опыт¬
ных взрывов.138
Полученные взрывом скважины заполняли ^местным лессо¬
вым грунтом слоями высотой 0,6 ... 1 м с уплотнением каждого
слоя трамбовкой диаметром 300 мм и массой 0,35 ... 0,45 т до
плотности pd> 1,7 т/м3.Производство работ по глубинному уплотнению грунтовы¬
ми сваями пробивкой скважин включает: подготовку котлова¬
на для уплотнения, пробивку скважин, заполнение скважин
грунтовым материалом и пооперационный контроль качества
выполненных работ.Котлованы для глубинного уплотнения грунтовыми свая¬
ми отрывают по всей площади здания или отдельными участка¬
ми с учетом последующего снятия или доуплотнения буферного
слоя. При этом во всех случаях должен полностью срезаться
почвенно-растительный слой грунта, содержащий более 0,05
органических остатков.Пробивку скважин осуществляют при вертикальном поло¬
жении мачты и, как правило, при природной влажности грунтов.
При влажности грунтов значительно ниже оптимальной пробив¬
ку скважин выполняют с подливкой воды, необходимое коли¬
чество которой подбирается опытным путем. При переувлаж¬
нении грунтов (£г > 0,6) для проходки скважин применяют
ударный снаряд с наконечником меньшего диаметра с соответ¬
ствующим уменьшением расстояния между скважинами. В
случаях, когда переувлажненный грунт залегает линзами непо¬
средственно с поверхности производят замену его грунтом оп¬
тимальной влажности и пробивку скважин ведут через вновь
отсыпанный слой. При этом перед устройством фундаментов
верхнюю часть уплотненного грунта доуплотняют трамбовками
на глубину не менее 2 м.Пробивку скважин выполняют через одну. Пропущенные
скважины пробивают после полного заполнения предыдущих
грунтовым материалом. Обычно при глубинном уплотнении
станки ударно-канатного бурения работают попарно с таким
расчетом, что один станок пробивает скважины, а другой —
уплотняет засыпаемый в них грунтовый материал.При необходимости повышения прочности в нижней части
уплотненного массива и создания под ним более прочного осно¬
вания повышенной несущей способности в дно пробитой сква¬
жины втрамбовывают жесткий грунтовый материал (шлак,
щебень, гравий, песчано-гравийная смесь, крупный песок и т.п.)
Для создания основания повышенной прочности, который отсы¬
пают отдельными слоями толщиной 0,8 ... 1,2 d и втрамбовыва¬
ют до отказа, т.е. когда понижение дна скважины за 25 ударов
не превышает 2 см. В нижнюю часть уплотненного массива жест¬139
кий грунтовый материал отсыпают слоями толщиной 1,5 ... 2d
и уплотняют25 ...30 ударами трамбовки, т.е. в течение 30 с.Засыпку верхней части скважин, а также по всей их глуби¬
не в случае применения обычного глубинного уплотнения выпол¬
няют местным глинистым грунтом с влажностью, близкой к
оптимальной. Отклонение влажности засыпаемого в скважины
глинистого грунта от оптимальной допускается не более чем на
+0,02 и —0,06. Для засыпки грунтового материала в скважины
обычно используют малогабаритные бульдозеры, оборудован¬
ные специальными совками-дозаторами с таким расчетом, что¬
бы вместимость их составила 0,25 ... 0,3 м3. Грунтовый матери¬
ал в скважины засыпают при поднятом ударном снаряде.В процессе производства работ по глубинному уплотнению
грунтовыми сваями осуществляют пооперационный контроль
за качеством выполненных работ. При контроле качества работ
по пробивке проверяют диаметр и глубину скважины и расстоя¬
ние между ними по верху, вертикальность проходки скважин.
В том случае, если расстояния превышают заданные в проекте
более чем на 20 ... 25 %, проходят дополнительные скважины
наконечником меньшего диаметра —210...250 мм. - При набивке
скважин грунтовым материалом контролируют объем грунта
в каждом отсыпаемом слое,, число засыпок грунта ковшом-
дозатором, влажность отсыпаемого грунта, однородность его
состава на основе визуального осмотра, число ударов трамбую¬
щего снаряда для уплотнения каждого слоя грунта в период
трамбования, которое должно быть не менее 30 с. В необходи¬
мых случаях после завершения работ определяют плотность и
влажность уплотненного грунта проходкой шурфов или радио¬
метрических скважин.6.8.	ГЛУБИННОЕ УПЛОТНЕНИЕ ПЕСЧАНЫМИ СВАЯМИГлубинное уплотнение водонасыщенных песчаных и глинис¬
тых насыпных грунтов песчаными сваями осуществляют погру¬
жением, вибрацией или забивкой в грунт металлической трубы
с закрытым концом. Вокруг трубы образуется зона уплотнен¬
ного грунта при смещении грунта из места образования сваи в
стороны. В дальнейшем трубу заполняют песчаным грунтом и
извлекают. Как показали исследования, при забивке трубы диа¬
метром 40 ... 50 см вокруг нее образуется зона уплотненного
грунта на расстоянии до одного метра от центра трубы. Песчаные
сваи отличаются от грунтовых свай тем, что они одновременно
являются вертикальными дренами, в которые дренирует поро-
вая вода.140
Производство работ по глубинному уплотнению насыпных
водонасыщенных грунтов песчаными сваями осуществляется
следующим образом. На площадке, где необходимо устроить
песчаные сваи, отсыпают с уплотнением песчаную подушку тол¬
щиной не менее 50 см для того, чтобы по площадке могли пере¬
мещаться механизмы. Обычно песчаные сваи устраивают с по¬
мощью башенных копров для устройства набивных бетонных
свай (рис. 6.14). В грунт погружают пустотелую металлическую
трубу диаметром 420 ... 600 мм при толщине стенок трубы15	... 24 мм. Длину трубы принимают в зависимости от длины
свай. В нижней части трубы устраивают самораскрывающийся
башмак (реже железобетонный башмак), который оставляется
в грунте. Самораскрывающийся башмак представляет собой141Рис. 6.14. Схема копровой установки для глубин¬
ного уплотнения песчаными сваями1 — труба; 2 — раскрывающийся башмак; 3 —
металлическое кольцо; 4 — воронка; 5 — вибра¬
тор с мотором
металлический конус, разрезанный в вертикальном направлении
на четыре створки. Каждую створку прикрепляют шарниром
к нижнему концу металлической трубы. До начала погружения
трубы все створки конуса соединяют и, чтобы не произошло
раскрытия створок при погружении, снизу надевают металличе¬
ское кольцо. В верхней части трубы имеется отверстие, обору¬
дованное воронкой для засыпки песка в трубу. Сверху трубы
устанавливают вибратор, вибромолот или молот двойного дей¬
ствия.Производство работ по глубинному уплотнению песчаными
сваями состоит из следующих операций. Вначале металлическую
трубу с закрытым наконечником погружают при помощи вибра¬
тора, вибромолота или молота двойного действия на заданную
глубину. Затем через боковое отверстие в верхней части трубы
засыпают песок отдельными порциями так, чтобы заполнить
трубу на высоту 3 ... 4 м. После этого включают вибратор или
молот, и труба начинает подниматься. Под действием вибрации
или ударов молота двойного действия кольцо, надетое на само-
раскрывающийся башмак, спадает с конуса, створки конуса
раскрываются и труба поднимается на высоту 2 ... 3 м. В сква¬
жине остается столб песка.При устройстве песчаных свай необходимо тщательно уплот¬
нить песок в самой свае. Наиболее часто песок в теле песчаной
сваи уплотняют по методу "свая в сваю", т.е. после того, как
труба будет извлечена из грунта, и образовавшаяся скважина
будет заполнена песком, труба снова погружается в тело уже
устроенной сваи. Обычно считается удовлетворительным, если
при повторном погружении трубы ее удается погрузить до глу¬
бины 0,8 длины песчаной сваи. Затем в трубу снова засыпают
песок порциями и трубу извлекают из грунта. При этом методе
устройства песчаных свай слабые водонасыщенные глинистые
грунты дополнительно уплотняют, так как диаметр песчаных
свай увеличивается на 25 ... 40 %. Кроме того, гарантируется
непрерывность песчаных свай по всей длине. Над песчаными сва¬
ями устраивают песчаную подушку даже в том случае, если
она не потребовалась для производства работ. Обычно при уст¬
ройстве песчаных свай, когда забивают трубу с закрытым кон¬
цом, из соседней, уже изготовленной песчаной сваи часто фонта¬
нирует вода. Песок для заполнения песчаных свай должен быть
средним или крупным. Содержание пылеватых и глинистых
частиц в песке не должно превышать 10 %, а глинистых частиц —
не более 3 %. Сваи устраивают от периметра к центру. При
большом числе песчаных свай их устраивают рядами, т.е. перво¬142
начально устраивают нечетные (1, 3, 5 и так далее), а затем
четные ряды (2, 4, 6 и так далее) .В зимних условиях необходи¬
мо принимать меры, чтобы исключить смерзание песка в от¬
дельные комья.Уплотнение насыпных грунтов песчаными сваями обычно
применяется под всем 'зданием. Крайние сваи располагают за
пределами крайних осей фундаментов на расстоянии 0,2 ... 0,3
ширины фундамента. Площадь уплотняемого основания прини¬
мают равной площади, оконтуренной песчаными сваями.В целях повышения модуля деформации уплотненного грун¬
та вместо песка целесообразно применять щебень или каменный
материал с уплотнением его специальным трамбующим снаря¬
дом. Такие сваи широко применяют за рубежом и называют
балластными сваями или вертикальными армирующими элемен¬
тами, а самоуплотнение — балластными сваями или армировани¬
ем каменными столбами.6.9.	ГИДРОВИБРОУПЛОТНЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВГлубинное гидровиброуплотнение применяют для песчаных
грунтов, состоящих из мелких, средних и крупных песков. Оно
достигается за счет предварительного разжижения песков размы¬
вом и последующего их уплотнения под действием сил тяжести
или вибрации.Для уплотнения больших толщ рыхлых песков и насыпных
грунтов из сыпучих материалов в основном применяются гидро¬
вибраторы типа С-629, В-76, В-97. Гидровибраторы состоят из
собственно вибратора, который шарнирно с помощью резиновой
муфты для предохранения вспомогательных частей от колеба¬
ний вибратора прикрепляется к корпусу, и трубок с соплами,
находящимися в нижней и верхней частях корпуса вибратора.
Сопла служат для подачи воды в грунт при погружении гидро¬
вибратора и его извлечении. Гидровиброуплотнение выполняют
установками, состоящими из гидровибратора, подвешенного
к крану или экскаватору, насоса для подачи воды под давлением
через шланги к гидровибратору. Технология уплотнения насып¬
ных грунтов гидровибраторами состоит в следующем.Гидровибратор устанавливают в вертикальном положении
над местом погружения, включают электродвигатель вибратора
и одновременно пускают воду через нижние сопла. Погружение
вибратора в этих условиях происходит под действием его собст¬
венного веса.После погружения вибратора на заданную глубину подача
воды через нижние сопла прекращается. Затем воду пускают в143
грунт через верхние сопла и извлекают вибратор с остановками
через каждые 30 ... 40 см (при непрекращающейся подаче воды
в верхние сопла вибратора) на 40 ... 120 с, в зависимости от пе¬
риода времени, необходимого для уплотнения песка.Глубинное виброуплотнение успешно применялось для
уплотнения рыхлых песков при строительстве Волгоградской
гидростанции, при уплотнении насыпных грунтов для Липец¬
кого металлургического завода и на ряде других объектов.
Как показал опыт применения гидровиброуплотнителей на
площадках в гг. Волгограде, Липецке, Воронеже, уплотнение
грунтов происходит при погружении гидровибратора на глубину5	... 6 м в течение 3 ... 4 мин, а на глубину до 10 м — за 5 ... 6 мин.
При этом на поверхности образовываются воронки уплотнения
диаметром 0,8 ... 2,2 м, объемом до 2,5 м3 песка. После уплот¬
нения модуль общей деформации насыпных песков увеличивал¬
ся в 3 ... 4 раза. Так, например, при уплотнении 6-метровой
толщи рыхлых песков в Липецке грунты до уплотнения име¬
ли модуль общей деформации 8,3 МПа при нагрузке на штамп
до 0,2 МПа, а после уплотнения модуль общей деформации этих
песков повысился до 26,7 МПа.Гидровибраторы С-629 весьма успешно применялись для
уплотнения мелких донных песков, намытых под воду, на стро¬
ительстве высотной Асуанской плотины в Египте. Толщина слоя
намытых песков составляла до 18 м, а слоя воды над ними
дй 10 м. Глубинные гидровибраторы опускались с баржи на
полой круглой штанге, внутри которой проходили кабель и
водовод. С помощью подъемно-опускного устройства четыре
штанги с гидровибраторами объединялись в пакет с расстояния¬
ми между гидровибраторами 3 ... 5 м. В результате этого при
каждом опускании — подъеме такого пакета уплотнялись пески
на площади 20 ... 40 м2 до коэффициента уплотнения 0,95 ...
... 0,97.В последние годы разработана и успешно применяется уста¬
новка ВУПП для глубинного уплотнения водонасыщенных сред¬
них и мелких песков на глубину 4 ... 6 м. С помощью этой уста¬
новки уплотняющее вибрационное воздействие передается на
грунт по всей толщине уплотняемого слоя песка.Установка ВУПП состоит из двух основных частей: погружа¬
емого в грунт виброуплотнителя и вибропогружателя с электро¬
двигателем. Виброуплотнитель представляет собой вертикаль¬
ную цельнотянутую трубу диаметром 150 мм с приваренными
к ней через 300 мм по высоте горизонтальными ребрами. За
счет вертикальных ребер создается пространственная решетча¬144
тая конструкция. При ее погружении в грунт динамическое виб¬
рационное воздействие одновременно передается по всей уплот¬
няемой глубине (4 ... 6 м) на площади диаметром до 5 м; при
этом повышается не только объем одновременно уплотняемого
грунта, но и степень его уплотнения. Расстояние между точками
погружения виброуплотнителя ВУПП обычно принимается рав¬
ным 4 м, что соответствует средней производительности уплот¬
ненного грунта — 300 м3/ч.Технологическая характеристика виброуплотнителя ВУПП:
мощность электродвигателя 40 кВт; масса вибратора ВПП-2 —2,2	т, частота его колебаний 25 Гц, масса всей установки 3,15 т;
продолжительность погружения виброуплотнителя на глубину6	м составляет 10... 12 мин.ГЛАВА 7
ДЕФОРМАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ7.1.	РАЗВИТИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХВозведение капитальных зданий и сооружений на насып¬
ных грунтах началось несколько столетий назад. Примерами пер¬
вых построек являются соборы, возведенные в XV в. во мно¬
гих городах на искусственно созданных холмах высотой 3 ... 8 м.
Холмы в качестве оснований под соборы отсыпались, как прави¬
ло, из песчаных грунтов. Фундаменты этих сооружений в боль¬
шинстве случаев закладывались на подушках из каменного мате¬
риала толщиной около 1 м, что принималось, по-видимому,
с целью распределения давления на возможно большую площадь.Здания соборов представляют собой абсолютно жесткие
системы, способные воспринимать значительные усилия, возни¬
кающие от неравномерной осадки фундаментов, и выравнивать
деформацию основания до некоторой средней величины. В
большинстве случаев в сооружениях отсутствуют какие-либо
трещины и деформации от неравномерной сжимаемости грунтов
оснований.Позднее, начиная приблизительно с первой четверти XIX и
До начала XX в., значительное распространение получили капи¬
тальные двух — пятиэтажные здания на насыпных грунтах в Мос¬
кве и других городах [1 ]. К этому времени в Москве в связи с
развитием города и планировкой его территории многие овраги,
пруды и поймы рек развитой гидрографической сети города
были частично или полностью засыпаны, что привело к образова¬
нию в отдельных местах слоя насыпных грунтов толщиной до
10 ... 20 м. Засыпка оврагов и других низких мест рельефа осу¬
ществлялась грунтом, вынутым при рытье котлованов под под¬
валы зданий, погреба и склады, перемешанным со строительным
мусором, бытовыми отбросами, а также производственными
отходами от близко расположенных предприятий (зола, шлак,
формовочная земля и т.п.).Первый опыт строительства капитальных зданий на насып¬
ных грунтах в Москве, как установлено из архивных материа¬
лов, был не совсем* удачным — некоторые из построенных зда¬
ний получили большие деформации или полностью разрушились.
Поэтому позднее, начиная приблизительно с 40—50-х годов
XI X в., в некоторых литературных и архивных материалах встре¬
чаются указания о необходимости при строительстве на сла¬
бых грунтах увеличивать прочность стен различными приемами,
получившими в современной технической литературе название
"конструктивных мероприятий" [1].Одним из наиболее распространенных конструктивных
мероприятий того времени являлась укладка под подошвой
бутовых или кирпичных фундаментов лежней, состоящих из
продольных бревен диаметром 1826 см, уложенных в один
или два ряда с жесткими стыками вразбежку (рис. 7.1) .Дере¬
вянные лежни воспринимали растягивающие напряжения, воз¬
никающие при неравномерных осадках фундаментов, и, таким
образом, предотвращали при определенных величинах деформа¬
ций основания появление трещин. Однако лежни были долго¬
вечными лишь в случаях расположения их ниже уровня под¬
земных вод. Если же по тем или иным причинам уровень под¬
земных вод понижался, лежни сгнивали и эффективность этого
мероприятия снижалась до нуля. Вследствие этого многие ста¬
рые здания в Москве, построенные на таких лежнях, в настоящее
время имеют недопустимые деформации. Таким образом,
применение такого конструктивного мероприятия оказалось
весьма ограниченным, а сама конструкция недолговечной.Во многих старых зданиях прочность кирпичных стен на рас¬
тягивающие усилия увеличивалась прокладкой в них на уровне
перекрытий стальных полос с жесткими стыками. Кроме этого,
часто прокладывались дополнительные стальные полосы в ме¬
стах примы кания и пересечения стен. Для распределения давле¬
ния от фундаментов на возможно большую площадь иногда
применялись песчаные подушки.В качестве примеров зданий, построенных на насыпных146
Рис. 7.1. Фундамент с продольными
лежнями в сечении1 — кирпичная стена; 2 — бутовый ка¬
мень; 3 — лежнигрунтах с осуществлением описанных выше конструктивных
мероприятии, могут служить двух — пятиэтажные дома, возве¬
денные в конце XIX и начале XX вв. в Москве, Новгороде и в
ряде других городов. В настоящее время часть их без значи¬
тельных трещин и деформаций эксплуатируется, а часть нахо¬
дится в сильно деформированном состоянии.В первые пятилетки промышленное и гражданское строи¬
тельство осуществлялось строго по генеральному плану, поэ¬
тому были вынуждены многие здания и сооружения располагать
на участках, сложенных насыпными грунтами. Применение во
всех этих случаях дорогостоящих глубоких или свайных фунда¬
ментов не могло удовлетворить строителей, поэтому с целью
снижения стоимости строительства в качестве оснований капи¬
тальных зданий начинают шире использовать насыпные грунты.
С 1933—1936 гг. и позднее в Москве было построено несколько
десятков многоэтажных зданий на насыпных грунтах. Обеспе¬
чение прочности этих зданий достигалось либо устройством мо¬
нолитных железобетонных фундаментных плит под всем зда¬
нием и монолитных, железобетонных, перекрестных и ленточ¬
ных фундаментов, либо подведением под фундаменты подушек
из крупных или средних песков толщиной от 0,5 до 2 ... 3 м.В первом случае расчетное сопротивление на грунт принима¬
ли равным 50 ... 100 кПа, а при устройстве подушек, давление
на грунт повышалось до 150 ... 200 кПа. Во всех случаях для
увеличения жесткости и прочности зданий на уровнях между¬
этажных перекрытий или перемычек оконных проемов устраи¬147
вались железобетонные или железокирпичные пояса. Такие
инженерные решения в большинстве случаев позволили в 1,5 ...
... 2,5 раза сократить трудоемкость работ по нулевому циклу,
стоимость и сроки возведения зданий по сравнению с прорезкой
грунтов глубокими или свайными фундаментами.Наблюдения за состоянием конструкций зданий, проведен¬
ные спустя несколько лет после их возведения, показали, что
большинство из них без каких-либо деформаций и лишь в неко¬
торых наблюдаются отдельные местные деформации в виде
перекосов и трещин в стенах.В последнее время по инициативе НИИОСП им. Н.М. Герсе-
ванова в практике строительства успешно используют насыпные
грунты в качестве оснований с предварительной подготовкой
поверхностным уплотнением тяжелыми трамбовками,устройст¬
вом грунтовых подушек. Этот метод успешно применялся при
возведении на насыпных грунтах ряда промышленных зданий
пролетом 6 ... 27, длиной 60 ... 240 и высотой 5 ... 20 м, а также
гражданских зданий различной этажности [1]. Наблюдения за
выстроенными зданиями показали, что в них отсутствуют недо¬
пустимые деформации и, что особенно важно, величины замерен¬
ных осадок не превышают допустимых.Подготовка оснований поверхностным уплотнением не
всегда применима и, в частности, не дает эффекта в грунтах, на¬
ходящихся в водонасыщенном состоянии. В этих случаях подго¬
товка оснований осуществляется устройством хорошо уплотнен¬
ных подушек из местных песчаных грунтов, шлака, а в отдель¬
ных случаях из глинистых грунтов.В практике строительства последних лет эти методы подго¬
товки оснований нередко объединяли, т.е. производили поверх¬
ностное уплотнение насыпных грунтов тяжелыми трамбовками,
а поверху устраивали хорошо уплотненные песчаные подушки.В последние годы, в связи с принятым в 60-е годы направ¬
лением по широкому применению свайных фундаментов, при
строительстве на насыпных грунтах применяли в основном про¬
резку их свайными фундаментами. Чаще всего фундаменты
выполняли из забивных свай и лишь при невозможности погру¬
жения свай, вследствие наличия в насыпных грунтах крупных
прочных включений (остатки бетонных, металлических конст¬
рукций и т.п.), изыскивались решения по использованию насып¬
ных грунтов в качестве оснований. При устройстве свайных
фундаментов до последнего времени практически не учитывают
возможность передачи на сваи дополнительных нагрузок от сил
нагружающего трения, возникающих при осадке насыпных грун¬
тов от собственного веса и других воздействий.148
В зарубежной практике также успешно развиваются два
основных направления по строительству на насыпных грунтах:
использование их в качестве оснований фундаментов и прорезка
насыпных грунтов глубокими, главным образом, свайными
фундаментами. В качестве оснований насыпные грунты наиболее
широко используют при возведении зданий и сооружений на
вновь возводимых насыпях. При строительстве на существую¬
щих насыпях в США, Канаде, Англии, ФРГ, Франции, Японии
и других странах чаще всего применяют прорезку насыпных
грунтов свайными фундаментами.7.2.	ДЕФОРМАЦИИ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ
НА ШЛАКОВЫХ ОТВАЛАХОдним из наиболее интересных примеров деформации
зданий на шлаковых отвалах является опыт строительства и
эксплуатации механического цеха на металлургическом заводе.Здание цеха трехпролетное размером в плане 45*116,5 м и
состоит из двух частей: старой — длиной 80,5 м и новой — дли¬
ной 36 м, высота цеха 11м. Цех оборудован электрическими
кранами грузоподъемной силой по 5 т. С восточной стороны к
цеху примыкает открытая эстакада пролетом 21м, оборудован¬
ная электрическим краном грузоподъемной силой 10 т. С торцов
здания имеются двухэтажные бытовки.Несущими конструкциями здания цеха и открытой эстакады
служат металлические колонны с шагом 6 м. Покрытие цеха
выполнено из армопенобетонных плит по металлическим про¬
гонам и фермам, стены — из шлакобетонных камней и опирают¬
ся на самостоятельные ленточные фундаменты.Фундаменты под внутренние колонны старой части цеха
отдельно стоящие, а под наружные колонны и стены ленточные
железобетонные с давлением на грунт до 0,15 МПа и глубиной
заложения 1,2 м от уровня планировки. Новая часть цеха в осях
I—'V возведена на железобетонной ленте толщиной 0,5 м, глуби¬
ной заложения 8,7 м с давлением на грунт естественного сложе¬
ния 0,15 МПа (рис. 7.2).На участке расположения механического цеха с поверхности
и на глубину 5 ... 9 м залегают насыпные грунты. Состав и сложе¬
ние насыпных грунтов в пределах участка застройки крайне
неоднородны. В средней части участка насыпные грунты пред¬
ставляют собой заводской шлакоотвал, состоящий в основном
из слежавшихся шлаков, с большим количеством включений в
виде сплавленных масс шлака дискообразной формы. Эта часть149
насыпи находится в плотном состоянии. Давность отсыпки ее
до начала строительства около 15 лет.В северной части на участке длиной 20 ... 25 м насыпь отсы¬
палась непосредственно перед началом строительства из отходов
производства. Насыпной грунт состоит из разнородной несцемен¬
тированной смеси кусков шлака, щебня, огнеупорного кирпича,
песка с включениями железного лома и т.п. Плотность насыпно¬
го фунта переменная и приближается к среднеплотному состоя¬
нию, а толщина составляет около 6 м. Насыпные грунты север-
рой и средней части служат основанием цеха. Насыпной грунт в
южной части отсыпался без уплотнения перед расширением цеха
и состоит из разнородной смеси разнозернистого песка, суглинка
и шлака.Ниже насыпных грунтов залегают пески средней плотности и
в отдельных местах супеси. Толщина слоя их составляет 1 ... 5,2 м.
Пески и супеси подстилаются глинами, находящимися в плотном
состоянии.Уровень подземных вод находится на глубине около 8 м и
совпадает с кровлей песков.Сразу после сдачи цеха в эксплуатацию в шлакоблочных
стенах стали появляться трещины, колонны давали неравномер¬
ные осадки, в результате чего подкрановый путь сильно искри¬
вился.Исходя из этого, через 2 года при расширении цеха с южной
стороны новая часть была возведена с прорезкой насыпных грун¬
тов и заложением фундаментов на сплошной железобетонной
плите, опирающейся на пески естественного сложения на отмет¬
ке — 8,7 м (см. рис. 7.2). Железобетонная плита толщиной
50 см армирована в верхней и нижней частях арматурной сеткой016	мм с ячейками по 14 см.Деформации цеха во времени постоянно увеличиваются и
наблюдаются как в старой, так и в новой частях. Наибольшие
деформации имеют место в шлакоблочных стенах старой части
цеха. Раскрытие трещин в верхней части стен через 8 лет после
окончания строительства доходило до 50 мм; в кирпичных
стенах новой части трещины имеют раскрытие до 15 мм. Сильно
деформировались полы, главным образом, за счет подъема их
в отдельных местах. Неравномерность осадок и подъемов полов
цеха достигает 20 см.Значительные деформации имеются и в металлическом кар¬
касе цеха в виде изгиба одной иэ колонн, потери устойчивости
нисходящих раскосов ферм, изгиба нижнего пояса ферм из ее
плоскости и т.п.150
Рис. 7.2. Профили осадок колонн (а) и продольный разрез по фундамен¬
там цеха (б)1 — вновь отсыпанная насыпь; 2 — слежавшаяся насыпь (шлаковыа от¬
валы) ; 3 — мелкие пески; 4 — плотные глиныОсадки фундаментов колонн среднего пролета цеха>по дан¬
ным нивелировки подкрановых путей, за первые 8 лет эксплу¬
атации цеха, т.е. без учета осадки за период строительства, приве¬
дены на рис. 7.2, из которого видно, что по характеру осадки
фундаментов цех можно разделить на три части — южную, сред¬
нюю и северную.Минимальные осадки фундаментов колонн, изменяющиеся
от 1 до 65 мм, наблюдаются в пределах средней части, возведен¬
ной на слежавшихся шлаках.В пределах северной части цеха, возведенной на вновь отсы¬
панной насыпи, осадки фундаментов колонн изменяются от 85
до 182 мм.Фундаменты колонн в пределах южной части, возведенной
на железобетонных лендах, опирающихся на песчаные грунты
естественного сложения, имеют осадки по оси Д — 83 ... 200 мм,
а по оси Г — 69 ... 167 мм.Из рис. 7.2 видно, что замеренные величины осадок доста¬
точно хорошо согласуются со сжимаемостью насыпных грунтов,
и максимальные осадки происходят в новой части цеха.151
Прирост осадок фундаментов за последние годы происхо¬
дил весьма неравномерно. В новой (южной) части цеха продол¬
жались осадки фундаментов, в средней и северной частях проис¬
ходил подъем фундаментов на высоту до 40 ... 60 мм.Анализ инженерно-геологических условий участка строи¬
тельства цеха, условий его эксплуатации, характера деформаций
в конструкциях показывают, что основными причинами недо¬
пустимых деформаций цеха являются:неравномерная сжимаемость насыпных грунтов, служащих
основанием фундаментов средней и северной частей цеха;дополнительная нагрузка на грунты естественного сложения
от собственного веса вновь возведенной насыпи;разложения шлаков и их набухание при увлажнении;
наличие вибрационных нагрузок от кранов, железнодорож¬
ного транспорта и молотов, работающих в соседнем кузнечном
цехе;недостаточная прочность кирпичной и шлакоблочной кладки
стен.Перед началом строительства первой очереди цеха насыпные
грунты в виде шлакового отвала располагались только в средней
части площадки, а в северной части выполнялась их подсыпка
на высоту до 5 м.Подсыпку на площадке нужно было осуществить из шлаков
с послойной укаткой ее тяжелыми гусеничными тракторами,
чтобы сжимаемость вновь отсыпанных насыпных грунтов и
слежавшихся отвалов сделать практически одинаковой. Однако
подсыпка шлака и грунта была выполнена без достаточного ее
уплотнения и в связи с этим сжимаемость вновь отсыпанной
насыпи оказалась больше, что и привело к повышенным осадкам
фундаментов колонн северной части цеха. Наряду с этим на ве¬
личины осадок отдельных фундамбнтов колонн повлияла и
некоторая неравномерность сжимаемости насыпных грунтов,
имеющих хотя и одинаковую давность отсыпки, но неоднород¬
ный состав и сложение.При устройстве вновь возводимых насыпей и подсыпок на
грунты, залегающие в их основании, передаются дополнитель¬
ные нагрузки от собственного веса насыпи, которые при боль¬
шой толщине насыпи достигают значительных величин.Так, дополнительная нагрузка на грунты, залегающие в
основании подсыпки, в пределах северной части цеха составляла
0,05 ... 0,08 МПа, а в южной части — 0,08 ... 0,13 МПа, в то время
как фактическое давление на грунт по подошве фундаментов
от веса здания в северной Части составляло 0,125 МПа, а в юж¬
ной — только 0,03 ... 0,04 МПа.Учитывая, что дополнительные нагрузки от собственного
веса насыпей распространяются на большие площади ополне
очевидно, что даже при сравнительно небольшой сжимаемости
подстилающих насыпь грунтов они могут привести к значи¬
тельным осадкам поверхности, что в свою очередь увеличивает
полную осадку фундаментов.Принимая глубину сжимаемой толщи 14 м, модуль дефор¬
мации пылеватых песков 12 МПа, а глин 15 МПа, вычисленные
дополнительные осадки от собственного веса насыпей в южной
части цеха будут равны 9 ... 13 см, а в северной части — 4,5 ...
... 7,5 см, т.е. составляют более 50 % замеренных величин осадок.На величину осадок отдельных фундаментов колонн и их
неравномерность некоторое влияние оказали динамические
нагрузки, передаваемые на грунт от мостовых кранов, железно¬
дорожного транспорта, проходящего в восточном пролете цеха,
и, наконец, от 6-тонных молотов.Весьма существенное влияние на неравномерность осадок
фундаментов цеха оказало набухание отвальных шлаков в сред¬
ней и, частично, в северной части. После 17 лет эксплуатации
цеха значительно изменились структура и гранулометрический
состав шлаков. Из плотной сцементированной массы шлак пре¬
вратился в гравелистый песок с включением до 80% доломита.
Неравномерность набухания и сжимаемости шлаков обусловли¬
валась неоднородным их. химическим составом, неодинаковыми
условиями их замачивания, различной толщиной слоя и другими
факторами.Под влиянием всех перечисленных факторов фундаменты
колонн получили значительные и неравномерные осадки. Обес¬
печение нормальной эксплуатации цеха в этих условиях могло
быть достигнуто лишь применением соответствующей конструк¬
ции цеха и ряда конструктивных мероприятий, уменьшающих
влияние неравномерных осадок и подъемов на его прочность
и устойчивость. Однако принятая конструкция цеха для данных
грунтовых условий оказалась не совсем удачной.Прежде всего запроектированные трехпролетные рамы в
поперечном направлении являются весьма чувствительными к
неравномерным осадкам. При неравномерных осадках фунда¬
ментов в ригелях рамы, выполненных в виде ферм, возникают
дополнительные усилия, которые приводят к перенапряжению
отдельных элементов ферм и потере их устойчивости, что и
наблюдалось на данном цехе. Наряду с этим шлакоблочная клад¬153
ка стен имеет очень малую прочность и значительно выветрива¬
ется.Известно, что при неравномерных осадках фундаментов
стены изгибаются. В данном случае с учетом рассмотренных
выше факторов вполне очевидно было, что изгиб стен должен
проходить с перегибом, т.е. с наибольшей осадкой по краям.
Поэтому для исключения чрезмерного образования трещин в
верхней части стен необходимо было сделать железобетонные
пояса. Однако в противоположность этому железобетонные
пояса были выполнены только в нижней части фундаментов,
в связи с чем они оказались малоэффективными. По этим же
причинам не было необходимости в устройстве железобетонных
перекрестных фундаментных лент под колонны новой части
цеха.Вместе с тем необходимо отметить, что прорезка насыпных
грунтов глубокими фундаментами в пределах новой части цеха
привела только к чрезмерному усложнению их конструкции,
резкому повышению расхода металла, цемента, стоимости и не
улучшила работу конструкции здания цеха в целом.О влиянии прочности кладки стен на характер и величины
развития в них трещин можно судить по сопоставлению дефор*
маций в стенах старой и новой частей цеха. При практически оди¬
наковых величинах неравномерностей осадок в кладке новой
части цеха, обладающей значительной прочностью, трещины
имеют раскрытие в несколько раз меньшее, чем в старой части,
где шлакоблочная кладка стен обладает очень низкой проч¬
ностью.7.3.	ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЯ ЖИЛОГО ДОМА
НА СВАЛКЕ ГРУНТОВ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВОпыт строительства и деформации здания жилого дома в
Курске, возведенного на городской свалке грунтов и бытовых
отходов, интересен чрезвычайной сложностью грунтовых усло¬
вий вследствие высокой и переменной сжимаемости насыпных
грунтов, резкого изменения толщины их слоя, повышенного со¬
держания органических включений и т.п.Жилой дом пятиэтажный с подвалом, Побразной формы в
плане с торцовыми крыльями длиной 29 и 39 м и центральной
частью длиной 90 м (рис. 7.3). Здание с тремя продольными не¬
сущими стенами, в средней части разделено температурно-оса-
дочными швами на три части. Стены здания кирпичные толщи¬
ной, см: внутренние — 38, наружные — 51. Междуэтажные пере¬
крытия состоят из сборных железобетонных плит. Фундаменты154
Рис. 7.3. План жилого дома в
Курске с профилями осадок
фундаментов наружных стенленточные в нижней части железобетонные, а в верхней из сбор¬
ных блоков подвалов.Участок строительства жилого дома в геоморфологическом
отношении расположен в центральной части Курска на скате
Курского плато в пределах древнего засыпанного в 1785—1786 гг.
рва глубиной 17 м. Кроме того, в северной части участка имеет¬
ся засыпанный овраг глубиной до 10 м, образовавшийся вслед¬
ствие размыва грунтов ливневыми водами. Засыпка оврага про¬
изводилась одновременно с засыпкой рва.Геологическое напластование грунтов площадки следующее.
С поверхности на глубину от 1,8 до 17 м залегают насыпные
грунты, состоящие из чернозема, суглинка, супеси, песка, мер¬
геля, кирпичного щебня, штукатурки с большим количеством
органических примесей в виде несгнившего, полусгнившего
навоза. Тощина насыпных грунтов между засыпанными рвом
и оврагом, а также за пределами их составляет 1,8 ... 4,5 м.
Естественная влажность насыпных грунтов, вследствие повы¬
шенного содержания органических включений, составляет
0,38 ... 0,76. Грунты подстилаются четвертичными отложениями
желто-бурых суглинков и глин тощиной слоя 3 ... 6 м, которые
в отдельных местах смыты ливневыми водами. Ниже четвертич¬
ных отложений, а в некоторых местах непосредственно под
насыпными грунтами, залегают зеленовато-серые переотложен-
ные мергели средней плотности.Подземные воды в период проведения исследований и
отрывки котлована в виде верховодки были встречены на глу¬
бине 4... 7,5 м.Южная часть здания возведена на естественном основании,155
состоящем из суглинков и частично мергелей. В качестве осно¬
вания северной и центральной частей здания использованы на¬
сыпные грунты и частично суглинки и мергели с устройством
поверху песчаной подушки из крупного песка толщиной 2 м.Устройство на участках залегания мергелей песчаной подуш¬
ки, имеющей модуль деформации в несколько раз меньший,
по сравнению с мергелями, увеличивало осадки фундаментов,
за счет чего неравномерность осадок несколько сокращалась.Расчетное сопротивление основания на песчаную подушку
принято для фундаментов внутренней продольной стены
0,15 МПа, а для фундаментов остальных стен — 0,2 МПа, за счет
чего уменьшалась разность осадок фундаментов отдельных стен.
При принятых расчетных сопротивлениях на песчаную подушку
оснований давления на нижезалегающие насыпные грунты
не превышали 0,1 МПа.Учитывая, что сжимаемость основания изменяется в значи¬
тельных пределах, вследствие переменной тощины насыпных
грунтов и их различной сжимаемости, в случае возможной нерав¬
номерной осадки фундаментов предусмотрено увеличение об¬
щей прочности и жесткости здания устройством нижней фунда¬
ментной ленты-подушки из монолитного железобетона толщиной
40 см с сечением продольной арматуры 15 см2. Кроме этого,
железобетонные пояса располагаются под перекрытием подвала
третьего — пятого этажей. Высота поясов принята равной 15 см,
а ширина — 0,6 ... 0,8 ширины стены. Пояса армируются продоль¬
ной рабочей арматурой с площадью сечения 12 см2.Песчаные подушки выполняли из крупных песков слоями
толщиной по 60 ... 80 см с уплотнением каждого слоя самоход¬
ной вибротрамбовкой. Плотность сухого грунта в подушке
составляла 1,65 ... 1,7 т/м3 при его влажности 0,04 ... 0,06.Исследование сжимаемости песчаной подушки штампами
площадью 0,5 м2 в двух пунктах показало, что модуль сжима¬
емости их при давлении на грунт 0,25 МПа составляет 40... 50 МПа.
при очень малой изменчивости сжимаемости в различных местах.После возведения фундаментов и кирпичной кладки цоколя
при нагрузке на грунт по подошве фундамента 0,04 ... 0,05 МПа
в стенах здания были установлены марки через 7 ... 15 м для
наблюдения за осадками.Жилой дом был сдан в эксплуатацию в 1961 г. Систематиче¬
ские наблюдения за осадками проводились с начала строитель¬
ства. Анализ результатов наблюдений показал, что средние осад¬
ки фундаментов, вызванные их нагрузкой, продолжались пер¬
вые 2—3 года (до 1961—1962 гг.), были близки к расчетным и156
Рис. 7.4. Графики осадок наиболее характерных стенных
марок М-9 (1) и М-16 (2) во времени (жилой дом в
Курске)составляли 12 см. Однако, как показали последующие наблюде¬
ния, наряду с осадками от нагрузки фундаментов происходили
осадки и под влиянием других факторов, которые невозможно
было учесть в период проектирования дома и которые впервые
были отмечены при строительстве на насыпных грунтах жилого
дома в Курске. Эти осадки продолжаются уже в течение более
20 лет, несмотря на то, что давность отсыпки насыпных грунтов
составляет около 200 лет. По-видимому, дополнительные осадки
вызываются самоуплотнением насыпных грунтов от собственно¬
го веса, под влиянием вибраций уличного транспорта; частич¬
ным разложением органических включений в насыпных грун¬
тах; изменением влажностного режима насыпных грунтов и т.п.Скорость протекания дополнительных осадок во времени
по марке М-9 начиная с 1962 по 1966 г. уменьшилась с 30 до
9 мм в год, в последующие до 1974 г. составила 9 ... 8 мм в год,
затем увеличилась до 12 мм в год (рис. 7.4). По другим маркам
наблюдается сравнительно небольшое снижение скорости оса¬
док за последние годы.Суммарные величины осадок фундаментов центральной
части дома, возведенной на насыпных грунтах, в конце 1981 г.
составили 46 ... 368 мм; западной на мергелях — 25 ... 63 мм;
восточной на суглинках — 114 ... 187 мм.Осадки фундаментов центральной части жилого дома на
насыпных грунтах будут продолжаться, видимо, с постепенным
уменьшением скорости их развития. Определить продолжитель¬
ность их стабилизации и полную величину в настоящее время не
представляется возможным.Вследствие неравномерных осадок в конструкциях жилого
дома, появились значительные деформации. Средняя часть дома
между осадочными швами имеет прогибы стен и перекрытий.157
По данным нивелирования, максимальные прогибы стен состав¬
ляют 14 ... 16 см при длине их 54 м. В наружных стенах со сто¬
роны уличного и дворового фасадов образовались косые трещи¬
ны в кладке межоконных перемычек с раскрытием до 5 ... 20 мм.
Эти трещины были вызваны сдвигающими силами, которые воз¬
никли в перемычках при неравномерных осадках смежных
простенков. Наибольшее количество трещин отмечается в мес¬
тах, где относительные значения сдвигов кладки при неравно¬
мерных осадках фундаментов достигали наибольших величин.
Повреждения внутренней продольной стены по месту совпадают
с повреждениями в наружных стенах и вызваны теми же причи¬
нами. В плитах перекрытий отмечались трещины по швам с рас¬
крытием до 2 мм, которые были вызваны прогибами перекры¬
тий к середине здания. Следы смещения плит перекрытий на
опорах не наблюдались. В местах наибольших относительных
смещений стен и перекрытий отмечались трещины в ненесущих
межкомнатных и межквартирных перегородках.В условиях продолжающихся осадок фундаментов, чтобы
полностью исключить возможность дальнейшего развития
трещин, целесообразно было бы выполнить закрепление насып¬
ных грунтов на всю их глубину. Однако при очень неоднородном
составе насыпных грунтов, большом содержании в них гли¬
нистых частиц и, главным образом, вследствие низкой фильтра¬
ционной способности практически невозможно обеспечить
качественное их закрепление на всю глубину до 18 ... 20 м по
всей площади фундаментов. Также трудно подвести под суще¬
ствующие фундаменты сваи, которые должны иметь длину на
отдельных участках до 20 м.Учитывая, что состояния конструкций центральной части
жилого дома в первые 20 лет эксплуатации не являлись аварий¬
ными, исключалась возможность резкого увеличения скорости
осадок в этот период и поэтому ограничились капитальным
ремонтом здания. При проведении ремонта выполняли меро¬
приятия по частичному восстановлению прочности стен заделкой
трещин цементным раствором (М-100), укреплением сильно
деформировавшихся простенков металлическими обоймами, за¬
делкой дверных проемов в подвале кирпичной кладкой и т.п.
Однако через 22 года несущие конструкции средней части здания
пришли в аварийное состояние и эксплуатация здания была
прекращена.Рассмотренный опыт строительства и эксплуатации жилого
дома указывает на тот факт, что необходим обязательный учет
дополнительных осадок, которые могут возникать в насыпных
грунтах.158
7.4.	ДЕФОРМАЦИИ ПРОМЫШЛЕННОГО КОРПУСА
НА СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТАХ ' 'Как отмечалось ранее, при устройстве свайных фундаментов
в насыпных грунтах необходимо учитывать возможность переда¬
чи дополнительных нагрузок на сваи от сил нагружающего тре¬
ния, возникающих при осадке насыпных грунтов несл вжавших¬
ся, а также недостаточно плотных от их собственного веса и до-
полнительной внешней нагрузки. При этом увеличение нагрузки
на сваи может происходить в весьма значительных пределах и
иногда приводит к большим осадкам свай и недопустимым де¬
формациям зданий и сооружений. Особенно наглядны в этом
отношении опыт строительства и эксплуатации промышленного
цеха в Лондоне [1 ].Промышленный цех четырех- и, частично, двухпролетный
размером в плане 60x240 м и высотой 9 м (рис. 7.5). Несущими
элементами цеха служат металлические колонны и фермы.
Фундаменты — свайные, состоящие из буронабивных бетонных
свай диаметром 35 см с несущей способностью 150 ... 350 кН.Участок строительства цеха сложен насыпными грунтами,
состоящими из шлаков, золы, глины с включением строитель¬
ных и бытовых отходов, давностью отсыпки около 25 лет.
Толщина слоя насыпных грунтов изменяется от 1,5 до 9 м
(рис. 7.5). Насыпные грунты подстилаются пластичными лондон¬
скими глинами большой толщины.Сваи полностью прорезали насыпные грунты и погружались
на 1,5 ... 4,5 м в глины. Несущая способность свай определялась
исходя из лобового сопротивления их по торцу и бокового тре¬
ния как пределах слоя лондонских глин, так и в насыпных
грунтах.Вскоре после возведения промышленного цеха в нем поя¬
вились деформации в стенах и полах, которые постепенно увели¬
чивались и через 10 лет привели к невозможности эксплуатации
цеха. Осадки фундаментов колонн цеха к этому времени
изменились от 102 до 305 мм, а полов — от 75 до 380 мм. При¬
чем наибольшие осадки фундаментов и полов наблюдались в
местах наибольшей толщины насыпных грунтов.Исследования деформаций цеха и изучение геологических
условий Г.Г. Мейергофом показали, что основной причиной оса¬
док колонн и полов явилась осадка насыпного грунта, происхо¬
дившая как под действием собственного веса, так и, главным
образом, под действием дополнительной нагрузки от оборудова¬
ния и готовой продукции, распределенной по всей площади
цеха.159
При осадке насыпного грунта в результате сил нагружающе¬
го трения на сваи передавалась дополнительная нагрузка от
собственного веса грунта. Увеличение нагрузки на сваи в 1,3 ...
... 2,5 раза происходило в зависимости от толщины насыпного
грунта. При этих условиях происходило значительное перена¬
пряжение грунта под сваями и его выпирание.На равномерность осадок свайных фундаментов существен¬
ное влияние оказывают толщина насыпных грунтов, а также
устройство местных выемок в виде подвалов, тоннелей. В левом
торце корпуса толщина насыпных грунтов составляла около1,5	м, т.е. в этой части корпуса на осадки фундаментов решаю¬
щее влияние оказали дополнительные нагрузки от оборудования
и готовой продукции. В правом торце корпуса толщина насып¬
ного слоя возрастает до 9 м и в соответствии с этим осадки
свайных фундаментов возрастают с 102 до 305 мм, или в три
раза. В этой части корпуса дополнительные нагрузки на сваи
передаются как за счет сжатия насыпного грунта и лондонской
глины от дополнительных нагрузок оборудования и готовой
продукции, так и, главным образом, от веса насыпного грунта.Характерно отметить, что в пределах расположения тоннеля
шириной около 15 и глубиной 5 м, а также на прилегающей к
нему территории наблюдается существенное снижение осадок
фундаментов, а именно на 50 ... 75 мм.Рассмотренный опыт наглядно показывает, что при устрой¬
стве свайных фундаментов необходимо учитывать специфиче¬
ские особенности насыпных грунтов, и там, где они недостаточ¬
но полно учтены, совершенно надежные, на первый взгляд,
фундаменты могут приводить к существенным деформациям
зданий.160Рис. 7.5. План промышленного корпуса с линиями равных осадок
7.5.	ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХДетальное изучение причин недопустимых деформаций зда¬
ний и сооружений, возведенных на насыпных грунтах, а также
анализ опыта проектирования и строительства показывают,
что деформации в зданиях и сооружениях наблюдаются, как
правило, в случаях недостаточно полного учета специфических
особенностей насыпных грунтов как неравномерно-сжимаемых
оснований. Причины деформаций весьма разнообразны и обыч¬
но связаны с ошибками, допущенными в процессе проведения
инженерно-геологических изысканий, проектирования и строи¬
тельства.Инженерно-геологические изыскания являются, по сути де¬
ла, начальным и одним из основных этапов проектирования
оснований и фундаментов подземных, земляных сооружений.
От того, насколько правильно и целенаправленно будут выполне¬
ны изыскания, от полноты, достоверности результатов изыска¬
ний в значительной степени зависят надежность, качество проект¬
ных решений и эффективность строительства в целом. Тем не
менее основными причинами деформаций зданий и сооружений
часто являются недостаточно полная изученность инженерно-
геологических условий участков строительства, специфических
особенностей и характеристик грунтов. Обычно это связано с
проходкой недостаточного количества разведочных и техниче¬
ских выработок, ограниченной их глубиной, недостаточным
изучением специфических особенностей насыпных грунтов,
неполным выполнением требований действующих нормативных
документов и т.п. В результате часто занижается фактическое
изменение толщины слоя насыпных грунтов на застраиваемом
участке, неправильно выявляются сжимаемость насыпных
грунтов и степень возможного ее изменения в пределах здания,
не представляется возможным учесть при проектировании до¬
полнительные осадки насыпных грунтов и т.п. Подобный случай,
например, имел место при проведении инженерно-геологических
изысканий под один из жилых 5-этажных домов в Москве.
По данным изысканий, выполненных проходкой разведочных
скважин через 30 ... 40 м, насыпной грунт можно было отнести
к свалке грунтов и отходам производств, состоящим из песка,
супеси, суглинка, золы, шлака, строительного мусора с включе¬
нием резины и органических веществ (2 ... 20 %). При этом
в пределах расположения здания толщина слоя насыпных грун¬
тов изменялась от 11,5 до 13,6 м. Однако дополнительными
изысканиями после появления в здании недопустимых деформа¬161
ций в виде трещин 10—20 мм в кирпичных стенах было установ¬
лено, что в пределах участка находится клин плотного песчаного
грунта средней крупности естественного сложения и фактически
толщина слоя насыпных грунтов ниже подошвы фундаментов
изменяется от 0,5 до 10,5 м. При этом модуль сжимаемости
насыпных грунтов был в 6 ... 12 раз ниже, чем песчаных грунтов
естественного сложения. Одновременно с этим при дополнитель¬
ных изысканиях в толще насыпных грунтов были обнаружены
линзы и прослойки, состоящие в основном из отходов древеси¬
ны и бытового мусора. Все эти факторы привели к резко нерав¬
номерным осадкам фундаментов от нагрузки здания и допол¬
нительным осадкам за счет самоуплотнения насыпных грунтов
под влиянием вибраций городского транспорта, разложения ор¬
ганики и других факторов.При проектировании оснований, фундаментов и самих зда¬
ний часто недооцениваются сложности и особенности инженер¬
но-геологических условий застраиваемых участков, неправильно
определяются возможные величины осадок фундаментов от
их нагрузок, а также дополнительных осадок от самоуплотне¬
ния грунта, неверно трактуются и используются отдельные
положения действующих нормативных документов. Таким обра¬
зом, основными причинами недопустимых деформаций зданий
и сооружений на насыпных грунтах часто являются:переменная толщина слоя насыпного грунта в основании
фундаментов, что особенно неблагоприятно проявляется при
большой разнице в сжимаемости насыпных и подстилающих
грунтов природного сложения;неравномерная сжимаемость насыпных грунтов как в плане,
так и по глубине, которая приводит к особо неблагоприятным
последствиям особенно в случаях различных нагрузок на фунда¬
менты и тем самым разных их размеров;неучет при проектировании дополнительных осадок от са¬
моуплотнения насыпного грунта под влиянием собственного
веса, динамических нагрузок от оборудования и транспорта,
дополнительных нагрузок на полы, изменения влажности, раз¬
ложения органических включений и т.п.;недостаточная глубина, а иногда и ширина уплотнения или
толщина грунтовой (песчаной и т.п.) подушки и недооценка воз¬
можной неравномерной сжимаемости ниже залегающих насып¬
ных грунтов;неполная прорезка насыпных и подстилающих их слабых
грунтов сваями, вследствие чего возможные величины осадок
грунтов ниже свай с учетом дополнительных нагрузок могут162
оказаться больше предельно допустимых для зданий и сооруже¬
ний;	* ’завышение несущей способности свай вследствие неучста
возможного повышения консистенции глинистых грунтов при
увеличении их влажности, недостаточной глубине погружения
свай, использование статических, динамических испытаний свай,
данных зондирования при природной влажности грунтов;неучет дополнительных нагрузок на сваи от сил нагружаю¬
щего трения при возможных дополнительных осадок от само¬
уплотнения насыпных и подстилающих их слабых грунтов;неучет при устройстве планировочных насыпей, подсыпок
высотой более 2 ... 3 м, дополнительных нагрузок от их веса,
под влиянием которых существенно возрастают осадки подсти¬
лающих грунтов;назначение конструктивных мероприятий без расчета конст¬
рукций зданий и сооружений на возможные неравномерные
деформации грунтов в основании и др.Большинство из перечисленных выше причин деформации
вытекает из рассмотренного в пп. 7.1—7.4 опыта строительства
на насыпных грунтах некоторых зданий. Другие причины могут
быть проиллюстрированы опытами строительства в 40—50-е го¬
ды жилых 2-, 5-этажных зданий в гг. Москве, Новгороде и др.В 1945—1947 гг. по Хорошевскому шоссе в Москве было по¬
строено около 50 двухэтажных кирпичных жилых домов.
Междуэтажные и чердачные перекрытия выполнены из сборных
железобетонных элементов. Фундаменты монолитные железо¬
бетонные. В цокольной части по всему периметру стен сделан
железокирпичный пояс с арматурой ф 9 ... 10 мм (рис. 7.6).Участок, на котором возведены двухэтажные жилые дома,
в прошлом являлся карьером для добычи песка и был впослед¬
ствии засыпан. Толщина слоя насыпных грунтов в различных
пунктах изменялась от 1 до 12 м, а в пределах каждого здания
была более или менее равномерной.Насыпные грунты состоят в основном, из средних, а в от¬
дельных местах из мелких песков и супесей с включением кир¬
пичного щебня, штукатурки, древесных остатков и подстилают¬
ся песками четвертичного отложения толщиной слоя до 10 ...
... 12 м. Давность отсыпки насыпных грунтов составляет около
30 лет.Уровень подземных вод расположен на глубине около 5 м.Основанием всех зданий служит песчаная подушка толщи¬
ной 0,8 м, возведенная из средних песков на насыпном грунте.
Расчетное сопротивление основания подушки принято равным163
Рис. 7.6. Поперечное сечение фун¬
дамента1 — железобетонный пояс; 2 —
железобетонный фундамент; 3 —
песчаная подушка; 4 — утрам-
бованный щебень с раствором0,1 ... 0,12 МПа, при этом давление на насыпные грунты ниже
песчаной подушки не превышает 0,1 МПа.Наблюдения показали, что большинство зданий находится
в хорошем состоянии, однако в некоторых сразу же после по¬
стройки в верхней части стен появился ряд трещин раскрытием
до 25 ... 30 мм. Их появление и интенсивное развитие также вы¬
званы неравномерными осадками фундаментов при недоста¬
точной прочности стен здания.Устройство песчаной подушки толщиной 0,8 м в данном слу¬
чае несколько снизило абсолютную величину осадки и степень
ее неравномерности. Однако это не могло обеспечить практиче¬
ски равномерную деформацию основания при наличии ниже по¬
душки насыпных грунтов переменной толщины и сжимаемости.Кроме этого, основной причиной деформации зданий яви¬
лось устройство песчаной подушки недостаточной ширины. Лри
сравнительно небольшом сопротивлении боковому давлению
насыпной суглинистый грунт под воздействием развивающихся
горизонтальных напряжений от нагрузки фундаментов деформи¬
руется. При небольшой ширине подушки это привело к значи¬
тельному боковому сжатию, вследствие чего подушка располз¬
лась в стороны, и фундаменты получили дополнительные осад¬
ки, которые при неравномерной сжимаемости насыпных грунтов
были переменными. В подобных случаях, наряду с устройством
песчаных подушек, необходимо увеличивать прочность возводи¬
мых зданий устройством по всей высоте железобетонных или
железокирпичных поясов. Пояса в зданиях были сделаны только
в нижней части стен и в фундаментах, а в верхней зоне отсутст¬164
вовали, что явилось причиной появления трещин именно в
верхней части стен.При строительстве зданий и сооружений на насыпных грун¬
тах особое внимание необходимо обращать на качество подго¬
товки и устройства основания, фундаментов, выполнения
предусмотренных проектом конструктивных мероприятий, что
также часто является одной из основных причин деформации
зданий. В наибольшей степени это проявляется при уплотнении
грунтов, устройстве свайных фундаментов.При уплотнении насыпных грунтов различными методами
необходимо учитывать, что максимальная эффективность по
глубине и степени уплотнения, требования проекта и норматив¬
ных документов достигаются при влажности грунтов, близкой к
оптимальной. Так как уплотнение часто выполняется при при¬
родной повышенной или пониженной влажности, в процессе
уплотнения допускается пересушивание или переувлажнение
грунта, то эффективность уплотнения как по степени плотности,
так и достигаемой глубине резко снижается. В результате не
обеспечивается предусмотренное проектом снижение сжимаемо¬
сти насыпных грунтов на необходимую глубину и до заданного
значения.Устройство свайных фундаментов в насыпных грунтах иног¬
да сопряжено с наличием в них крупных прочных включений,
таких,как козлы в шлаках, металлические, бетонные, каменные
остатки от разрушенных зданий и т.п. В подобных случаях долж¬
ны предусматриваться специальные мероприятия по погружению
забивных и набивных свай на заданную глубину.ГЛАВА 8УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
НА ПЛАНОМЕРНО ВОЗВЕДЕННЫХ НАСЫПЯХ8.1.	ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ И ГРУНТА
ДЛЯ ПЛАНОМЕРНО ВОЗВЕДЕННЫХ НАСЫПЕЙПланомерно-возведенные насыпи и подсыпки чаще всего
выполняют при планировке пониженных частей застраиваемых
территорий, обратной засыпке котлованов и т.п. При устройстве
насыпей высотой до 20 ... 30 м часто под застройку используют
заболоченные, затопляемые во время паводков шельфовые
участки долин рек, озер, морей.165
Качество оснований под здания и сооружения на таких пла¬
номерно возведенных насыпях определяют не только видом
используемого грунта, степенью его уплотнения, но и характе¬
ром подготовки основания.В комплекс работ по подготовке поверхности для устрой¬
ства планировочных насыпей и отсыпок входят:снос деревьев, кустарника, выкорчевка пней, корней;уборка заторфованного, заиленного растительного слоя,
строительного мусора, а в котлованах — слоев переувлажнен¬
ного грунта;планировка поверхности или дна котлована, траншеи и их
откосов.В зимнее время, кроме того, с подготавливаемой к засып*
ке поверхности удаляется снег, лед, комья мерзлого грунта,
недостаточно уплотненный слой насыпного промерзшего грунта,
а при промерзании грунтов естественного сложения определя¬
ется необходимость его удаления или возможность оставления
ниже обратных засыпок.После подготовки территории проверяют влажность и сте¬
пень плотности грунтов. Пробы грунта берут в наиболее харак¬
терных местах.Если на подготавливаемой поверхности грунт естественно¬
го сложения и степень плотности его соответствуют среднему
значению плотности грунта в природном залегании на рассматри¬
ваемой глубине, работы по устройству планировочных насыпей
начинают после выполнения планировки поверхности или дна
котлована, траншеи.В случае разуплотнения верхнего слоя грунта естественной
структуры, насыпных грунтов после планировочных работ
выполняют доуплотнение на необходимую глубину. Если доуп-
лотнение невозможно вследствие повышенной влажности, то
насыпные грунты вывозят с заменой их качественным местным
грунтом.При большой толщине слоя (более 5 ... 8 м) ранее отсыпан¬
ных и недостаточно уплотненных насыпных грунтов выемку
рыхлых грунтов во многих случаях вполне допустимо осущест¬
влять на 1/2 ... 1/4 их толщины. Затем доуплотняют насыпные
грунты тяжелыми трамбовками на глубину не менее 0,5 ... 0,7
глубины оставшегося слоя насыпного грунта; при этом в преде¬
лах нижнего слоя (до 1,5 ... 2 м) допускается средняя степень
плотности насыпного грунта, соответствующая коэффициенту
уплотнения ксот на 0,02 ... 0,03 ниже требуемого.166
Снижение на отдельных участках средней степени плот¬
ности в пределах нижнего ранее отсыпанного слоя насыпного
грунта должно быть компенсировано соответствующим повы¬
шением средней плотности в верхнем, вновь отсыпанном слое
грунта планировочной насыпи или отсыпки. Толщина верхнего
слоя грунта с повышенной степенью плотности должна быть не
меньше толщины нижнего слоя с пониженной степенью плот-
ности и не меньше 2 м с учетом верхней части слоя грунта,
уплотняемого тяжёлыми трамбовками.Планировку поверхности для устройства планировочных
насыпей обычно выполняют под одну отметку или террасами.
В узких местах планировку допускается производить без срезки
откосов.Планировку, как правило, осуществляют срезкой грунта.
Подсыпка в пониженные места переувлажненного грунта не
допускается.Как показали исследования, в отдельных случаях допуска¬
ется оставлять промерзший грунт естественного сложения, а
также ранее промерзший насыпной грунт в основании планиро¬
вочных насыпей при следующих условиях:в промерзшем слое отсутствуют линзы и прослойка льда;
влажность промерзшего грунта меньше или равна влажности
на нижней границе пластичности;степень плотности промерзшего естественного грунта близка
к плотности талого грунта в естественном залегании, а насыпно¬
го промерзшего не менее требуемой;толщина промерзшего слоя грунта не превышает 1 ... 1,5 м.
Если хотя бы одно из приведенных условий не выполняет¬
ся, то промерзший грунт до начала работ по устройству планиро¬
вочной насыпи под здания и сооружения должен быть удален
или оттаян на необходимую глубину.При использовании для планировочных насыпей грунтов из
карьеров и резервов должна быть осуществлена подготовка
грунтов:определены основные физико-механические характеристики
грунтов (плотность, природная влажность и влажность на грани¬
це текучести и пластичности для глинистых грунтов, содержание
растительных остатков, гранулометрический состав для песча¬
ных грунтов) ;в необходимых случаях проведено доувлажнение грунтов;
снят растительный слой в карьере, устроен забой.
Непригодные для возведения качественных насыпей и
отсыпок по влажности, содержанию органических включений167
грунты обычно используют в отсыпках с более низкими требова¬
ниями по степени уплотнения или вывозят в отвал.Доувлажнение грунтов обычно целесообразно производить
непосредственно в карьерах или резервах водой, расчетное коли¬
чество которой определяется по формуле (7.4).Разработку грунтов в карьерах и резервах осуществляют
таким образом, чтобы при слоистом напластовании грунтов, с
одной стороны, происходило равномерное перемешивание грун¬
тов различных видов и разной влажности, с другой — исключа¬
лось попадание непригодных для отсыпки грунтов. При разра¬
ботке грунтов также учитывают возможность повышения или
понижения их влажности.Для возведения планировочных насыпей и обратных засы¬
пок котлованов, так же как и для устройства грунтовых поду¬
шек, наиболее целесообразно применять местные гравелистые,
песчаные грунты, крупные и средние пески, так как достигают¬
ся наименьшая сжимаемость оснований, высокие прочностные
характеристики, а также значительно упрощается производство
работ по качественному уплотнению. Качественное уплотнение
глинистых грунтов до заданной плотности может быть достиг¬
нуто только при оптимальной или близкой к ней влажности.
Кроме этого, деформационные и прочностные характеристики
уплотненных до одной и той же степени плотности у глинистых
грунтов обычно ниже, чем у песчаных и тем более гравелистых
и крупнообломочных.Для возведения планировочных насыпей, отсыпок грунта,
обратных засыпок котлованов необходимо по возможности
использовать имеющиеся поблизости отходы производств (стой¬
кие шлаки, золошлаки, вскрышные породы, пустые породы от
угольных шахт и т.п.), близкие по составу и крупности частиц
гравелистым и песчаным грунтам. Кроме этих отходов во мно¬
гих случаях вполне могут быть использованы отходы произ¬
водств (золы, шламы и т.п.), близкие по своим физическим
свойствам и физико-механическим характеристикам глинистым
грунтам или мелким и пылеватым пескам.При использовании отходов производств для устройства
планировочных насыпей не только часто обеспечивается сниже¬
ние стоимости и трудоемкости работ, но и решаются не менее
важные проблемы сохранения окружающей среды путем утили¬
зации отходов.168
8.2.	ВОЗВЕДЕНИЕ ПЛАНОМЕРНО ВОЗВЕДЁННЫХ
НАСЫПЕЙ ПОСЛОЙНОЙ ОТСЫПКОЙ ГРУНТАПри возведении планировочных насыпей, подсыпок, обрат¬
ных засыпок котлованов с соблюдением требований по техно*
логии производства работ и качественным уплотнением отсыпа¬
емых грунтов вполне возможно создать весьма надежные искус¬
ственные основания для любых зданий и сооружений.Технология производства работ по возведению планировоч¬
ных насыпей, подсыпок, обратных засыпок котлованов с по¬
слойной отсыпкой грунта обычно включает следующие основ¬
ные этапы: подготовку основания под насыпь и грунта для ее
устройства, отсыпку, разравнивание грунта, его уплотнение и
контроль качества уплотнения.Грунт в насыпь доставляют обычно автотранспортом, скре¬
перами, реже железнодорожным транспортом. Планировку
грунта выполняют бульдозерами. Толщина отсыпаемых слоев
зависит в основном от уплотняющей способности используемых
для уплотнения механизмов и назначается с учетом данных
табл. 6.3 и результатов опытных работ.В большинстве случаев послойное уплотнение грунтов в
насыпях на свободных площадях целесообразно осуществлять
автотранспортом, скреперами, а также самоходными и прицеп¬
ными катками на пневмоколесном ходу массой 30 ... 50 т, трам¬
бующими машинами типа ДУ-12 (Д-471). Катки передвигаются,
как правило, с разворотами и в отдельных местах челноком.
В этих случаях не всегда целесообразно применять прицепные
кулачковые катки, так как при этом затрудняется разворот.
Кроме этого, достигаемая глубина уплотнения кулачковыми
катками значительно меньше, чем пневмоколесными, и требует¬
ся постоянный контроль за состоянием очистных приспособле¬
ний кулачков, особенно при работе на переувлажненных глини¬
стых грунтах..В случае доставки грунта автосамосвалами типа БелАЗ,
МАЗ, КрАЗ или самоходными скреперами удается уплотнить
грунт до коэффициента уплотнения ксот = 0,95. Однако при
этом значительная часть площади отсыпок за пределами движе¬
ния автотранспорта остается недостаточно уплотненной, поэтому
при доставке грунта на место отсыпки автотранспортом необ¬
ходимо предусматривать доуплотнение отсыпанных слоев пнев¬
мокатками или другими механизмами.При уплотнении грунтов катками известны случаи, когда
не удавалось получить требуемую степень плотности грунтов169
даже при числе проходов, в 1,5 ... 2 раза превышающем заданное.
Причина заключается в снижении влажности отсыпаемых грун¬
тов на 0,03 ... 0,04 ниже оптимального значения. Доуплотнение
грунтов в подобных случаях, а также при толщине отсыпанного
слоя более 70 ... 80 см, следует осуществлять трамбующими
машинами или тяжелыми трамбовками с основанием диаметром4,2	... 1,8 м при 4 ... 6 ударах по одному следу.Экспериментальные исследования в лаборатории, а также
опыт уплотнения грунтов катками на пневмоколесном ходу
показали, что требуемая степень плотности и глубина уплотне¬
ния грунтов достигается при уплотнении глинистых грунтов,
имеющих влажность, близкую оптимальной или ниже на 0,03 ...
... 0,04. Поэтому при использовании грунтов низкой влажности
отсыпка их должна осуществляться слоями на 20—30% меньшей
толщины (по сравнению с табл. 6.3) либо толщиной 2 ... 2,5 м
с последующим уплотнением отсыпанных грунтов тяжелыми
трамбовками массой 3,5 ... 5,0 т и диаметром основания 1,6 ...
... 1,8 м.Контроль качества послойного уплотнения грунтов при
возведении планировочных насыпей должен осуществляться
сразу же после окончания уплотнения каждого слоя непосред¬
ственным определением плотности сухого грунта и его влаж¬
ности. В отдельных случаях, при повышенной интенсивности
производства работ, контроль можно осуществлять по отка¬
зу, т.е. понижению уплотняемой поверхности. Пункты контро¬
ля назначают из расчета на каждые 300 ... 600 м2 уплотняемой
площади, но не менее двух на каждом участке (карте).8.3.	ВОЗВЕДЕНИЕ ПЛАНОМЕРНО ВОЗВЕДЕННЫХ
НАСЫПЕЙ ГИДРОНАМЫВОМГидронамыв обычно применяют при возведении планомер¬
но возводимых насыпей и отвалов из вскрышных грунтов,
образующихся при разработке глубоких карьеров, при одновре¬
менном выполнении дноуглубительных работ на реках, озерах
и других водоемах, при разработке грунтов в карьере и достав¬
ке их на место укладки средствами гидромеханизации, удалении
отходов различных производств гидротранспортом и т.п.В подавляющем большинстве случаев и в особенности при
больших объемах работ, благоприятных условиях для оттока
свободной воды, самоуплотнении грунта и т.п. гидронамыв
является наиболее простым, дешевым, производственным
способом возведения планировочных насыпей, земляных соору¬
жений, отвалов пустых (вскрышных) пород.170
Подготовку поверхности для возведения планировочной
ласыпи, земляного сооружения, отвала гидронамывом выпол¬
няют по аналогии с описанным выше в п. 8.1; при этом особое
внимание уделяют подготовке дренажных устройств для отвода
фильтрационной воды — дренажные канавы вдоль границ намы¬
ваемых сооружений или территорий для отвода фильтрационной
воды и предотвращения заболачивания окружающей территории.
При низкой водоотдаче грунтов, большой интенсивности намы¬
ва целесообразно для более интенсивного удаления свободной
воды из намываемых грунтов предусматривать специальные
водопонижающие устройства (дренажи, иглофильтры и т.п.).
Эти дренажные устройства до начала намыва должны быть защи¬
щены слоем отсыпанного насухо песчаного отсортированного
грунта, более крупного по сравнению с намываемым грунтом.
Кроме этого, в комплекс подготовительных работ входит
защита намываемых территорий, площадок от затопления лив¬
невыми, паводковыми водами.Для возведения гидронамывом планировочных насыпей,
предназначенных под застройку, так же как и земляных соору¬
жений, наиболее целесообразно использовать песчаные грунты
(гравелистые, крупные, средние, мелкие пески), которые поз¬
воляют достигнуть наиболее высокой плотности их укладки и
самоуплотнения, повышенных прочностных и деформационных
параметров, снизить до минимума продолжительность самоуп¬
лотнения от собственного веса. Однако во многих случаях для
намыва качественных насыпей, земляных сооружений допусти¬
мо применение пылеватых песков, супесей, суглинков, при
этом обязательна такая технология намыва, при которой обеспе¬
чивается достаточная однородность намываемого грунта по гра¬
нулометрическому составу, т.е. происходит равномерное распре¬
деление мелкопесчаных, пылеватых и глинистых фракций по
всей намываемой площади в плане по всему массиву намытого
грунта. Кроме этого, должно предусматриваться доуплотнение
намывных мелкопесчаных и глинистых грунтов до необходи¬
мой плотности.При намыве песчаных грунтов наиболее целесообразен
безэстакадный способ намыва, позволяющий выпуск пульпы
из торцов специальных раструбных труб, укладываемых на по¬
верхность карты намыва. Трубы наращивают в процессе намы¬
ва без его прекращения с помощью кранов повышенной прохо¬
димости. Намыв выполняют слоями высотой до 1 ... 1,5 м. Этот
способ является наиболее эффективным, так как обеспечивает
непрерывность процесса производства работ, полную их меха¬171
низацию и применяется обычно при намыве гравелистых, круп¬
ных, средних, мелких, даже пылеватых песков.Намыв планировочных насыпей, отвалов из глинистых
грунтов и подобных им отходов производств осуществляют
эстакадным способом, при котором производят рассредоточен¬
ный выпуск пульпы из отверстий в стенах труб. Эстакады вы¬
полняют высотой 2 ... 6 м. Пульпу к основанию обвалования
подают с помощью лотков.Обвалование намываемых площадей, отдельных карт выпол¬
няют из намытого или привозного грунта по мере наращивания
толщины намытого слоя. Дамбы первичного обвалования наибо¬
лее целесообразно отсыпать из песчаных, песчано-гравелистых
грунтов. При отсутствии этих грунтов допускается примене¬
ние местных мелких, пылеватых песков, глинистых грунтов в
талом состоянии.Намыв производят с учетом обеспечения равномерного от¬
тока воды с намываемой территории. Если при намыве устраи¬
вают длительные перерывы, то поверхность перед прекращением
намыва планируют таким образом, чтобы исключить скопле¬
ние застойной воды.По мере намыва элементы деревянных эстакад, а также
других деревянных конструкций разбирают и извлекают из на¬
мытого грунта.В процессе намыва осуществляют систематический поопера¬
ционный контроль за:правильностью выполнения всех подготовительных работ
по подготовке территории и грунта для намыва;соблюдением технологии разработки грунта в карьере, кот¬
ловане и т.п.;соблюдением технологии укладки грунта в плане и по вы¬
соте;видом, гранулометрическим составом, плотностью и други¬
ми характеристиками намываемых грунтов;состоянием возводимого сооружения и его откосов.Для определения плотности, влажности, гранулометрическо¬
го состава грунта отбирают пробы — одну на каждые 2... 5 тыс. м3
намытого грунта. При применении специальных методов до-
уплотнения уложенного грунта (виброкатками, вибротрамбов¬
ками, трамбующими машинами, тяжелыми трамбовками, гид¬
ровиброуплотнением) отбирают дополнительные пробы грунта
для определения его плотности в соответствии с требованиями
на эти методы.172
Контроль качества работ выполняют грунтовые лаборатории
или контрольные посты.Приемку выполненных работ по возведению планировочных
насыпей намывом выполняют по исполнительным схемам,
содержащим данные по расположению насыпей и отвалов с ука¬
занием их размеров, отметок, крутизны откосов, а также по ре¬
зультатам выполненных геотехнических контрольных испыта¬
ний, актов на скрытие работы.8.4.	ДОУПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ В ПЛАНОМЕРНО ВОЗВЕДЕННЫХНАСЫПЯХВ практике строительства известны случаи, когда по раз¬
личным причинам планировочные насыпи, подсыпки грунтов,
обратные засыпки котлованов на значительную высоту засы¬
пают сразу на всю высоту без уплотнения грунтов. Обычно это
происходит в связи с одновременным совмещением различных
видов строительных работ, выполнением работ в зимнее или
другое неблагоприятное время, неподготовленностью строитель¬
ных организаций к устройству планомерно возводимых насыпей
с качественным уплотнением грунта и т.п. В подобных слу¬
чаях происходит частичное самоуплотнение отсыпанных грун¬
тов во времени от их собственного веса, а также вибраций и
динамических воздействий от работающих механизмов и авто¬
транспорта. Однако, как показали результаты исследований
в различных условиях, плотность сухого глинистого грунта
при этом повышается незначительно — до 1,35 ... 1,55 т/м3 в
зависимости от глубины при одновременном увеличении влаж¬
ности. Причина заключается в том, что засыпку обычно выпол¬
няют в разное время года, отсыпанные грунты подвергаются
атмосферным осадкам, промерзанию и оттаиванию. Вслед¬
ствие недостаточной степени плотности и высокой влажности
такие грунты при использовании их в качестве оснований фун¬
даментов, технологического оборудования полов, дорог и т.п.
должны уплотняться. Удаление и замена грунтом оптимальной
влажности, особенно в стесненных условиях, строящихся корпу¬
сов сложны из-за невозможности использовать большегрузный
автотранспорт и экскаваторы с емкостью ковша более 0,6 м3,
что приводит к увеличению стоимости, сроков и трудоемко¬
сти работ по подготовке оснований под фундаменты зданий
и сооружений, технологическое оборудование, полы, доро¬
ги и т.п.Доуплотнение грунтов в планировочных насыпях, обрат¬
ных засыпках котлованов при толщине недостаточно уплотнен-173
мого слоя до 3 ... 6 м и степени влажности грунта не более
0,75 ... 0,8 целесообразно осуществлять тяжелыми трамбовками
с основанием диаметром 1,6 ... 3,0 м, весом 40 ... 150 кН. Внут¬
ри зданий и сооружений трамбовки обычно сбрасывают с высо¬
ты 3 ... 6 м в зависимости от высоты помещения. При толщине
слоя более 3 ... 6 м верхнюю часть грунта должны срезать, а
оставшийся слой с недостаточной степенью плотности и толщи¬
ной не более 3 ... 6 м доуплотнитъ тяжелыми трамбовками.
Для доуплотнения песчаных грунтов при небольшой толщине
слоя (до 2 ... 3 м) целесообразно применять тяжелые виброкат¬
ки, подвесные виброплиты, а при большей толщине — глубинное
гидровиброуплотнение, уплотнение песчаными сваями (см.
пп. 6.8, 6.9).В стесненных местах, когда размеры зданий или сооруже¬
ний по высоте превышают 8 ... 10 м, доуплотнение ранее отсы¬
панных глинистых грунтов целесообразно осуществлять грунто¬
выми сваями с пробивкой скважин станком ударно-канатного
бурения или пробивным снарядом на экскаваторе (см. п. 6.7).Во многих случаях в пределах нижних слоев толщиной до
3 м вполне возможно допускать снижение коэффициента уплот¬
нения грунта до ксот = 0,92. Однако снижение на отдельных
участках степени плотности грунта в пределах нижних, ранее
отсыпанных слоев, должно компенсироваться соответственным
повышением ее в верхнем, вновь отсыпанном, слое грунта до
кСот = 0,97 ... 0,98. При этом толщина верхнего слоя грунта
с повышенной степенью плотности должна быть не меньше тол¬
щины нижнего слоя с пониженной плотностью и не меньше 2 м.Некоторые примеры применения различных методов до¬
уплотнения грунтов в планомерно возведенных насыпях с
недостаточным уплотнением описаны в п. 8.6.8.5.	КОНТРОЛЬ ЗА КАЧЕСТВОМ РАБОТ
ПРИ УСТРОЙСТВЕ ПЛАНОМЕРНО ВОЗВОДИМЫХ НАСЫПЕЙПодготовка оснований на планомерно возводимых насы¬
пях, обратных засыпках котлованов и траншей представляет
собой большой комплекс работ, поэтому качество устройства
оснований под фундаменты, полы, дороги и т.п. можно обес¬
печить только при качественном выполнении всех видов работ.
Для этого при возведении планировочных насыпей, подсыпок,
обратных засыпок котлованов и траншей следует осущест¬
влять систематический пооперационный контроль, который
контролирует следующее:а)	качество выполненных работ по подготовке поверхности174
или дна котлована для возведения планировочных насыпей,
обратных засыпок;б)	соответствие отсыпаемого грунта принятому в проекте
производства работ или в технологической схеме их выполне¬
ния; однородность грунта: наличие гумусированного или поч¬
венного слоя, органических включений, строительного мусора,
комьев мерзлого грунта, переувлажненного грунта и т.п.;в)	толщину отсыпаемых слоев грунта;г)	влажность отсыпаемого грунта;д)	соответствие типа и массы грунтоуплотняющих механиз¬
мов, принятым в проекте или в технологической схеме произ¬
водства работ;е)	число проходов (ударов) грунтоуплотняющих механиЗ'
мов;ж)	степень плотности уплотненного грунта.Наблюдения и пооперационный контроль за качеством от¬
дельных видов работ в процессе возведения планировочных
насыпей, обратных засыпок котлованов осуществляются заказ¬
чиком, технической инспекцией, авторским надзрром, геотехни¬
ческой или строительной лабораторией, а контроль степени
плотности и влажности уплотненного грунта — геотехнической
или строительной лабораторией.При несоблюдении требований проекта или технологической
схемы производства работ контролирующие инстанции делают
соответствующие записи в журнале производства работ.Качество уплотнения грунтов оценивают по их плотности
в сухом состоянии, которую можно определить следующими
методами:1)	парафинирование отобранных проб грунтов из приямков
и шурфов;2)	режущее кольцо в приямках и шурфах;з)	радиоактивные изотопы поверхностными приборами;4)	радиоактивные изотопы в скважинах;5)	зондирование песчаных грунтов.Первые три метода используют, как правило, при толщине
отсыпаемых слоев до 1 м, а остальные — при толщине уплотнен¬
ного слоя более 1,0 ... 2 м.В процессе контроля качества уплотнения грунтов плотность
их определяют в каждом намеченном пункте при толщине
уплотненного слоя: до 50 см, — в середине слоя; 50 ... 80 см —
на двух горизонтах, расположенных на расстоянии 10 ... 15 см
от верха и низа слоя; 1,5 ... 2,5 м — через 50 см по глубине;
более 3 м — в пределах верхнего слоя на глубину 2 м через 0,5 м,
а ниже через 1 м по глубине.175
Контроль качества уплотнения грунтов на глубину до 3,5 м
во многих случаях целесообразно осуществлять по отказу.
Уплотнение признается удовлетворительным, если отказ —
величина понижения уплотненной поверхности от одного уда¬
ра — не превышает установленной при опытных работах величи¬
ны. Для трамбовок диаметром 1,2 ... 1,4 м и массой 2,5 ... 3,5 т
при высоте сбрасывания 3,5 ... 4 м отказ на глинистых грунтах
обычно равен 3 ... 4 см. Результаты контроля по отказу оформ¬
ляют актом или записью в журнале производства работ.При недостаточной степени уплотнения грунтов осуществля¬
ют их дополнительное уплотнение с увеличением массы, числа
проходов катка, груженых автомашин, а при уплотнении трам¬
бованием — увеличением диаметра, массы, высоты сбрасывания
трамбовки.Сдачу-приемку выполненных работ по устройству основа¬
ний на планировочных насыпях, обратных засыпках котлованов
проводит комиссия по данным журнала производства работ,
исполнительной схеме на сдаваемую площадь, результатам
послойного контроля за степенью плотности и влажности уплот¬
ненных грунтов.При отсутствии данных послойного контроля производят
проверку степени плотности отсыпанных грунтов одним из
принятых методов — один шуфр или скважина на каждые 300 ...
... 500 м2 уплотненной площади.аб. ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО
ЗАВОДА НА ПЛАНОМЕРНО ВОЗВЕДЕННОЙ
НАСЫПИ ИЗ ГРАВЕЛИСТОГО ГРУНТАПлощадка строительства металлургического завода (Кана¬
да) , расположенная на берегу залива, в геологическом отноше¬
нии характеризовалась мощной толщей осадочных отложений
(песок, гравий, ил и морские глины), ^неравномерно распреде¬
ленных по глубине. Наибольшее распространение имели отложе¬
ния ила и глины. Ниже осадочных отложений залегали скальные
грунты. В отдельных местах сверху (0,6 ... 6 м) эти отложения
содержали большой объем включений органического материала
в виде несгнившей растительности, пней и т.п. [ 1].Лабораторные исследования грунтов показали, что естест¬
венная влажность глин и илов колебалась от 0,15 до 0,32; пре¬
дел текучести глин изменялся от 0,27 до 0,32; а предел пластич¬
ности — от 0,19 до 0,22.Поверхность территории — неровная, на ней около 80 ям и
оврагов большой глубины. По условиям планировки завода176
требовался подъем всей территории размером 365x485 м на
высоту от 0 до 9 м и, таким образом, в основании сооружений
завода залегали насыпные грунты переменной толщины.Основные сооружения завода — здания плавильных печей
размером в плане 19,6*340 и высотой около 16 м, оборудован¬
ные электрическими кранами грузоподъемностью 20 т. Несущие
элементы зданий — металлические фермы и колонны. Стены и
кровля зданий плавильных печей обшита алюминиевым листом.В качестве основания всех сооружений завода использова¬
лась планомерно возводимая насыпь гравелистых песков с рас¬
четным сопротивлением основания 300 кПа. Насыпь отсыпалась
слоями с тщательным уплотнением. Перед устройством ее рас¬
тительный слой и грунт, содержащие большое количество орга¬
нических включений, срезались бульдозерами и удалялись. Глу¬
бина срезки составляла 0,9 ... 4,6 м.Гравелистый песок доставлялся на площадку самосвалами
из расположенного рядом карьера и разравнивался бульдозера¬
ми. Для того чтобы создать хорошее основание для транспорта,
первый слой на срезанном грунте был отсыпан толщиной около
0,9 м. Затем насыпь отсыпалась слоями по 15 см и доуплотня-
лась четырьмя проходками пневматических катков массой 50 т.Степень уплотнения насыпного грунта постоянно контроли¬
ровалась полевой грунтовой лабораторией. Плотность сухого
уплотненного грунта 2,09 ... 2,25 т/м3 соответствовала 95 %-й
максимальной плотности. Поскольку уплотняемостъ гравелисто¬
го песка мало зависит от влажности, то получение равномерной
плотности по площади не вызывало затруднений и давало воз¬
можность вести работы по устройству насыпи в любую погоду.
После устройства насыпи никаких осадок за счет ее уплотнения
не было обнаружено.Основные трудности возникли при возведении сооружений
завода в связи с осадкой их за счет сжатия сильно и неравномер¬
но сжимаемых подстилающих насыпь грунтов. Сжатие подсти¬
лающих грунтов происходило, главным образом, от веса насыпи,
который создал дополнительное давление на подстилающие
слои от 0,02 до 0,215 МПа, а давление от сооружений составляло
только около 0,027 МПа.При большой площади загрузки сжимаемая толща была
весьма значительной и включала в себя весь слой осадочных
отложений толщиной 106 м.Поскольку подстилающие грунты были представлены в
основном водонасыщенными глинистыми отложениями, уплот¬
нение их должно было продолжаться в течение нескольких лет.177
На основании данных лабораторных исследований было
подсчитано, что осадка будет равна в среднем 450 мм, причем
во время сооружения насыпи должна произойти только около
1/3 полной осадки. Стабилизация осадок должна была насту¬
пить через 2,5 года.Возведение сооружений завода необходимо был начать
сразу после устройства насыпи, не ожидая момента наступления
полной стабилизации осадок. В связи с этим возникли большие
затруднения, связанные с учетом величины и разности осадок
в отдельных точках. Для этого использовали данные лаборатор¬
ных исследований подстилающих грунтов. Кроме того, перед
устройством насыпи на срезанном грунте установили 15 глубин¬
ных марок (деревянные щиты размером 0,93x0,93 м, к центру
которых присоединены трубы для установки рейки). По мере
возведения насыпи трубы наращивались до необходимой вели¬
чины. Нивелировка по маркам велась от постоянного репера,
установленного на скале.После возведения фундаментов на них были установлены
190 марок, по которым в дальнейшем велись наблюдения.Данные наблюдений за осадками по мере возведения насыпи
и спустя один месяц послужили основанием для проверки со¬
ответствия теоретических осадок действительным. Сопоставле¬
ние показало их некоторое несоответствие. Так, через 2 мес.
после возведения насыпи осадки по 15 маркам изменялись в
пределах от 182 до 517 мм и в среднем были равны 380 мм
(рис. 8.1).С учетом данных дополнительных исследований сильно
сжимаемых глин результаты наблюдений за осадками по всем15	маркам были экстраполированы на различные периоды вре¬
мени на основе теоретических кривых уплотнения во времени.
На основании экстраполированных кривых было решено возво¬
дить фундаменты и колонны сооружений завода спустя 1 мес.
после отсыпки насыпи; при этом отметки заложения фунда¬
ментов назначались выше на величину осадки за последующие2,5	года. Затем намечалось произвести замыкание всех несущих
конструкций и их окончательную рихтовку. Было установлено,
что осадки, которые произойдут после 2,5 лет, будут небольши¬
ми и не повлияют на эксплуатацию завода.Исходя из этого решения, фундаменты колонн сооружений
возвели на различных отметках, определяемых по экстраполи¬
рованным кривым. Разность между отметками отдельных со¬
седних фундаментов не превышала 25 мм, но в некоторых пунк¬
тах была значительно больше и достигала 305 мм.178
Строительство продолжалось в течение двух сезонов, поэто¬
му потребовались многочисленные вычисления по определению
осадок фундаментов и необходимой глубины их заложения.
Замыкание несущих элементов и рихтовка не вызвали особых
затруднений.Особая сложность при строительстве сооружений завода
возникла в обеспечении равномерности осадок в месте примы¬
кания башни к сооружениям плавильных печей. Башня пред¬
ставляет собой жесткую систему с большой нагрузкой на основа¬
ние и имела в плане размер 15,2*18,2 и высоту 41,5 м. Осадки
подстилающего слоя в месте расположения башни были неболь¬
шие, но обладали значительной неравномерностью вследствие
его большой жесткости и могли проявиться только в виде кре¬
нов. По подсчетам, отклонение верхней части башни от верти¬
кальной оси к моменту сдачи завода в эксплуатацию составит
75 мм, поэтому было решено возводить башню с наклоном на
эту же величину в обратном направлении. Таким образом,
предполагалось, что к началу эксплуатации завода башня займет
вертикальное положение.Башня была построена в течение 7 мес. Монтаж стального
каркаса с наклоном около 0,002 практически затруднений не
вызвал. Наблюдения за осадками башни спустя некоторое время
после возведения показали, что предварительные расчеты под¬
тверждаются, крен башни уменьшается и составлял уже около
0,001.179Рис. 8.1. Развитие осадки подстилающего слоя грунта
от веса насыпи во времени1 — период отсыпки насыпи; 2 — период возведения
сооружения
В период возведения фундаментов, монтажа колонны и
после постоянно велись наблюдения за осадкой глубинных ма¬
рок и марок, установленных в фундаментах сооружений. На
рис. 8.1 показан график осадки подстилающего грунта по дан¬
ным одной глубинной марки: осадка через 19 мес.составляла
821 мм. Осадки по другим 14 маркам изменялись в пределах
от 365 до 1095 мм. Эти результаты свидетельствуют о значитель¬
ном расхождении (примерно в 1,5 ... 2,5 раза) с расчетными дан¬
ными.Осадки подстилающих фунтов от веса насыпи и сооружений
завода отличались значительной неравномерностью, но благодаря
возведению фундаментов с учетом возможной неравномерности
осадок (различная глубина их заложения), осадки мало влияли
на деформации конструкций. Это подтверждалось наблюдения¬
ми за осадками и осмотром отдельных сооружений в период
строительства завода, а незначительные трещины в конструкци¬
ях никак не влияли на эксплуатацию сооружений.Следует отметить положительный эффект предусмотренного
проектом увеличения жесткости сооружений за счет устройства
в нижней части двух железобетонных балок сечением 85х20
и 60*20 см, являющихся одновременно ограждающими кон¬
струкциями. Так, неравномерность осадок одного из сооруже¬
ний в месте наибольших осадок составляла 172 мм на длине63,5	м, но в нем не наблюдалось никаких деформаций и трещин.Приведенный опыт возведения сооружений завода показы¬
вает, что хорошо уплотненные планомерно возведенные насыпи
из гравелистого песка являются надежным основанием для
тяжелых сооружений при достаточно высоком давлении на грунт
(300 кПа). В этих случаях особое внимание должно обращаться
на осадки сооружений за счет уплотнения подстилающих насыпь
грунтов от веса насыпи.8.7.	ВОЗВЕДЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАСЫПОК КОТЛОВАНОВ
НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ КАМСКОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ЗАВОДАОсновные корпуса КамАЗа (автосборочный, двигателей,
прессово-рамный, кузнечный) возведены на свайных фунда¬
ментах из буронабивных свай с отметками заложения роствер¬
ков на глубине 2,5 ... 4,0 м от пола. Корпус серого ковкого
чугуна литейного производства, а также крайние оси прессово¬
рамного корпуса возведены на монолитных столбчатых фунда¬
ментах с глубиной заложения 4 ... 6 м и в отдельных местах до
8 м.180
Во всех корпусах имеется обширное подземное хозяйство,
включающее подвалы, тоннели стружко-уборки, пешеход*
ные тоннели, всевозможные коммуникации, приямки и т.п.
Глубина заложения подземных сооружений в зависимости от их
назначения изменяется от 2 до 8 м.На первом этапе строительства обратные засыпки котлова¬
нов и, в частности, при строительстве ремонтно-инструменталь¬
ного цеха возводились с широким использованием привозных
песчаных грунтов. На корпусах серого ковкого чугуна, а также,
частично, прессово-ремонтного обратные засыпки котлованов
на глубину до 6 ... 8 м были отсыпаны из местных глинистых
грунтов без уплотнения.В связи со значительным объемом работ по обратным
засыпкам, превышающим 8 млн. м3, была коренным образом
изменена принятая технология работ по возведению обратных
засыпок котлованов и для этого выполнен комплекс лаборатор¬
ных и, главным образом, полевых опытных работ, которые
позволили:исследовать эффективность уплотнения грунтов различными
грунтоуплотняющими механизмами, в том числе: пневмокатка¬
ми Д-525, гружеными автосамосвалами БелАЗ, КрАЗ, МАЗ, тя¬
желыми трамбовками с основанием диаметром 1,6 ... 1В м и
массой 2 ... 6 т; вибрационными машинами, и выбрать для этих
механизмов рациональную технологию уплотнения;исследовать в лабораторных условиях уплотняем ость раз¬
личных видов грунтов, прочностные и деформационные харак¬
теристики уплотненных грунтов и на этой основе назначить
необходимую степень уплотнения грунтов ксот > 0,93;изучить в реальных условиях влияние промерзания уплот¬
ненных грунтов и грунтов естественного сложения на осадки
фундаментов и установить допустимую глубину промерзания
уплотненных грунтов в основаниях полов;определить сжимаемость уплотненных до различной степени
плотности насыпных глинистых грунтов в натуральных усло¬
виях, что позволило снизить коэффициент уплотнения с ксот >
^ 0,95 до ксот ^ 0,93;изучить влияние трамбования на близко расположенные под¬
земные конструкции фундаментов, тоннелей и использовать
для уплотнения грунтов у массивных конструкций те же трам¬
бовки, но сбрасываемые с пониженной до 3 ... 4 м высоты, а у
конструкции недостаточной жесткости применить глубинное
уплотнение пробивкой скважин (грунтовыми сваями) ;исследовать эффективность уплотнения насыпных глинис¬181
тых грунтов в обратных засыпках котлованов на глубину до
10 м грунтовыми сваями и на этой основе разработать предло¬
жения по применению данного метода;разработать технологические схемы производства работ по
устройству обратных засыпок в различных условиях, оценить
эффективность применения этих схем и проверить качество
уплотнения грунтов.Обратные засыпки при строительстве промышленных пред¬
приятии обычно отличаются разнообразием котлованов и площа¬
дей различной глубины, формы. Несмотря на это, устройство
обратных засыпок котлованов на КамАЗе было подразделено на
три характерные группы (рис. 8.2): на относительно свободных
территориях, в глубоких пазухах и траншеях, в узких щелях
и траншеях.Относительно свободными территориями являются участки
внутри промышленных зданий с пролетами не менее 12 м и шаге
колонн не менее 6 м, траншеи при ширине их в 1v5 ... 2 раза и
длине в 8 ... 10 раз, превышающей соответственно ширину и
длину работающих механизмов. Особенность работ на таких
территориях состоит в том, что на них обеспечивается маневри¬
рование работающих механизмов, возможность отсыпки, разрав¬
нивания и уплотнения грунтов наиболее производительными ме¬
ханизмами (автосамосвалы, бульдозеры, катки на пневмоколес-
ном ходу, скреперы и т.п.).Пазухами и траншеями являются выработки, образовавшие*
ся у стен подземных сооружений (тоннелей, подвалов, приям¬
ков, фундаментов), а также траншей для прокладки инженер¬
ных комм'-'никаций и т.п. Пазухи, как правило, имеют • одну-
две вертикальные стены из конструкций заглубленных частей
зданий, а две другие — наклонные, соответствующие углу естест¬
венного откоса местных фунтов. Характерной особенностью
работ по устройству обратных засыпок в глубоких пазухах и
траншеях являются стесненные условия при засыпке их нижних
частей и расширение фронта работ по мере подъема отсыпки.Узкими щелями и траншеями являются выработки шири¬
ной менее 2 м, образованные смежными фундаментами, роствер¬
ками, стенами подвалов и тоннелей и т.п. К щелям также отно¬
сятся засыпанные участки глубоких пазух вдоль стен, подвалов
и тоннелей, где уплотнение грунта из-за опасности повреждения
конструкций невозможно производить тяжелыми механизмами.
Работы по обратным засылкам в узких щелях и траншеях харак¬
теризуются стесненными условиями.Исходя из имеющегося большого разнообразия котлова-182
Рис. 8.2. Характерные участки устройства обратных засылок котлованов
в корпусах КамАЗа (размеры в м)1 — относительно свободные площади; 2 — глубокие пазухи; 3 — узкие
щели; 4 — продольный тоннель; 5 — поперечный тоннель; 6 — роствер¬
ки; 7 _ сваи; 8 — колонны; 9 — отметка основания пола; /, //, /// — по¬
следовательности отсыпки слоевнов, выемок и траншей, работы по устройству обратных засы¬
пок котлованов выполнялись по трем основным технологи¬
ческим схемам (см. рис. 8.2).Первая — относится к относительно свободным площадям в
пролетах корпусов, в которых отсутствуют тоннели, приямки,
глубокие выемки. Технология производства работ основыва¬
ется на послойной отсыпке грунтов с последующим его уп¬
лотнением в основном катками на пневмоколесном ходу и
груженым автотранспортом,(участок I).Вторая — применяется при устройстве обратных засыпок
в глубоких пазухах и предусматривает послойную отсыпку
грунтов слоями толщиной до 2 ... 3 м и уплотнение и тяжелыми
трамбовками (участок II).183
Третья — относится к возведению обратных засыпок в уз¬
ких щелях засыпкой грунтов сразу на всю глубину с последую¬
щим уплотнением его грунтовыми сваями с помощью станков
ударно-канатного бурения БС-1М (участок III).Основной объем обратных засыпок на КамАЗе был выпол¬
нен в течение двух лет, причем практика их выполнения показа¬
ла, что работы, связанные с повторным уплотнением грунтов,
как правило, трудоемки и не технологичны. Поэтому во избе¬
жание повторных работ по уплотнению грунтов обычно не про¬
водилась отсыпка слоев фунта повышенной толщины, увеличи¬
валось количество проходов и ударов, применялись механизмы
эффективного уплотнения. В результате в большинстве случаев
степень плотности грунтов в обратных засыпках оказывалась
значительно выше требуемой.По автосборочному корпусу из общего количества опре¬
делений плотности уплотненного грунта 12 085 только в 427
пробах (3,5%) плотность грунта оказалась ниже требуемой.
По прессово-рамному корпусу при 7569 определений плотности
грунта 388 проб (5,1 %) оказались ниже требуемой, но также
входящей в допустимый диапазон ее изменения. Минимальное
значение плотности сухого уплотненного грунта по этим корпу¬
сам равнялось 1,5 т/м3, максимальное — 1,85 ... 1,83 т/м3,
среднее — 1,64 т/м3.В корпусе серого ковкого чугуна основной объем обратных
засыпок на начальном этапе был отсыпан без достаточного уп¬
лотнения, поэтому доуплотнение грунта в верхнем слое (2 ...
... 3 м) производилось до плотности в сухом состоянии
1,65 т/м3 (ксот = 0,95), а в нижнем слое (2 м) — 1,55 т/м3 при
минимально допустимом значении 1,5 т/м3. Средняя плотность
сухого уплотненного грунта оказалась равной 1,63 т/м3, мини¬
мальное значение 1,5 т/м3, а общее количество проб с плотно¬
стью 1,55 ... 1,5 т/м3 не превышало 20 % из 4607 определений.Внедрение рациональной технологии устройства обратных
засыпок котлованов на строительстве основных корпусов толь¬
ко за счет замены привезенного песчаного грунта на местный
глинистый в пристенной части тоннелей в объеме около
40 тыс. м3 позволило получить экономический эффект в сумме1,2	млн. руб., а суммарный экономический эффект превысил3,5	млн. руб.184
8.8.	ВОЗВЕДЕНИЕ НАСЫПИ СТИПЛЬ-ЧЕЗНОГО КРУГА
ОЛИМПИЙСКОЙ КОННО-СПОРТИВНОЙ БАЗЫ В МОСКВЕСтипль-чезный круг является центральным сооружением
Олимпийской конно-спортивной базы в Битцевском лесопарке
Москвы, расположен на площади 240x760 м и состоит из бего¬
вых дорожек, имеющих в плане форму вытянутого эллипса.По данным инженерно-геологических изысканий, террито¬
рия строительства конно-спортивной базы находится на флювио-
гляциальной террасе прорезанной оврагом, пересекающим ее в
южной части. Глубина оврага достигает 13 м, ширина по дну —
до 20 ... 30 м. Флювиогляциальные отложения представлены в
основном суглинками с природной влажностью 0,10 ... 0,22
с прослойками супеси, плотностью сухого грунта 1,65—1,83 т/м3.При проектировании стипль-чезного круга были рассмотре¬
ны два варианта устройства насыпи высотой 14 м.Первый вариант предусматривал возведение насыпи через
овраг из малосжимаемого привозного песка средней крупности.
Для этого потребовалось около 70 тыс. м3 песка при стоимос¬
ти его укладки около 5 руб. за 1 м3.Второй вариант предусматривал возведение насыпи из мест¬
ных суглинистых грунтов без нормируемого уплотнения с после¬
дующим устройством под покрытие газона сплошной железо¬
бетонной плиты на свайном фундаменте в виде сплошного
свайного поля, прорезающего всю высоту насыпи.Оба варианта оказались экономически неоправданными.
Первый — требовал доставки большого объема песка в сложных
городских условиях, а второй — применения забивных свай дли¬
ной до 20 м и устройства железобетонной плиты, что связано со
значительными затратами труда, средств и материалов.На основании исследований приняли решение возводить
через овраг насыпь стипль-чезного круга с качественным уплот¬
нением из местных суглинистых грунтов, получаемых при
срезке грунтов в нижней части площадки, а также при отрывке
котлованов по фундаменты зданий и сооружений конно-спор¬
тивной базы.Однако принятый вариант имел свои сложности, заключаю¬
щиеся в повышенной влажности суглинистых грунтов естест¬
венного сложения, в большинстве случаев на 0,02 ... 0,06 превы¬
шающей оптимальную, что создавало определенные трудности
при их уплотнении. Подсушить грунт в процессе строительства
было невозможно, наоборот, ожидалось неизбежное повыше¬
ние влажности за счет атмосферных осадков.185
Чтобы установить минимально допустимую степень плот¬
ности в насыпи и выбрать соответствующие уплотняющие меха¬
низмы, были выполнены лабораторные и полевые исследования
по изучению уплотняемости местных глинистых грунтов и из¬
менчивости физико-механических характеристик при различной
степени уплотнения (рис. 8.3), после которых в качестве конт¬
рольной характеристики был принят коэффициент уплотнения
0,95, что соответствует плотности супеси в сухом состоянии1,6	т/м3, суглинков с числом пластичности /р = 0,07 ... 0,12 и
/р — 0,14 соответственно 1,7 и 1,9 т/м3. При этом допускалось
снижение требуемого коэффициента уплотнения грунта в отдель¬
ных пробах до 0,92; т.е. для супесей и суглинков соответствен¬
но до 1,55; 1,65 и 1,85 т/м3. Для указанных значений плотности
грунтов интервалы допустимого изменения влажности для су¬
песей, суглинков соответственно равняются 0,09 ... 0,20;
0,07 ... 0,18 и 0,06 ... 0,14. При снижении коэффициента уплот¬
нения до 0,92 допускается повышение влажности соответствен¬
но до 0,22; 0,20 и 0,19, т.е. в этом случае природная влажность
грунтов практически укладывается в допустимые пределы по
условиям уплотнения.Необходимо отметить, что заданные значения степени уплот¬
нения грунтов для супесей близки их природной степени плот¬
ности, а для суглинков в 1,05 ... 1,15 раза превышают ее. Таким
образом, данные испытаний показали, что местные глинистые
грунты могут быть использованы в качестве основания стипль-
чезного круга и насыпи, за исключением участка на дне оврага,
на котором предусмотрена замена наносных заиленных грунтов.Так как местные глинистые грунты имели повышенную
влажность, была применена послойная отсыпка грунтов с уплот¬
нением каждого слоя укаткой пол у прицепными самоходными
катками Д-551 А на пневмоколесном ходу и автосамосвалами
КрАЗ, привозящими грунт на место укладки.Перед устройством насыпи выполнялись работы по подго¬
товке поверхности основания, включающие: удаление раститель¬
ного слоя, уборку переувлажненного и насыпного грунта, под¬
резку бортов оврага, уплотнение грунта в основании путем укат¬
ки его катками на пневмоколесном ходу.Устройство насыпи в пределах оврага производили в следую¬
щем порядке: отсыпка и разравнивание грунта бульдозерами
горизонтальными слоями толщиной 60 см; уплотнение грунта
в отсыпанном слое пневмокатками; проверка качества уплот¬
нения грунта в каждом слое. Для этого вся площадь разбивалась
на три захватки длиной по 60 ... 100 м. Грунт доставлялся186
Рис. 8.3. Изменения средних зна¬
чений плотности в сухом состоя¬
нии уплотненных грунтов (/)
и кривые стандартного уплотне¬
ния [2) для суглинков с /п >
> 0,14 (а); суглинков с Гр —— 0,07 ... 0,12 (6); супесей с
/р <0,07 (в)автосамосвалами КрАЗ, движение которых осуществлялось
таким образом, чтобы обеспечить уплотнение ранее отсыпанного
грунта на соседних захватках.Окончательное уплотнение каждого слоя выполняли катка*
ми по всей площади. После уплотнения каждого слоя проверяли
качество уплотнения — определяли плотность сухого грунта
методом режущего кольца и отбора проб на влажность. Пункты
контроля качества назначали на каждые 500 м2 уплотненной по¬
верхности, но не менее трех на каждую захватку. Пробы отбира¬
ли с глубины 0,4 м от уплотненной поверхности.Отсыпку каждого последующего слоя выполняли только
после проверки качества уплотнения предыдущего слоя и
получения соответствующего разрешения от лаборатории. На
участках с недостаточным уплотнением производили дополни¬
тельное уплотнение грунта, а при наличии переувлажненного
грунта - выемку его и замену грунтом с влажностью, близкой
к оптимальной.Для отсыпки насыпи вначале использовали супеси, затем
суглинки. В связи с этим, в процессе отсыпки приходилось
периодически выполнять стандартное уплотнение грунтов и кор¬
ректировать требуемую плотность уплотненного грунта, что в
известной степени усложняло производство работ.187
Работы были выполнены в период без дождей — с середины
июля по середину августа, что при достаточно интенсивном их
выполнении способствовало подсушиванию грунтов и полностью
обеспечило использование местных переувлажненных грунтов
с качественным их уплотнением.После завершения работ был выполнен анализ результатов
определения плотности сухого грунта и его влажности с учетом
вида уплотненного грунта и соответствующих ему графиков
стандартного уплотнения.Приведенные на рис. 8.3 кривые 1 средних значений плотно¬
сти сухих уплотненных грунтов показывают, что их значения
значительно выше величин максимальной плотности сухого
грунта, полученной по стандартному уплотнению (кривая 2),
а фактические значения влажности грунтов значительно выше,
чем по данным инженерно-геологических изысканий. Как видно
из рис. 8.3 фактическая плотность уплотненных супесей равня¬
лась 1,6 ... 1,77 т/м3, суглинков с числом пластичности /р =
= 0,07 ... 0,12 — Pd = 1.68 ... 2,02 т/м3 и суглинков с числом
пластичности /р = 0,14 — pd = 1,76 ... 2,14 т/м . При этом факти¬
ческая влажность грунтов в насыпи изменялась от 0,07 до 0,22.Таким образом, фактически полученная степень плотности
грунта в насыпи значительно превышала заданную, и коэффици¬
ент уплотнения составлял 0,92 ... 1,05; причем некоторое сниже¬
ние степени плотности происходило, вследствие повышенной
влажности грунтов, практически равномерно по площади и не
могло вызвать существенных неравномерных осадок.Повышение фактической степени плотности в сравнении с
заданными по стандартному уплотнению значениями объясня¬
ется неизбежным в этих условиях перемешиванием грунтов и
уплотнением в две стадии, примененным при возведении насыпи
стипль-чезного круга. На первой стадии — уплотнение производи¬
лось автотранспортом, обеспечивающим подвозку грунта; на
второй — после соответствующих планировочных работ доуплот¬
нение полу прицепными самоходными катками массой до 40 т,
а также увеличением числа проходов катков до 12 ... 20.В процессе разработки предложенного варианта устрой¬
ства насыпи принималось, что осадки подстилающих грунтов
от веса насыпи составляет 3 ... 5 см, а осадки грунтов самой
насыпи от ее веса 5 ... 8 см. Исходя из этого, намечалось преду¬
смотреть строительный подъем на осадку насыпи порядка 10 ...
... 12 см, однако в связи с тем, что насыпь отсыпана и уплотне¬
на с высоким качеством от строительного подъема отказались.188
Возведение насыпи стипль-чезного круга из местных гли¬
нистых грунтов вместо привозных песчаных* по сравнению с
первым вариантом позволило снизить стоимость работ на
381 тыс. руб.; по сравнению со свайным (вторым) вариантом
стоимость снизилась на 131 тыс. руб. при одновременной эконо¬
мии около 4 тыс. м3 бетона и свыше 150 т арматуры.ГЛАВА 9УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТОВНА ОТВАЛАХ ГРУНТОВ И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ9.1.	ДОУПЛОТНЕНИЕ ОТВАЛОВ ГРУНТОВ
И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВКак отмечалось ранее, отвалы грунтов и отходов произ¬
водств характеризуются достаточно однообразным составом
и сложением, однако плотность, влажность и другие физические
характеристики отвалов могут существенно изменяться и в свя¬
зи с этим изменяться их сжимаемость в различных пунктах пло¬
щадки. Поэтому одним из основных мероприятий при устрой¬
стве оснований и фундаментов на отвалах грунтов и отходов
производств является подготовка основания, выполняемая
обычно доуплотнением различными методами (см. гл. 6).Основным методом доуплотнения отвалов грунтов и отхо¬
дов производств, так же как и планомерно возведенных насы¬
пей, является поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовка¬
ми. При применении тяжелых трамбовок и в особенности повы¬
шенной массы до 15 ... 25 т с основанием диаметром 3 ... 4 м
достигается весьма значительная глубина уплотнения до 6... 10 м,
причем с высокой степенью плотности, близкой к максималь¬
ной, практически во всех видах гравелистых, песчаных, глини¬
стых грунтов и подобных им отходов производств. Кроме это¬
го, за счет интенсивных динамических воздействий в процес¬
се уплотнения происходит обрушение и плотное заполнение
крупных пустот в насыпном грунте, частичное разрушение
недостаточно прочных крупных включений, благодаря чему
в Дальнейшем практически полностью исключается образо¬
вание суффозионных процессов и тем самым дополнитель¬
ных осадок.Важным обстоятельством является то, что в процессе по¬
верхностного уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками воз¬189
можно оценить однородность уплотняемых грунтов по составу,
степени плотности, влажности, а также выявить места скопления
органических веществ, торфа, заторфованных грунтов. Одно¬
родность отвалов грунтов и отходов производств по составу и
степени плотности определяют по относительной и общей вели¬
чине понижения уплотняемой поверхности. Опыт уплотнения по¬
казывает, что чем выше крупность частиц крупнообломочного,
песчаного фунта, а также плотность сложения, тем меньше
удельное понижение от одного удара трамбовки и общая вели¬
чина понижения уплотненной поверхности.Разнородность грунтов, особенно глинистых, по влажности
определяют по величине отказа, а также по внешнему виду
уплотняемого грунта. При повышенной влажности грунтов ве¬
личина отказа повышается до 1,5 ... 3 раз, происходит выпор
грунта из-под трамбовки с образованием по периметру каждого
ее следа, наблюдается разжижение глинистого грунта.При наличии в насыпных грунтах мест скопления органи¬
ческих материалов, торфа, заторфованного грунта, так же как
и при повышенной влажности, происходит резкое повышение
величины понижения трамбовки от одного удара и отказа, вы¬
пор грунта из-под трамбовки, разжижение грунта. Кроме этого,
в подобных случаях часто происходит выход органических ве¬
ществ, торфа на поверхность грунта.Для выявления участков и пунктов с резко отличающимися
видом грунта, плотностью, влажностью, скоплением органиче¬
ских материалов в отвалах грунтов и отходов производств до
начала основных работ по поверхностному уплотнению тяжелы¬
ми трамбовками выполняют опытное уплотнение в различных
местах площадки в 2 ... 4 следа с замером удельной и суммар¬
ной величин понижения. Обычно при разнородной начальной
плотности грунт в результате уплотнения доводится до одина¬
ковой плотности и равномерной сжимаемости. При разнородном
составе грунт можно доуплотнять до одинаковой плотности, но
при этом сжимаемость его остается переменной. Возможность
использования такого разнородного грунта в основании опреде¬
ляется по среднему значению модуля деформации £, коэффи¬
циенту изменчивости сжимаемости а. Наибольшая неравномер¬
ность по сжимаемости обычно наблюдается при уплотнении
глинистых грунтов, поэтому на участках и в пунктах с повышен¬
ной влажностью глинистого грунта (превышающей допустимый
диапазон в соответствии с данными гл. 5) производят замену
его местным глинистым грунтом, аналогичного состава, вида
и с влажностью, близкой к оптимальной.190
При отсутствии кранов~экскаваторов большой грузоподъем¬
ностью доуплотнение отвалов грунтов и отходов производств
выполняют в два слоя, вначале отрывают котлован на глубину
не более 0,9 ... 0,7 возможной глубины уплотнения трамбовкой
принятого вида. Затем уПлотняют грунт тяжелыми трамбовками
до отказа. После этого вь1^олняют 113 вынутого или мест¬
ного грунта грунтовую поДУшкУ с уплотнением ее той же трам¬
бовкой или послойным уплотнением укаткой.Доуплотнение отвалов песчаных грунтов и подобных им по
составу и прочностным характеристикам отходов производств
на глубину до 2 ... 3 м в о многих случаях целесообразно выпол¬
нять тяжелыми виброкатками (массой более 10 ... 15 т), подвес¬
ными виброплитами.Во многих случаях, так же как и на планомерно возведен¬
ных насыпях, доуплотнение отвалов грунтов и отходов произ¬
водств допускается производить только в пределах верхней час¬
ти основания. Однако пониженная плотность и повышенная
сжимаемость нижней части сжимаемой зоны должны быть ком¬
пенсированы более низкой сжимаемостью в верхней части за
счет доуплотнения грунта до коэффициента уплотнения ксот =
= 0,97... 0,98.При необходимости доуплотнения на глубину более 6 ... 8 м
применяют глубинные методы (уплотнение песчаных грунтов и
подобных им отходов производств песчаными сваями, глубин¬
ными вибраторами, глубинными взрывами, а глинистых —
грунтовыми сваями — см. гл. 6).В последние годы успешно разрабатывают и начинают ус¬
пешно применять в практике отечественного и зарубежного
строительства новые методы уплотнения слабых, в том числе
насыпных грунтов, втрамбовыванием в слабый грунт жесткого
грунтового материала (мелкого камня, щебня и т.п.) с поверх¬
ности тяжелыми трамбовками либо через скважины. Последний
метод глубинного уплотнения называют армированием столбами
из прочного материала. Сущность и особенности технологии вы¬
полнения работ по этим методам описываются ниже по опыту
их применения в гг. Констанце (СРР) и Кингисеппе.9.2.	ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА НА ОТВАЛАХ
ВСКРЫШНЫХ ГРУНТОВОтвалы вскрышных грунтов, образующихся при горно¬
технических работах, часто занимают огромные территории
(по несколько десятков и сотен гектаров) и в большинстве
своем пригодны под застройку капитальными зданиями, напри¬191
мер при строительстве ремонтно-механической базы (РМБ),
эстакады трубопроводов и других объектов на ПО "Фосфорит"
в Кингисеппе, большая часть территории которого занята от¬
работанными карьерами, засыпанными вскрышнь1ми породами.Насыпные грунты отвалов вскрышных пород представляют
собой щебень, дресву известняка, глыбы песчаника диаметром
до 1 м с супесчано-суглинистым заполнителем, имеют давность
отсыпки от 1 ... 2 до 6 ... 10 лет, характеризуются неравно¬
мерным составом, различным соотношением крупнообломочно¬
го скелета и глинистого заполнителя, обладают рыхлым сложе¬
нием и неравномерной сжимаемостью. Процесс самоуплотнения
насыпных грунтов от собственного веса на большой части тер¬
ритории завершен. Насыпные грунты подстилаются плотными
песками и песчаниками. После выполнения вертикальной плани¬
ровки средняя толщина насыпного слоя грунта под фундамен¬
тами зданий РМБ составила 8 м. Уровень грунтовых вод на
территории РМБ располагается на глубине 4,5 м, а на участке
эстакады — 6 ... 12 м от поверхности планировки.Производственные здания РМБ — одноэтажные, с железо¬
бетонным каркасом с шагом колонн 6 и 12 м, высотой до
22,8 м, с пролетами до 24 м и кранами грузоподъемностью до
50 т. Здания имеют пристройки высотой до трех этажей и подва¬
лы глубиной до 4,8 м. Вертикальные нагрузки на колонны
каркаса составляют от 400 до 3200 кН, горизонтальные — до
140 кН, моменты достигают до 800 кН - м. Эстакада под межце¬
ховые сети аммиака состоит из отдельных колонн, на которые
опираются трубопроводы. Вертикальные нагрузки на промежу¬
точные опоры достигают 200 кН, моменты — 400 кН * м.По первичному проекту здания РМБ должны были возво¬
дить на забивных сваях сечением 30x30 см, длиной 6 ... 10 м с
опиранием их на подстилающие песчаники. Однако устройство
свайных фундаментов приводит к весьма существенным допол¬
нительным затратам. Кроме этого, пробная забивка свай пока¬
зала, что до 20 % свай из-за наличия в насыпных грунтах круп¬
ных включений невозможно погрузить до кровли песчаника.
В связи с этим, было принято решение об использовании отвалов
вскрышных грунтов в качестве оснований под фундаменты, но
с поверхностным уплотнением их тяжелыми трамбовками мас¬
сой 5 и 10 т.До начала работ на девяти площадках с толщиной насыпного
слоя от 5 до 9 м было выполнено опытное уплотнение, с целью
определить необходимое число ударов трамбовки, достигаемое
понижением трамбуемой поверхности, величины "отказов"192
и глубину уплотнения. По данным опытного уплотнения трам¬
бовкой массой Ют установлено, что в зависимости от толщины
насыпного слоя понижение поверхности после 14 ударов трам¬
бовки изменяется от 0,91 до 1,46 м при среднем значении 1,1 м,
а величина "отказа", т.е. понижение уплотняемой поверхности
от одного удара после окончания уплотнения — от 3,5 до 5 см.Глубину уплотнения определяли сравнением плотности су¬
хого грунта на различных глубинах. Вычисленные значения pd
для уплотненного и неуплотненного грунта приведены на графи¬
ке (рис. 9.1), из которого видно, что после трамбования pd
увеличивается на 2,2 ... 14,7 %, а глубина уплотнения составляет
около 6 м. Результаты испытаний на сжимаемость грунтов
опытными фундаментами размером 1,4*1,4 м показали, что
модуль их деформации после уплотнения увеличивается более
чем в два раза и достигает 15 ... 19 МПа.На основе результатов опытных работ был составлен проект
устройства столбчатых фундаментов зданий РМБ в уплотненных
насыпных грунтах. При этом расчетное давление на основание
принималось равным до 0,4 МПа.Уплотнение насыпных грунтов под фундаменты строящихся
зданий РМБ производили трамбовкой массой Юти диаметром
2,4 м, подвешиваемой к стреле крана-экскаватора Э-2505, а под
полы и фундаменты технологического оборудования — обычны-
ми трамбовками диаметром 1,6 м и массой 5 т с использованием
экскаваторов Э-1252. Планировку для котлованов вначале
выполняли так, чтобы отметка уплотняемой поверхности в про¬
лете каркаса была на 0,5 м выше проектной отметки низа пола,193Рис. 9.1. Изменение по глубине
плотности грунта в сухом сос¬
тоянии1 до уплотнения; 2 - после
уплотнения
а в зоне фундаментов каркаса зданий — на 1 м выше отметки
подошвы фундаментов с учетом понижения поверхности грунта
после уплотнения. Однако планировка котлованов под две
отметки оказалась неудобной. В последующем котлованы
отрывали с недобором грунта на 0,5 м, производили по всей
площади уплотнение трамбовками диаметром 1,6 м, а затем
трамбовкой диаметром 2,4 м уплотняли участки, расположен-
ные в зоне фундаментов каркаса.В местах, где насыпной грунт содержал избыток переувлаж¬
ненного заполнителя, приводившего к выпиранию грунта в про¬
цессе уплотнения и снижению эффективности этого процесса,
производили выемку грунта на глубину от 1 до 2 м, заполняли
образовавшиеся котлованы крупнообломочным насыпным
грунтом с минимальным содержанием заполнителя и уплотня¬
ли лрамбовкой по принятой технологии. В зимнее время грунт
уплотняли в талом состоянии после удаления с его поверхности
снега, льда, незамерзшей воды и промерзшего грунта. Промер¬
зание допускалось лишь на отдельных участках на глубину не
более 0,2 м. При большей глубине промерзания перед началом
уплотнения промерзший слой удаляли и производили отсыпку
талого грунта с содержанием крупнообломочных фракций
60... 70%.На участках, где переувлажненные грунты занимали боль¬
шую площадь, залегали на значительную глубину и заменять их
по всей площади крупнообломочным грунтом было экономиче¬
ски нецелесообразноf уплотнение проводили созданием стол¬
бов из крупнообломочного грунта по технологии вытрамбовы¬
вания котлованов. Для этого заостренной трамбовкой массой
3 т, длиной 2,3 м и диаметром в верхней части 0,9 м в насыпном
грунте пробивали скважину, а затем в нее втрамбовывали
крупнообломочный грунт. Заостренную трамбовку подвешива¬
ли к стреле крана-экскаватора Э-1252 на направляющей стойке,
использование которой позволило наносить серию ударов трам¬
бовкой по одному месту и вытрамбовывать за 8 ... 16 ударов
скважину-котлован правильной формы на глубину 2,3 м.Сначала в образовавшийся котлован крупнообломочный
грунт засыпали лишь на половину его глубины и уплотняли
его пятью — семью ударами трамбовки, сбрасываемой с высоты5	... 6 м. Затем засыпали вторую порцию на 0,3 м выше требуе¬
мой поверхности и проводили ее уплотнение. После выполнения
по описанной технологий всех столбов поверхность дополнитель¬
но уплотняли трамбовкой массой 10 т. При вытрамбовывании
скважины-котлована за счет вытеснения грунта в стороны про-194
IVic. 9.2. Схем8 расположений
столбов из уплотненного грун¬
та под фундаментом колонны
корпусаисходило его уплотнение с образованием постепенно расширяю¬
щейся уплотненной зоны вокруг скважины (рис. 9.2). В резуль¬
тате в массиве образовывался столб из крупнообломочного ма¬
териала диаметром 1 ... 1,2 м и глубиной до 2,8 м, а диаметр
уплотненной зоны доходил до 3,6 м. Под фундаменты основ¬
ных колонн каркаса размером в плане 4,5*6 м обычно выполня*
ли по пять столбов (см. рис. 9.2), а под менее нагруженные —
по два-три.Проверка качества поверхностного уплотнения насыпных
грунтов тяжелыми трамбовками, в том числе с созданием стол¬
бов из крупнообломочного грунта, осуществлялась после доуп¬
лотнения их трамбовкой массой 10 т по величине "отказа".
Контрольное трамбование проводили в отдельных точках.
Для этого в каждом намеченном пункте определяли отметку
поверхности уплотненного грунта нивелированием. Затем по
одному месту наносили два-три удара трамбовкой, сбрасывае¬
мой с высоты 5 ... 6 м, и выполняли повторную нивелировку
для определения "отказа". Контрольное уплотнение с определе¬
нием величины "отказа" выполняли на каждые 150 м2 уплот¬
ненной поверхности грунта, а при уплотнении столбами из круп¬
нообломочного грунта — на каждом фундаменте. Качество
уплотнения грунтов трамбовками признавалось удовлетвори¬
тельным, если среднее общее понижение уплотненной поверх¬
ности для трамбовки массой Ют составляло 1 м, для трамбовки
массой 5т — 0,5 м, а величина "отказа" для трамбовок 10 и 5 т
не превышала соответственно 3,5 и 1,5 см. В случае, если эти195
(Vic. 9.3. Фундаменты в вытрам¬
бованных коуло ванах под эста¬
кады высокой опоры (а) и низ¬
кой опоры (б)1	— фундамент в вытрамбован¬
ном котловане; 2 — уплотнен¬
ная зона грунта; 3 — высокая
опораусловия не выполнялись, проводили дополнительное уплотне¬
ние грунтов.Фундаменты под колонны эстакады трубопроводов меж¬
цеховых сетей аммиака устраивали в вытрамбовыванных котло¬
ванах двух типов (рис. 9.3). Под низкие опоры, на которые пе¬
редавалась в основном вертикальная нагрузка до 200 кН, котло¬
ваны вытрамбовывали шестигранной в плане трамбовкой разме¬
ром, м, по верху — 0,9 и по низу — 0,7, высотой 2 и заострением
0,3. Глубина котлована составляла 1,8 ... 2 м. Под фундаменты
высоких опор, воспринимающих моменты до 400 кН • м, котло¬
ваны вытрамбовывали квадратной трамбовкой размером по¬
верху 1,2x1,2 м, по низу — 0,7x0,7 м и общей высотой 2,2 м. В
верхней части этих фундаментов устраивали стакан для заделки
железобетонных колонн.Фундаменты в вытрамбованных котлованах под высокие
опоры испытывали на вертикальную нагрузку до 1200 кН и
горизонтальную до 500 кН. Всего было испытано четыре фунда¬
мента при различных сочетаниях вертикальной и горизонталь¬
ной нагрузок. Результаты испытаний фундаментов на вертикаль¬
ную нагрузку показали, что зависимость осадки от нагрузки
имеет линейный характер. В соответствии [16] расчетные верти¬
кальные нагрузки на фундаменты при предельно допустимой
осадке для эстакады 3 см составляют 550 ... 800 кН, что в
2,7 ... 4 раза превышает действующую на них нагрузку. Данные
испытания фундаментов на горизонтальные нагрузки при верти¬
кальных нагрузках, равных 0, 400, 800 кН, свидетельствуют о
достаточно высокой их несущей способности. За расчетную го¬
ризонтальную нагрузку в данном случае целесообразно принять
величину, при которой горизонтальные перемещения составляют196
10 мм. При этом условии расчетные горизонтальные нагрузки на
фундамент составили 174,240,370 кН, т.е. зависимость горизон¬
тальной нагрузки от вертикальной линейна. Максимальный мо¬
мент, действующий на фундаменты эстакады,составил400кН*м.
Его можно представить в виде условной горизонтальной силы
160 кН, приложенной к верху фундамента. Эта сила на 25 %
меныге расчетной (200 кН), полученной по результатам испы¬
таний фундаментов на горизонтальные нагрузки.Вытрамбовывание котлованов под фундаменты эстакады
проводили так же, как и при устройстве столбов под фунда¬
менты зданий РМБ. Образовавшиеся котлованы заполняли
бетоном враспор с устройством опалубки только в верхней
части, выступающей над поверхностью грунта на высоту 0,1 ...
... 0,2 м.Применение описанных методов уплотнения насыпных грун¬
тов в основании зданий РМБ обеспечило снижение расхода бето¬
на, по сравнению со свайными фундаментами на 6,13 тыс. м3,
сметной стоимости — на 667 тыс. руб., трудозатрат — на 15 тыс.
чел.-дн. Устройство фундаментов в вытрамбованных котлова¬
нах уменьшило объем земляных работ по отрывке котлована
грунта под фундамент высокой опоры на 65,5 и 11,5 м3 — под
фундамент низкой опоры, снизив расход бетона соответственно
с 8,65 до 4,6 м3 и с 0,75 до 0,65 м3. Стоимость устройства фун¬
даментов эстакады уменьшилась на 48 тыс. руб., а трудозатраты
снизились на 900 чел.-дн.9.3.	ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА НА ОТВАЛАХ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВЗначительный интерес представляет опыт строительства де¬
сяти складских зданий в г. Констанце (СРР) на отвалах песча¬
ных грунтов с доуплотнением втрамбовыванием в них каменно¬
го материала [19].Территория под складские здания создавалась отсыпкой
грунта в прибрежную полосу моря. Толщина насыпного грунта
составляла 10 ... 12 м. Ниже залегали плотные малосжимаемые
грунты морского дна.Строительство складских зданий начали сразу после отсып¬
ки грунта. Насыпной грунт характеризовался как слабый. Пред¬
полагали, что осадка его от собственного веса составит 50 см
и будет протекать в течение 5 ... 6 лет. Через 8 ... 9 мес. после
окончания отсыпки, т.е. к моменту устройства фундаментов,
осадка от собственного веса составит около 20 ci^ или 40 % пол¬
ной величины.197
Складские здания каркасные пролетом 24 м, с шагом ко¬
лонн 6 м. Несущие конструкции сборные железобетонные.
Первоначально предполагали выполнить фундаменты под эти
здания свайными из забивных железобетонных свай. В связи с
высокой стоимостью, большим расходом металла вместо свай¬
ного варианта (рис. 9.4) был применен новый способ устройства
фундаментов неглубокого заложения на уплотненном слабом
насыпном грунте втрамбовыванием в него каменного материала.Технологическая схема уплотнения слабого насыпного грун¬
та втрамбовыванием каменного материала и устройство фунда¬
ментов неглубокого заложения включала следующие основные
этапы (рис. 9.5):отрывка экскаватором траншеи глубиной 5 м (на 2,5 ...
... 4,0 м ниже уровня воды) и шириной на 1 м больше ширины
фундамента с последующей отсыпкой в траншею неотсортиро¬
ванного каменного материала;уплотнение каменного материала трамбовкой массой 10 Т,
сбрасываемой краном грузоподъемностью 30 т с высоты 10 м,
за счет чего достигалось втрамбовывание каменного материала198Рис. 9.4. Технологическая схеме уплотнения слабого насыпного грунта
втрамбовыванием каменного материала на строительстве складских зда¬
ний в г. Констанца (СРР)1 — свежеотсыпанный насыпной слабый грунт; 2 — уровень грунтовых
вод (уровень воды моря); 3 — нижняя граница насыпного слоя (дно мо¬
ря) ; 4 — отсыпанный в траншею неотсортированный каменный матери¬
ал; 5 — отрытая экскаватором траншея для отсыпки каменного материа¬
ла; 6 — тяжелая трамбовка массой Ют, сбрасываемая с высоты 10 м; 7 —
величина понижения каменного материала при трамбовании; 8 — уплот¬
ненная зона грунта при втрамбовывании каменного материала; 9 — вы¬
равнивающий слой гравия; 10 — фундамент (отдельно стоящий или лен¬
точный) под колонну; 11 — дополнительное уплотнение пониженной
интенсивности после возведения фундамента
Рис. 9.5. Варианты устройства фундаментов под колонны складских зда¬
нийа — фундамент мелкого заложения на уплотненном насыпном грунте
втрамбовывением каменного материала; б — свайный фундамент; 1 —
несущие конструкции здания; 2 — фундамент; 3 — уплотненное каменное
ядро; 4 — уплотненная зона насыпного грунта при втрамбовывании ка¬
менного материала; 5 — уплотненная толща грунта при дополнительном
трамбовании его после устройства фундамента; 6 — забивные сваив слабый насыпной грунт с созданием уплотненного каменного
ядра и уплотненной зоны насыпного грунта;отсыпка выравнивающего гравийного слоя с уплотнением
для создания подошвы под фундамент, возведение фундамента
и дополнительное уплотнение грунта вокруг фундаментов и в
пролетах под полы с меньшей энергией ударов трамбовки
(уплотнение пониженной интенсивности).При уплотнении каменного материала после 10... 15 ударов
трамбовки достигалось понижение уплотняемой поверхности
до 1,0 ... 1,8 м в зависимости от однородности каменного мате¬
риала. Уплотненное каменное ядро оказывается практически
несжимаемым и при ударах трамбовки передает ударные воздей¬
ствия, главным образом, на подстилающий насыпной грунт,
под влиянием которых происходит уплотнение подстилающих
насыпных грунтов.Следует отметить, что уплотнение насыпных грунтов с раз-199
IVic. 9.5. Осадки фундаментов складских зданий и поверхности грунтавнутри иха — осадки дополнительно уплотненного грунта Д, между фундамен¬
тами и осадки фундаментов Д2 на уплотненном насыпном грунте втрам¬
бовыванием каменного материала; б — кривые осадок во времени по¬
верхности насыпного грунта, уплотненного через 9 мес.поспе отсыпки
его в море; в — кривые осадок во времени поверхности насыпного
фунта, уплотненного через 24 мес после отсыпки грунта в море; г -
кривые осадок фундаментов, возведенных на насыпных грунтах, уп¬
лотненных втрамбовыванием каменного материала; 7 — ось колонны;2	уплотненное каменное ядро; 3 — измеренные-осадки поверхности
грунта; 4 — экстраполированные осадки; 5 — расчетные кривые оса¬
док; 6, 7— измеренные максимальные и минимальные осадки фунда¬
ментов колонн; 8 — расчетная осадка колонн200
личной интенсивностью применялось ранее в СССР на строитель¬
стве ремонтно-механической базы в Кингисеппе [14]. В частно¬
сти, под фундаменты колонн уплотнение насыпных крупно-
обломочных вскрышных грунтов производили трамбовками
массой 11т, сбрасываемыми с высоты 9 ... 11 м. Вокруг фунда¬
ментов в основаниях под полы и фундаменты относительно лег¬
кого технологического оборудования уплотнение выполняли
трамбовками массой 5 ... 6 т, с высоты 6 ... 8 м [14].При проектировании и выполнении работ по уплотнению
насыпных грунтов втрамбовыванием каменного материала учи¬
тывали три главных фактора: необходимость снижения осадки
насыпного грунта от собственного веса с 50 до нескольких сан¬
тиметров; уплотнение насыпных фунтов начинать не ранее
чем через 6 мес. после отсыпки их в море, когда произойдет
примерно 25 ... 30 % общей осадки; уплотнение грунтов в
течение 3 мес. в три этапа, т.е. закончить их в период, когда про¬
изойдет около 40 % осадки полной величины.Осадки фундаментов от их нагрузки и грунта от его собст¬
венного веса рассчитывались для двух основных случаев:осадка фунта от собственного веса в средней части пролета
с учетом уплотнения грунта тяжелыми трамбовками на глубину6	м и отсутствия уплотнения в нижних слоях в пределах глуби¬
ны 6... 12 м;осадка фундамента от его нагрузки и собственного веса
грунта с учетом того, что ниже подошвы располагается уплот¬
ненное и практически несжимаемое каменное ядро толщиной5	м, а под ним уплотненный насыпной грунт толщиной 6 м.Для проверки принятых решений по устройству фундамен¬
тов и методов расчета осадок в процессе строительства и после
его окончания велись геодезические наблюдения за осадками
зданий (рис. 9.6). За 1,5 года осадка поверхности уплотненного
через 9 мес. после отсыпки тяжелыми трамбовками насыпного
грунта в средней части пролета составила 11,3 см, а фундамента
колонны только 4,1 см. Фактическая осадка оказалась меньше
расчетной. Осадки фундаментов от их нагрузки равнялись в
основном 2 ... 3 см и полностью завершились в течение 4—7 мес.По результатам проведенных наблюдений установлена
зависимость осадки грунта от собственного веса от давности
отсыпки насыпного грунта. На рис. 9.6 приведены графики заме¬
ренной и расчетной осадок поверхности грунта в средней части
пролета, уплотненного тяжелыми трамбовками через 2,5 года
после отсыпки грунта в море. Фактическая осадка уплотненного
грунта за 1 год после его уплотнения составила 2,6 см, т.е.201
значительное меньше, чем уплотненного грунта через 9 мес.после
отсыпки.Наблюдения за состоянием конструкций зданий и осадками
фундаментов и грунта свидетельствуют о полной надежности
принятого способа уплотнения насыпного грунта. Применение
отдельно стоящих и ленточных фундаментов на уплотненных
насыпных грунтах позволило снизить стоимость их устройства
на 25 %, а расход металла на 37 % по сравнению с первоначаль¬
ным вариантом устройства свайных фундаментов.9.4.	ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОМЫШЛЕННОГО КОРПУСА
НА ОТВАЛАХ ИЗ ЛЕССОВИДНЫХ СУГЛИНКОВЗдание промышленного цеха — однопролетное, размером
в плане 27x240 м и высотой (от уровня планировки до карниза)15,5	м, оборудовано двумя электрическими кранами грузо¬
подъемностью 10 т. Несущими конструкциями здания являются
стальные колонны и фермы с шагом 6 м. Наружные стены тол*
щи ной 38 см выложены из шлакового кирпича и опираются на
фундаментные железобетонные балки.Участок строительства цеха представляет собой балку, за¬
сыпанную на высоту 8 ... 9 м. Насыпь состоит из лессовидного
суглинка с включениями и прослойками доменного и мартенов¬
ского шлаков толщиной 0,1 ... 0,6 м. Давность отсыпки насыпи16	... 18 лет. Насыпные грунты подстилаются лессовидными
суглинками толщиной слоя 6 ... 10 м, отнесенными к I типу
по просадочности. Подземные воды в период исследований были
обнаружены на глубине около 15 м от уровня планировки.Первоначальный проект — в качестве основания здания ис¬
пользовать подстилающие лессовидные суглинки с прорезкой
всего слоя насыпных грунтов, что определило глубину заложе¬
ния фундаментов 9 м от отметки пола. В дальнейшем проект
был пересмотрен, и здание возводилось с использованием насып¬
ных грунтов в качестве основания с подготовкой его уплот¬
нением грунта тяжелыми трамбовками. Расчетное сопротивление
на уплотненный насыпной грунт было принято равным 160 кПа,
а глубина заложения фундаментов, исходя из конструктивных
соображений, составляла 3,1 м.Для увеличения прочности стен в случае неравномерной
осадки был запроектирован выше оконных проемов конструк¬
тивный железобетонный пояс сечением 40X29 см и предусмотре¬
но замоноличивание стыков фундаментных балок.Здание разрезалось двумя температурно-осадочными швами202
на три части. Кроме того, проектом была предусмотрена воз¬
можность рихтовки крановых путей в горизонтальном и верти¬
кальном направлениях на 40 ... 50 мм, но при эксплуатации это¬
го не потребовалось.Насыпные грунты уплотняли трамбовкой диаметром осно¬
вания 1,2 м и массой 1,6 т, сбрасываемой с высоты 3,5 ... 5 м.
Для уплотнения до отказа в каждое место производили по 12
ударов. Величина отказа для насыпных глинистых грунтов при
оптимальной влажности составила 1 см, а понижение трамбуе¬
мой поверхности — 20 ... 40 см.Для повышения эффективности уплотнения переувлажнен¬
ных глинистых грунтов перед трамбованием на уплотненную
площадь укладывали сухой щебень из красного кирпича слоем
40 ... 60 см, что способствовало некоторому снижению влажно¬
сти грунта и повышению его плотности.Для определения эффективности уплотнения тяжелыми
трамбовками маловлажных и очень влажных насыпных глини¬
стых грунтов были проведены исследования их сжимаемости
до и после уплотнения штампами площадью 4 м2 в пяти пунк¬
тах, расположенных на расстоянии 10 ... 80 м один от другогоРезультаты исследований штампами показали, что подго¬
товка оснований поверхностным уплотнением тяжелыми трам¬
бовками является достаточно эффективным способом обеспе¬
чения равномерной сжимаемости и повышения несущей спо¬
собности насыпных глинистых грунтов, находящихся в пере¬
увлажненном состоянии. Модули деформации уплотненных
насыпных грунтов при давлении на грунт 0,15 МПа были приня¬
ты равными 5,3 ... 7,7 МПа.После возведения фундаментов и монтажа колонн при на¬
грузке, соответствующей давлению на грунт 0,03 ... 0,04 МПа,
на колоннах были установлены марки для наблюдения за осад¬
ками зданий. В качестве постоянных реперов были использова¬
ны старый канализационный колодец и репер, установленный в
стене старого здания.На рис. 9.7 приведены изменения осадок фундаментов зда¬
ния цеха по рядам А и Б спустя 1,5 года после окончания всех
строительных работ (через 1 год после ввода здания в эксплу¬
атацию) . Осадка здания происходит сравнительно равномерно и
быстро стабилизировалась (рис. 9.8), только в отдельных местах
в районе осей 65—70 по ряду А неравномерность осадок достига¬
ет 0,0037, а в остальных — 0,001 ... 0,0001. Максимальные осадки
отдельных колонн здания составляют 80 мм, минимальное по
ряду А в осях 70—78 — 20 мм.203
Рис. 9.7. План цеха (а) и профили осадок фундаментов ко¬
лонн (6) через 2 года после окончания строительства7 — по оси А; 2 — по оси БРис. 9.8. Изменения осадок фундаментов колонн промышлен¬
ного цеха во времени по осям1-А-68; 2-Л-82; З-Б-78Визуальный осмотр здания на месте показал, что здание
нормально эксплуатируется без каких-либо существенных де¬
формаций.Следует отметить, что осадки, вычисленные по СНиП
2.02.01—83, при значении коэффициента ($ = 0,8 равняются
48 ... 60 мм. Если же принять значение /3 = 1,0, то вычисленные
осадки будут равны 60 ... 75 мм. Учитывая, что действительные
осадки изменяются от 20 до 80 мм, а средняя осадка состав¬
ляет 60 мм, в данном случае также лучшее совпадение вычи¬
сленных осадок с действительными наблюдается при значении
коэффициента /3=1.204
Имеющаяся в отдельных местах большая разность осадок
очевидно вызвана пониженной сжимаемостью насыпных грун¬
тов, вследствие насилия в них шлака, крупных включений ка¬
менного материала.В данном случае использование насыпных грунтов в ка¬
честве основания позволило сократить объем земляных работ,
по сравнению с первоначальным вариантом, на 53 тыс. м3, а
бетонных — на 850 м3.9.5.	ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА НА ШЛАКОВЫХ ОТВАЛАХВ последние годы шлаки, полученные при выплавке раз-
личных металлов, широко используют не только для производ¬
ства строительных материалов и изделий, но и для устройства
оснований под фундаменты зданий, полы для возведения земля¬
ных сооружений, подсыпок при планировке территорий, обрат¬
ных засыпок котлованов и т.п. Большой опыт строительства по¬
казывает, что в подавляющем большинстве случаев шлаки и
шлаковые отвалы являются надежным основанием фундамен¬
тов различных зданий и сооружений. Один из примеров наиболее
неудачного строительства описан в п. 7.2. Приведем опыт успеш¬
ного строительства двух сооружений на различных видах шла¬
ковых отвалов.При строительстве комплекса кислородно-конверторного
цеха завода "Азовсггаль" на литых доменных шлаках возведена
дымовая труба высотой 80 м. Участок расположения трубы с
поверхности до глубины 12,5 ... 13,5 м сложен литыми доменны¬
ми шлаками темно-серого и зеленоватосерого цвета. Шлаки
имеют слоистую структуру, образовавшуюся при сливе вниз
по откосу насыпи. В слоях плотных шлаков имеются отдельные
прослойки пористого шлака, включения огнеупорного кирпича,
колошниковой пыли, а в нижней части отвала "козлов" и "кор¬
жей". По химическому составу шлаки являются кислыми.
Плотность литых шлаков в сухом состоянии составляет 2,2 ...
... 2,5 т/м3, предел прочности при сжатии 60 ... 120 МПа. Порис¬
тые шлаки имеют плотность 1,4 ... 1,6 т/м3, а предел прочности
при сжатии 2,5 ... 5 МПа. Шлаки устойчивы по отношению к рас¬
паду. Давность отсыпки шлаков до начала строительства состав¬
ляла около 10 лет.Литые доменные шлаки подстилаются насыпными грунтами
слоем толщиной 1,3 ... 2,5 м, состоящим в основном из отходов
и обломков железной руды, бытового огнеупорного кирпича,
строительного мусора (штукатурки, битого кирпича, суглинка).
Насыпной грунт неоднородный по составу и плотности, но под205
действием веса шлакового отвала достаточно уплотнился и рас-
четное сопротивление на него принималось равным 250 кПа.
Ниже этого насыпного грунта залегал отвал колошниковой
пыли слоем толщиной 2,5 ... 4,5 м давностью отсыпки более
10 лет, который располагается на плотных гравелистых грунтах
природного сложения.Учитывая возможную неравномерность сжимаемости насып*
ных грунтов и колошниковой пыли, расчетное сопротивление на
литые доменные шлаки было существенно занижено и принято
равным 250 к Па вместо возможного по прочности шлака
600 кПа. За счет этого снижалось дополнительное давление от
фундамента дымовой трубы, имевшего диаметр 18,5 м и глуби¬
ну заложения 3 м, до 0,15 МПа.В процессе эксплуатации дымовой трубы существенных кре¬
нов и осадок ее фундамента не было обнаружено.На отвалах сталеплавильных шлаков Краматорского метал*
лургического завода возведена крановая эстакада цеха перера¬
ботки шлаков. Отвал отсыпан под откос из мартеновских шла*
ков слоем толщиной до 30 м. Давность отсыпки шлаков до на*
чала строительства превышает 20 лет. Шлаковые отвалы подсти*
лают глинистые сланцы. Поверхность отвала неровная, так как
часть его до глубины 15 м была ранее разработана. Пониженная
часть отвала была засыпана также мартеновским шлаком слоя*
ми толщиной 30 ... 40 см с последующим уплотнением каждого
слоя катками на пневмоколесном ходу.Мартеновские шлаки Краматорского металлургического за¬
вода устойчивые от распада не набухают, по гранулометрическо*
му составу близки к крупнообломочным грунтам. Шлаки в от¬
вале характеризуются плотностью в сухом состоянии 1,86 т/м3,
удельным сцеплением 0,015 МПа, углом внутреннего трения
20°, модулем деформации по компрессионным испытаниям
10 МПа. Вновь отсыпанные шлаки с уплотнением имеют плот¬
ность в сухом состоянии 1,82 т/м3, сцепление 0,025 МПа, угол
внутреннего трения 26°, модуль деформации 15 МПа.Открытая крановая эстакада пролетом 36 м, длиной 252 м
оборудована двумя магнитно-грейферными кранами грузоподъ¬
емностью по 15 т, мостовыми кранами — 80/20 т с тяжелым ре¬
жимом работы. Внутри эстакады между железнодорожными
путями по всей ее длине имеется шлаковая яма глубиной 3,5 м.Фундаменты под колонны и подпорные стены шлаковой
ямы монолитные железобетонные возведены на вновь отсыпан¬
ных слоями и уплотненных укаткой мартеновских шлаках.
В отдельных местах, где отметки заложения фундаментов206
оказывались ниже существующей поверхности отвала, ранее
отсыпанные шлаки вынимались на глубину 2,5 ... 4,5 м и выпол¬
нялась подушка из мартеновских шлаков с уплотнением по
аналогии с устройством подсыпки в пониженной части отвала.Для обратной засыпки котлованов также использовали
мартеновские шлаки, в которых процесс распада полностью за*
кончился.Несмотря на тяжелый режим эксплуатации, в конструкциях
крановой эстакады отсутствуют какие-либо недопустимые
деформации.ГЛАВА 10УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ НА СВАЛКАХ
ГРУНТОВ И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ10.1.	УЧЕТ ОСОБЕННОСТЕЙ СВАЛОК ГРУНТОВ
И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВОсновной особенностью свалок грунтов, промышленных
и бытовых отходов, резко отличающей их от других, типов
насыпных грунтов и тем более грунтов природного происхож¬
дения, является природный состав, сложение, переменная и
обычно пониженная плотность, повышенное содержание органи¬
ческого материала.Свалки обычно располагаются в пониженных местах релье¬
фа (долинах рек, оврагах, выработанных карьерах строймате¬
риалов и т.п.). В связи с этим толщина слоя насыпных грунтов,
как правило, переменная и часто на сравнительно небольших по
длине участках изменяется в несколько раз, что и определяет
резкую неравномерность сжимаемости оснований на различ¬
ных участках застраиваемой площади.Состав свалок определяется в основном характером про¬
изводственной деятельности в рассматриваемом районе и его
расположением. 8 пределах городских территорий чаще всего
встречаются свалки грунтов и бытовых отходов, в состав кото¬
рых отходы промышленных производств входят обычно в ка¬
честве включений с гнездовым или линзообразным расположе¬
нием. На территориях промышленных предприятий и прилегаю¬
щим к ним районам обычно свалки представлены различными
отходами промышленных производств, иногда перемешанных
с различными грунтами. В подобных свалках бытовые отходы207
встречаются сравнительно редко и залегают в виде отдельных
гнезд.Отмеченные выше особенности состава, залегания, плотно*
сти, сжимаемости свалок грунтов промышленных и бытовых
отходов должны прежде всего учитываться при устройстве осно¬
ваний, фундаментов и строительстве зданий и сооружений на
этих видах грунтов. Как отмечалось в главах 8 и 9, при строи¬
тельстве на планомерно-возведенных насыпях, отвалах грунтов
и отходов производств основным методом подготовки ос¬
нований является поверхностное уплотнение тяжелыми трамбов¬
ками. На свалках грунтов, промышленных и бытовых отходов
уплотнение тяжелыми трамбовками целесообразно применять
лишь в случаях, когда после уплотнения можно получить основа¬
ние с достаточно равномерной пониженной сжимаемостью,
в котором в дальнейшем не произойдут дополнительные осадки
фундаментов от самоуплотнения насыпных грунтов под влия¬
нием различных факторов, что возможно при следующих усло¬
виях:состав свалок грунтов или промышленных отходов доста¬
точно однороден или при разнородном составе после уплотне¬
ния достигается практически равномерная сжимаемость грунтов
основания;свалки грунтов или промышленных отходов не содержат
органических веществ или их содержание не превышает допусти¬
мое значение (не более 0,03 ... 0,05);толщина слоя свалки грунтов и отходов производств на
застраиваемом участке изменяется в небольших и допустимых
пределах, при которых обеспечиваются после уплотнения допу¬
стимые разности осадок грунтов в основании;влажность материала, составляющего основную часть свалки
грунтов или промышленных отходов, близка к оптимальной.При этих условиях поверхностное уплотнение, в том числе
двухслойное, свалок грунтов или отходов производств выполня:
ют,, так же как и отвалов аналогичных материалов (см. п. 9.1).Иногда при описанных выше условиях состава и залегания
свалок грунтов и промышленных отходов для их доуплотнения
целесообразно применять методы глубинного уплотнения песча¬
ными, грунтовыми сваями, глубинными вибраторами, взрыва¬
ми, втрамбовыванием в слабый насыпной грунт жесткого камен¬
ного материала.Однако в большинстве случаев свалки грунтов, промыш¬
ленных и бытовых отходов характеризуются разнородным
составом и сложением, повышенным содержанием органических208
веществ, резкопеременной толщиной слоя. Поэтому наиболее
часто подготовка оснований на свалках грунтов, промышленных
и бытовых отходов выполняют устройством грунтовых поду¬
шек из местных грунтовых материалов.Грунтовая подушка — слой уплотненного грунта в пределах
деформируемой зоны основания, получаемой послойной отсып¬
кой местных грунтов с последующим их послойным уплотне¬
нием укаткой или трамбованием.Грунтовые подушки устраивают отрывкой котлована глу¬
биной, превышающей отметку заложения фундаментов на при¬
нятую толщину грунтовой подушки. Дно котлована планируют
под одну отметку или отдельными террасами. Верхний слой
разрыхленного при планировке грунта уплотняют до проект¬
ной плотности, после чего производится отсыпка грунта в
подушку отдельными слоями. Для подушек используются мест¬
ные грунты влажностью, близкой к оптимальной. Толщина
слоев назначается в зависимости от уплотняющей способности
оборудования. После уплотнения одного слоя проверяют каче¬
ство выполненных работ и при обеспечении требуемой степени
уплотнения производят отсыпку и уплотнение следующих слоев.Необходимую толщину грунтовых подушек, так же как и
глубину уплотнения тяжелыми трамбовками определяют расче¬
том основания фундаментов и зданий по деформациям. При
этом необходимо, чтобы полностью был заменен слой насыпного
грунта с повышенным содержанием органических веществ, а
также минеральных материалов, склонных к разложению, набу¬
ханию, просадочности, растворению и т.п. Для выравнивания
сжимаемости основания иногда, при резком изменении толщи¬
ны слоя насыпных грунтов, грунтовая подушка частично заме¬
няет и слой подстилающего грунта природного сложения, если
его сжимаемость весьма существенно отличается от сжимае¬
мости насыпного грунта. Ширину грунтовых подушек в плане
назначают с учетом исключения горизонтальных перемещений
грунта при вертикальном обжатии.Материалы для устройства подушек выбирают исходя из
вида, состава насыпных грунтов, местных грунтовых и гидро¬
геологических условий площадки, конструктивных особенно¬
стей проектируемых зданий и сооружений и т.п.Подушки из щебенистых, гравелистых, песчаных грунтов и
подобных им отходов производств (шлаков и т.п.) целесообраз¬
но применять в случаях, когда щебень и гравий являются мест¬
ными материалами, или в соответствии с расчетом оснований
по деформациям необходимо иметь модуль деформации по¬209
душки не менее 30 ... 60 МПа, а также при устройстве их в водо¬
насыщенных насыпных грунтах и необходимости создания в
верхней части дренирующего слоя. При отсутствии подземных
вод или низком уровне их залегания подушки можно возводить
из местных супесей и суглинков, а также из подобных им отхо¬
дов производств.Плотность грунтов в подушках назначается в зависимости
от вида применяемых грунтов и должна быть не менее 0,95 ...
... 0,97 максимальной плотности, получаемой опытным уплот¬
нением грунтов при их оптимальной влажности в полевых или
лабораторных условиях.При отсутствии результатов опытного уплотнения допуска¬
ется плотность грунтов для подушек, т/м3, принимать не менее:1,6	— однородные крупные и средние пески; 1,7 — неоднород¬
ные крупные и средние пески; 1,6 — мелкие пески; 1,65 —
пылеватые пески; 1,65 — супеси и суглинки.Модули деформации грунтов в подушках при расчете осно¬
ваний принимают, как правило, по результатам непосредствен¬
ных испытаний статическими нагрузками, а также по данным
опыта строительства в аналогичных условиях. Если результатов
непосредственных испытаний нет, то модули деформации грун¬
тов для подушек допускается приближенно принимать рав¬
ными, МПа: 40 ... 80 — гравелистые и щебеночные грунты;
30 ... 50 — крупные пески; 20 ... 40 — средние пески; 15 ... 25 —
мелкие пески; 10 ... 20 — пылеватые пески, формовочная
земля; 10 ... 20 — супеси и суглинки; 20 ... 50 — шлаки.Расчетные сопротивления на грунты в подушках назначают,
так же как и на уплотненные, в соответствии с рекомендациями
(п. 4.1). Если нет данных непосредственных определений проч¬
ностных характеристик грунтов в подушках, уплотненных до
заданной в проекте плотности, расчетные сопротивления Я0,
кПа, для подушек допускается принимать приближенно рав¬
ными: 400 — гравелистые и щебеночные грунты; 300 — круп¬
ные пески; 250 — средние пески; 200 — мелкие пески; 150 —
пылеватые пески, формовочная земля; 200 — супеси и суглин¬
ки; 250 — шлаки.Применение изложенных методов подготовки оснований на
свалках грунтов и отходов производств не всегда обеспечивает
снижение сжимаемости основания как по абсолютной величине,
так и степени неравномерности до допустимых пределов, поэто¬
му в случаях повышенной сжимаемости оснований дополни¬
тельно применяют конструктивные мероприятия (п. 5.5.),
которые назначаются по расчету конструкций зданий и соору¬210
жений на неравномерные осадки фундаментов в соответствии
с рекомендациями (п. 4.7).Как отмечалось в пп. 5.4 и 5.7, при высокой сжимаемости
свалок грунтов, промышленных и бытовых отходов, повышен¬
ном содержании в них органических веществ строительство зда¬
ний и сооружений должно осуществляться на свайных или дру¬
гих глубинных фундаментах. При этом проектирование свайных
фундаментов, определение несущей способности и устройство
свай следует осуществлять с учетом особенностей насыпных
грунтов (главы 1,2).10.2.	ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОМЫШЛЕННОГО
ЦЕХА НА СВАЛКЕ ГРУНТОВПромышленный цех состоит из двух частей, разрезанных
осадочным швом: бытовых и производственных помещений.
Здание бытовых помещений трехэтажное с подвалом. Высота
этажей 3 м, а подвала 4,5 м (рис. 10.1). Производственные по¬
мещения трехпролетные одноэтажные высотой 6,14 и 11,75 м.
Они имеют размер в плане 30*48 м. Центральный пролет произ¬
водственных помещений оборудован мостовым краном грузо¬
подъемностью 10 т. Стены промышленного цеха кирпичные тол¬
щиной 38 см, усиленные в местах опирания подкрановых путей
пилястрами сечением 52X77 см. Перекрытия и покрытия цеха
выполнены из сборных железобетонных элементов. Фундаменты
ленточные, бетонные.Для увеличения прочности здания цеха в случае возможной
неравномерной осадки предусмотрено устройство железобетон¬
ного пояса в нижней части фундамента с сечением рабочей ар¬
матуры 11,2 см2 и армированного пояса в стенах на уровне
оконных перемычек. Сечение рабочей арматуры в верхнем поя¬
се принято равным 9 см2.Участок строительства в геоморфологическом отношении
представляет собой пойму и нижнюю террасу р. Москвы. В гео¬
логическом отношении участок представлен насыпными грунта¬
ми, состоящими из песка и супеси с включениями кирпичного
щебня, шлака, перегнившей древесины и другого хозяйственно¬
го мусора. В нижней части местами насыпь состоит из глин,
полученных при строительстве метро. Толщина слоя насыпных
грунтов составляет 4 ... 6,8 м, а давность отсыпки — около 3 лет.
Потери от прокаливания в насыпных грунтах, по лабораторным
определениям, составляют около 8 %. Ниже насыпных грунтов
залегает слой заиленных среднезернистых глинистых песков
толщиной 3,2 ... 6 м.211
Подземные воды в период проведения инженерно-геологи-
ческих исследований располагались на глубине 4 ... 4,8 м.В качестве основания производственных помещений цеха
использованы насыпные грунты с устройством песчаной подуш¬
ки толщиной 1 м. Насыпной грунт в основании подушки уплот¬
нялся тяжелыми трамбовками массой около 3 т с основанием
диаметром 1,3 м, что обеспечивало толщину уплотненного слоя
около 2 м. Подушка отсыпалась из песков средней крупности
сразу на всю высоту и уплотнялась тяжелыми трамбовками.
Расчетное сопротивление на песчаную подушку принято
150 кПа.При устройстве подвала для котельной в здании бытовых
помещений насыпной грунт почти полностью прорезался, поэто¬
му основанием этой части цеха служили заиленные среднезер¬
нистые пески, поверх которых была сделана песчано-гравийная
подушка толщиной 0,5 м. Давление на эту подушку также при¬
нято 150 кПа.После возведения фундаментов в кирпичной кладке здания
на 0,2 ... 0,4 м выше изоляции были заложены стенные марки
для наблюдения за осадками.212Рис. 10.1. Линии равных осадок и профили осадок фундамен¬
тов промышленного корпуса
Первый цикл нивелировки стенных марок производился
при нагрузках на основание бытовых помещений 0,04... 0,05 МПа,
а производственных помещений 0,02 ... 0,04 МПа. В дальнейшем
нивелировка производилась через 2 ... 4 мес., что соответство¬
вало приросту нагрузки на основание 0,02 ... 0,04 МПа, а после
окончания строительства через 0,5 ... 1 года.Результаты наблюдений за осадками в период строительства
цеха, приведенные на рис. 10.1, показывают, что осадки бытовых
помещений изменяются от 26 до 99 мм, а производственных по¬
мещений — от 7 до 89 мм и близки к стабилизации. Дальнейшее
увеличение осадок цеха за 3 года эксплуатации произошло на
8 ... 35 мм.Интересно отметить, что прорезка насыпных грунтов в пре¬
делах бытовых помещений глубокими фундаментами и заложе¬
ние их на естественных грунтах практически не привели к умень¬
шению осадок как по абсолютной величине, так и степени нерав¬
номерности. В целом осадки фундаментов производственных
помещений, возведенных на насыпном грунте, оказались в1,5	... 2 раза меньше, чем осадки фундаментов бытовых помеще¬
ний, возведенных на естественном грунте.Увеличение осадок фундаментов производственных помеще¬
ний в сторону бытовых помещений можно объяснить влиянием
на них нагрузки от бытовых помещений, а также выносом
мелких частиц заиленного песчаного грунта при удалении воды в
процессе производства работ самотеком в канале из котлована
бытовых помещений в р. Сетунь.После устройства фундаментов в основании одного из них
были установлены глубинные марки. Фундамент имел размер
в плане 2,7x2,7 м, а давление по подошве при полной нагрузке
0,12 МПа. Глубинные марки устанавливались на глубинах 1,2 и
3 м ниже подошвы фундамента из шурфа, отрытого у фунда¬
мента. Марки состояли из центральной реперной трубы с опор¬
ной плитой 30X30 см из металлического листа толщиной 8 мм
и защитной трубы. Между центральной реперной трубой и защит¬
ной трубой располагались сальники из просмоленной пакли.
Опорная плита вдавливалась в стенку шурфа и таким образом
почти полностью располагалась под фундаментом. После уста¬
новки глубинных марок шурф засыпался тем же грунтом, кото¬
рый был вынут из него, с уплотнением до плотности, близкой
к плотности окружающего грунта.Результаты наблюдений за осадками фундамента и глубин¬
ных марок (рис. 10.2) показывают, что сжатие составило, мм:
песчаной подушки толщиной 1 м, определенное по разности оса-213
Рис. 10.2. Осадки глубинных марок под
фундаментом промышленного корпуса1 — подошва фундамента; 2 — песчаная
подушка; 3 — насыпной песчаный слой;4	— насыпной глинистый спой; 5 — пески
природного сложения; 6 — замеренные
осадки; 7 — глубинные марки; В — рас¬
четные осадки; 9 — нижняя граница
сжимаемой топ щидок подошвы фундамента и глубинной марки МГ-1 —5; насып¬
ного песчаного грунта на глубине от 1 до 2 м — 2; насыпного
глинистого грунта толщиной 1 м (по разности осадок глубинных
марок МГ-2 и МГ-3) — 9; а нижележащих песков естественного
сложения — 5. Необходимо отметить, что расчетные осадки (пун*
ктирная линия на рис. 10.2) оказываются достаточно близкими
к фактическим.В процессе строительства цеха в фундаменте по ряду X осям7	и 9 при отсутствии кирпичной кладки и нагрузке на грунт
всего лишь 0,03 МПа появились две трещины шириной раскры¬
тия в верхней части 3 ... 5 мм. Трещины доходили до железо¬
бетонного пояса, расположенного в нижней части фундамента,
а в самом поясе отсутствовали. Наблюдение за развитием
трещин показало, что дальнейший рост их спустя 1,5 мес. пре¬
кратился.Изучение причин появления трещин в фундаменте по оси X
показало, что появление и развитие их вызваны неравномерной
нагрузкой на основание в пределах различных частей здания.
Кладке кирпичных стен бытовых помещений выполнялась с one*
режением производственных помещений на 4 ... 6 мес. В резуль¬
тате этого нагрузка на фундаменты бытовых помещений была
на 0,06 ... 0,08 МПа больше. Это обстоятельство привело к боль¬
шой неравномерности осадок в пределах осадочных швов. По¬
скольку осадочный шов в фундаменте практически был замоно-
личен и свободное перемещение отдельных частей исключалось,
большая неравномерность осадок привела к появлению трещин
на некотором расстоянии от осадочного шва с раскрытием их
именно в верхней части. Одновременно со стабилизацией осадок214
после увеличения нагрузки на фундаменты бытовых помещений
произошла и стабилизация раскрытия трещин в фундаменте.6	дальнейшем при кладке кирпичных стен в них в верх¬
ней части появились новые трещины с раскрытием кверху.
Трещины располагались по рядам И и Ж у осей 7 и 5>имели рас¬
крытие до 4 ... 6 мм. Увеличение раскрытия трещин продолжа¬
лось до того момента, пока не были сделаны армокирпичные
пояса на уровне оконных перемычек подкрановых балок.
С устройством верхних поясов дальнейшее развитие трещин,
несмотря на увеличение общей осадки, прекратилось. Наличие
описанных трещин не отразилось на условиях нормальной эк¬
сплуатации цеха.Из приведенного опыта строительства промышленного цеха
наглядно видна решающая роль железобетонных поясов или
армированных швов для предотвращения трещин и других де¬
формаций в конструкциях.10.3.	ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЯ РЕЧНОГО ВОКЗАЛА
НА СВАЛКЕ ГРУНТОВ И ГОРОДСКИХ ОТХОДОВЗдание речного вокзала в Казани имеет размер в плане
16x97,14 м и состоит из трех частей, разделенных осадочными
швами. Центральная часть здания имеет длину 45,14 м, а боко¬
вые части — по 26 м (рис. 10.3). Высота здания, считая от уровня
планировки до карниза, составляет около 11м. Несущими эле¬
ментами центральной части служат железобетонные колонны, на
которые опираются металлические фермы покрытия. Покрытие
центральной части и подвесной потолок состоят из сборных
железобетонных плит. Из-з,а сплошного остекления (размер
окон 4,8*9,2 м) центральная часть здания является весьма
чувствительной к неравномерным осадкам, поэтому с целью
увеличения ее прочности фундаменты были сделаны монолит¬
ными в виде железобетонных лент высотой 1 м, имеющих фор¬
му двутавра. Сечение рабочей продольной арматуры в фунда¬
ментах составляет около 30 см2. В верхней части по периметру
(над оконными проемами) выполнен монолитный железобе¬
тонный пояс размером 80x50 см с сечением продольной рабочей
арматуры около 20 см2.Боковые части здания трехэтажные. Несущими элементами
являются железобетонные колонны и кирпичные стены толщи¬
ной 51 и 38 см. Перекрытия выполнены из сборных железо¬
бетонных фундаментов. Фундаменты под стены здания — лен¬
точные бутобетонные с армированными поясами в нижней час*215
ти, а под колонны — железобетонные; они связаны монолитны¬
ми железобетонными лентами с фундаментами стен.Участок строительства здания речного вокзала в геоморфо¬
логическом отношении располагается в пойме р. Волги. В прош¬
лом этот участок, как и большинство территории, занимаемой
речным портом, использовался для свалки грунтов, строитель¬
ных, производственных и бытовых отходов. При сооружении
инженерной защиты Казани, в связи с подъемом уровня воды в
Волге при строительстве Волжской гидроэлектростанции имени
В.И. Ленина, абсолютные отметки этого района были подняты
за счет устройства планировочной защитной насыпи. Насыпь
возводилась из мелких песков гидронамывом.Геологическое строение участка речного вокзала характе¬
ризуется залеганием с поверхности и на глубину до 2 ... 4,9 м
намывных грунтов, состоящих из мелких и местами заиленных
песков. Намывные грунты плотного сложения (p<j = 1,61 ...
... 1,64 т/м3) находятся во влажном и водонасыщенном состо¬
янии. Давность их отсыпки составляет около трех лет.Намывные грунты подстилаются свалкой грунтов и отходов
различных производств. Толщина их вместе с засыпанным
растительным слоем составляет 1,5 ... 4,2 м. Общая толщина
намывных и насыпных грунтов в пределах расположения здания
неравномерная и изменяется от 5,9 до 7,8 м. Основная состав¬
ляющая свалки — суглинок с включениями древесных углей,
остатков древесины, кирпичного щебня, стекла и т.п. Давность
отсыпки насыпных грунтов составляет пять — восемь лет. В це¬
лом Они находились в достаточно уплотненном состоянии. Ниже
насыпных грунтов залегают буровато-желтые пластичные суглин¬216Рис. 10.3. Профили осадок фундаментов наружных стен зда¬
ния речного вокзала через 3,5 года наблюдений после
,	начала строительства
ки и глины. Толщина слоя их при бурении скважин глубиной
до 10 м не установлена.Уровень подземных вод располагается на глубине 2,3 ...
... 6,3 м от поверхности и зависит от уровня воды в р. Волге.Сжимаемость грунтов исследовали штампами площадью
0,5 м2 в двух пунктах — на глубине 1,2 м (намывные грунты)
и на глубине 2,5 м (насыпные). Осадки штампов при давлении
на грунт 0,15 МПа на намывном грунте составляли 8 мм, а на на¬
сыпном — 16 мм. Для этого давления модули деформации со¬
ответственно равны 11 и 5,6 МПа. При увеличении давления мо¬
дули деформации уменьшаются и при давлении на грунт
0,25 МПа будут равны для намывного грунта 7,1 и для насып¬
ного 3,5 МПа. Эти данные показывают, что намывные грунты
обладают сравнительно малой сжимаемостью и вполне могут
быть использованы в качестве естественного основания* под зда¬
ние речного вокзала.Пониженная сжимаемость намывных грунтов, по сравнению
с насыпными, объясняется прежде всего их более крупным
составом, а также способом отсыпки. При гидронамыве проис¬
ходит отмыв мелких фракций и достаточно плотная укладка
отдельных частиц. В результате плотность намывных грунтов
в подавляющем большинстве случаев оказывается выше плот¬
ности насыпных грунтов, а сжимаемость соответственно ниже.При выборе системы основания в данных грунтовых услови¬
ях значительные затруднения вызвали насыпные грунты ниже
намывного слоя. По первоначальному проекту предполагалось
произвести выемку всего слоя насыпных грунтов с обратной
послойной засыпкой котлована песками средней крупности на
высоту до 5 м. Однако этот вариант из-за высокой стоимости
и трудоемкости работ не был принят.В связи с тем, что нижележащие насыпные грунты в значи¬
тельной степени обжаты слоем намывных грунтов и обладают
сравнительно невысокой сжимаемостью, а коэффициент уплот¬
нения их, по данным компрессионных испытаний, в интервале
давлений 0,1 ... 0,15 МПа изменяется в пределах 0,05 ... 0,076,
оказалось возможным использовать намывные грунты в каче¬
стве естественного основания без выемки насыпных грунтов
с давлением на грунт основания 0,12 МПа.Для уменьшения разности осадок в данных грунтовых усло¬
виях необходимо иметь возможно большую толщину намывного
грунта ниже подошвы фундаментов, поэтому здание было под¬
нято на 1 м планировочной насыпью. В том случае толщина на¬
мывного грунта ниже подошвы фундаментов составляла 2,1 ...217
Рис. 10.4. Изменения осадок глубинных
марок в основании фундаментов речного
вокзала1 — подошва фундамента; 2 — намывной
грунт; 3 — насыпной грунт; 4 — гпина;5	~ замеренные осадки фундаментов;6	— осадки глубинных марок; 7 — рас¬
четные осадки; 8 — граница сжимае¬
мой зоны... 5,2 м вместо имевшихся ранее 1,1 ... 4,2 м. Кроме этого, с
целью повышения пространственной прочности в здании речного
вокзала было предусмотрено устройство железобетонных поя¬
сов.После возведения фундаментов при давлении на грунт
0,02 ... 0,03 МПа в их верхней части были установлены стенные
марки для наблюдения за осадками (рис. 10.3), а для изучения
послойной деформации грунта в основании фундаментов колон¬
ны — глубинные марки.Результаты наблюдений в течение трех лет показали, что
к моменту завершения строительства здания осадки фундамен¬
тов изменялись, мм: центральной части — 48 ... 80, левого кры¬
ла — 60 ... 94 и правого — 43 ... 85 (см. рис. 10.3).При указанных деформациях основания в продольной сте¬
не боковой части вокзала (по оси А) возник перегиб, превысив¬
ший предельную величину по СНиПу, что привело к появлению
в облицовочной штукатурке лоджий под окнами первого этажа
нескольких трещин с раскрытием до 0,5 мм, не нарушивших
общую прочность здания.Глубинные марки были установлены по осям 9, 11 и 13
против стенных марок М-5, М-7, М-9 (рис. 10.3), в шурфах
глубиной 4 м с отвесной стенкой к оси фундаментов. Они сос¬
тояли из рабочей трубы диаметром 25 мм, защитной трубы диа¬
метром 50 мм, опорной плиты размером 30x30 см и толщиной8	мм. Нижние глубинные марки МГ-1, МГ-4 и МГ-6 устанавли¬
вались на глубине 4 м от подошвы фундаментов, их опорная
плита забивалась в отвесную стенку шурфа. После этого произ¬
водилась засыпка шурфа на глубину до 2,5 м насыпным грун¬218
том, с послойным уплотнением до плотности, равной плотности
окружающего насыпного грунта. Ниже глубинных марок МГ-2,
МГ-3 и МГ-5 располагался насыпной грунт толщиной слоя 4 м.По результатам наблюдений построены графики, где по оси
абсцисс откладывается осадка, а по оси ординат — глубина ус¬
тановки марок и геологическое строение основания (рис. 10.4).
Для сопоставления расчетных осадок фундаментов и глубинных
марок с замеренными на этом же графике нанесены расчетные
осадки фундаментов и отдельных слоев грунта с учетом измен¬
чивости сжимаемости основания. Расчетная величина осадок
фундаментов и сжатия отдельных слоев по глубине определя¬
лась при 0=1.По разности осадки фундамента и глубинных марок МГ-2,
МГ-3 и МГ-5 можно судить о сжатии слоя грунта, залегающего
ниже подошвы фундамента на глубину 2,5 м, а по разности оса¬
док глубинных марок МГ-1 и МГ-2, МГ-3 и МГ-4, МГ-К и МГ-6 —
о величине сжатия слоя грунта, залегающего на глубине от 2,5
до 4 м ниже подошвы фундаментов. Аналогичным образом
определяется и расчетная величина сжатия каждого слоя грунта.Из графика суммарных осадок (рис. 10.4) видно, что сжатие
намывного грунта толщиной слоя 2,5 м под двумя фундамента¬
ми практически отсутствовало, а под третьим составляло 6 мм.
Осадка фундаментов происходила в основном за счёт сжатия
насыпного грунта и составляла 63 ... 75 мм, причем сжатие верх¬
него слоя насыпного грунта толщиной 1,5 м составило 16... 20 мм,
а нижних слоев и подстилающих их пластичных глин,в естествен¬
ном сложении 44 ... 55 мм.Величина сжатия насыпных грунтов увеличивалась пропор¬
ционально по мере увеличения нагрузки на фундаменты.Известный интерес представляет сопоставление расчетных
величин сжатия отдельных слоев грунта основания с замеренны¬
ми по глубинным маркам. Из этого сопоставления видно, что
достаточно близкое совпадение расчетных и замеренных величин
сжатия находится только в пределах насыпного грунта, залегаю¬
щего на глубине 2,5 ... 4 м (рис. 10.4). Расчетная величина его
сжатия составляет 9 ... 28 мм, а замеренная — 16 ... 20 мм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.	Абелев Ю.М., Крутов В.И. Возведение зданий и сооружений на насып¬
ных грунтах. — М.: Госстройиздат, 1962. — 148 с.2.	Абелев М.Ю., Мелия К.И. Современные методы устройства искус¬
ственных оснований в сложных грунтовых условиях: Учеб. пособие. —
М.: ЦМИПКС при МИСИ им. B.B. Куйбышева, 1980. — 56 с.3.	Абелев М.Ю. Деформации зданий в сложных инженерно-геологических
условиях: Учеб. пособие. — М.: ЦМИПКС при МИСИ им. В.В. Куйбышева,
1982.-50 с.4.	Абелев М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений
на слабых водонасыщенных грунтах. — М.: Стройиздат, 1983. — 247 с.5.	Абелев М.Ю., Крутов В.И. Технология уплотнения грунтов: Учеб. по¬
собие. — М.: ЦМИПКС при МИСИ им. B.B. Куйбышева, 1984. — 48 с.6.	Винокуров Е.Ф., Коромышев А.С. Строительство на пой мен но-намыв¬
ных основаниях. — Минск: Высшая школа, 1980. — 208 с.7.	Горлова АР., Сорочаи Е.А. Использование шпаков для устройства
оснований промышленных зданий и сооружений // Пром. стр.-во. —
1971.-№9.-С. 11-13.8.	ГОСТ 22733—77. Грунты. Метод лабораторного определения макси¬
мальной плотности.9.	Золотошлаковые материалы и золотоотвалы / Пантелеев В.Г., Меленть-
ев В.А., Добкин Э.Л. и др.: Под ред. B.A. Мелентьева. — М.: Энергия,
1978.-295 с.10.	Иванов ПЛ. Уплотнение малосвязных грунтов взрывами. — 2-е изд.
М.: Недра, 1983. - 230 с.11.	Инструкция по устройству обратных засыпок грунта в стесненных
услрвиях (СН 536-81). — М.: Стройиздат, 1982. — 32 с.12.	Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Использование намывных грунтов
в качестве оснований зданий и сооружений: Обзор/ВНИИИС Госстроя
СССР-М., 1983.-51 с.13.	Крутов В.И., Эйду к Р.П. Устройство обратных засыпок. — М.: Строй¬
издат, 1981. — 76 с.14.	Крутов В.И., Лычко Ю.М., Сваровский В.Н. Экономия Жетона при
устройстве фундаментов на насыпных грунтах // Пром. стр.-во. — 1981. —
№12. - С. 25-27.15.	Крутов В.И. Основания и фундаменты на просадочных грунтах. —
Киев: Буд|'вепьник, 1982. — 224 с.16.	Крутов В.И., Багдасаров Ю.А., Рабинович И.Г. Фундаменты в вытрам¬
бованных котлованах. — М.: Стройиздат, 1985. — 164 с.17.	Крутов В.И., Тропп В.Б. Фундаменты из забивных блоков. — Киев:
Буд1вельник, 1987. — 120 с.18.	Лычко Ю.М. Использование промышленных отходов для устройства
оснований зданий и сооружений // ВНИИИС Госстроя СССР. Сер. 8. —
Вып. 5.-М., 1982.-68 с.19.	Маринеску К. Модифицированный способ интенсивного динамическо¬
го уплотнения слабых грунтов // Основания, фундаменты и механика
грунтов. 1986. — № 2. — С. 26—28.20.	Неклюдов М.К. Механизация уплотнения грунтов. — 2-е изд. — М.:
Стройиздат, 1985. — 168 с.220
21.	Опыт сооружения промышленного комплекса на искусствённом ос¬
новании / Швец В.Б., Любич Л.Г., Алексеев А.И., Гольштейн B.M. и др. //
Основания, фундаменты и механика грунтов. — 1984. — № 2 — С. 9—12.22.	Романенко А.Г. Металлургические шлаки. — М.: Металлургия, 1977. —
228 с.23.	Руководство по геотехническому контролю при производстве земля¬
ных работ. — М.: Стройиздат, 1974. — 81 с.24.	Руководство по устройству обратных засыпок котлованов с подго-
фвкой оснований под Технологическое оборудование и полы на просадоч-
ных грунтах. — М.: Стройиздат. 1980. — 40 с.25.	СНиП 2.02.01—83. Основания зданий и сооружений.26.	СНиП 3.02.01—83. Основания и фундаменты.27.	СниП 2.02.03—85. Свайные фундаменты.28.	Сорочан Е.А. Фундаменты промышленных зданий. — М.: Стройиздат,
1986.-304 с.29.	Уплотнение просадочных грунтов / В.И. Крутов, А.Г. Галицкий,
А.А. Мусаелян и др.: Под ред. В.И. Крутова.— М.: Стройиздат, 1974. —
208 с.30.	Уплотнение грунтов в стесненных условиях строительства/ЦНИИОМТГЪ
под ред. Л.М. Бобылева. — М.: Стройиздат, 1981. — 250 с.31.	Хазанов М.И. Искусственные грунты, их образование и свойства. —
М.: Наука, 1975.-135 с.32.	Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение
грунта земляного полотна автомобильных дорог. — М.: Транспорт,
1975.-285 с.33.	Школяреико Г.Н. Шахтные породы (терриконы) как основания со¬
оружений // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 1984. — № в.-
c. 9-11.34.	Янов Н.К., Гавриш B.H. Разработка шахтных терриконов. — Донецк:
Техника, 1972.35.	Янов Н.К. Использование промышленных отходов в строительстве. —
Киев: Буд'юельник, 1981. — 61 с.
ОГЛАВЛЕНИЕПредисловие	 3Введение		 3Глава 1. Особенности насыпных грунтов	 61.1.	Образование и распространение насыпных грун¬
тов 	 612.	Особенности состава, эелеганип и сложениянасыпных грунтов	*	 81.3.	Процессы, происходящие в насыпных грунтах . . Ю1.4.	Самоуплотнение насыпных грунтов от собствен¬
ного веса	 14Глава 2. Классификация и основные типы насыпных грунтов .	212.1.	Кпассификация насыпных грунтов		212.2.	Особенности и физико*механические характерис¬
тики основных типов несыпных грунтов		32Глава 3. Инженерно-геологические исследования насыпныхгрунтов		423.1.	Учет условий образования и основных особен¬
ностей насыпных грунтов		423.2.	Изучение состава и сложения насыпных грун¬
тов 		473.3.	Лабораторные испытания насыпных грунтов ...	.493.4.	Попевые испытания насыпных грунтов		523.5.	Исследования при деформациях зданий		57Глава 4. Расчет оснований, фундаментов и зданий на насып¬
ных грунтах		 604.1.	Основы расчета оснований и фундаментов зда¬
ний по предельным состояниям 	 604.2.	Расчет дополнительных осадок фундаментов на
насыпных грунтах	 644.3.	Расчетные сопротивления оснований на насып¬
ных грунтах 		 664.4.	Проектирование уплотненных оснований на на¬
сыпных грунтах	 684.5.	Проектирование фундаментов в вытрамбован¬
ных котлованах . . . . ,	 724.6.	Особенности работы и расчета свайных фунда¬
ментов в насыпных грунтах	 774.7.	Расчет конструкций зданий на неравномерные
осадки 	 82Глава 5. Мероприятия при строительстве на насыпных грунтах 855.1.	Учет сов местной работы конструкций с грун¬
том основания	 85222
52. Методы строительстве на насыпных грунтах ...	875.3.	Подготовка оснований на насыпных грунтах ...	895.4.	Прорезка нвсыпных грунтов сваями		905.5.	Конструктивные мероприятия		995.6.	Водозащитные мероприятия		1045.7.	Выбор мероприятий при строительстве зданийи сооружений не насыпных грунтах		105Глава 6. Уплотнение насыпных грунтов		НО6.1.	Общие положения по уплотнению насыпных
грунтов		1106.2.	Необходимая степень уплотнения насыпных
грунтов	,. . .	1146.3.	Опытные работы по уплотнению грунтов		1176.4.	Уппотнение грунтов укаткой		1226.5.	Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками . .	1256.6.	Вытрамбовывание котлованов		1286.7.	Глубинное уплотнение грунтовыми сваями ....	1366.8.	Гпубинное уплотнение песчаными сввями		1406.9.	Гидровиброуплотнение песчаных грунтов		143Глава 7. Деформация зданий и сооружений на насыпныхгрунтах	 1457.1.	Развитие строительства на насыпных грунтах . . . 1457.2.	Деформации промышпенного здания на шлако¬
вых отвапах	 1497.3.	Деформации здания жилого дома на свалке
грунтов и бытовых отходов	 1547.4.	Деформации промышпенного корпуса на свай¬
ных фундаментах	 1597.5.	Основные причины деформации зданий и соору¬
жений на насыпных грунтах	 161Глава 8. Устройство оснований и фундаментов на планомер¬
но возведенных насыпях	 1658.1.	Подготовка поверхности и грунта для планомер¬
но возведенных насыпей	 1658.2.	Возведение планомерно возведенных насыпейw „ igq
послойной отсыпкой грунта	8.3.	Возведение планомерно возведенных насыпей
гидронамывом	 1708.4.	Доуплотнение грунтов в планомерно возведен¬
ных насыпях	 1738.5.	Контроль за качеством работ при* устройстве
ппаномерно возведенных насыпей	 1748.6.	Опыт строительства метеллургического завода
на планомерно возведенной насыпи из гравелис¬
того грунта	8.7.	Возведение обратных засыпок котлованов на
строительстве Камского автомобипьиого зввода 1808.8.	Возведение насыпи стипль-чезного круга Олим¬
пийской конно-спортивной базы в'Москве .... 185223
Глава 9. Устройство оснований и фундаментов на отвалахгрунтов и отходов производств	 1899.1.	Доуплотнение отвалов грунтов и отходов произ¬
водств 	 1899.2.	Олыт строительства на отвалах вскрышных
пород	 1919.3.	Опыт строительства на отвалах песчаных грун¬
тов 	 1979.4.	Опыт строительства промышленного корпуса на
отвелах из лессовидных суглинков	 2029.5.	Опыт строительства на шлаковых отвалах .... 205Глава 10. Устройство оснований на свелках грунтов и отхо¬
дов производств 	 20710.1	Учет особенностей свалок грунтов и отходов
производств	 20710.2	Олыт строительства промышленного цеха на
свалке грунтов	 21110.3.	Опыт строительства здания речного вокзалана свалке грунтов и городских отходов	 215Слисок литературы	 220
Производственное издание
Крутов Владимир ИвановичОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХРедакции литературы по инженерному оборудованию
Зав. редакцией И. В, Соболева
Реда ктор ЛМ- Дутко
Мл. редакторы И.Б. Фролова, М.С. Волкова
Технический редактор Е.Н. Ненарокова
Корректор В.И. Галюзова
Оператор С. Г. КучирьИБ №4160Подписано в печать 30.0338 Т — 17313 Формат 84x108 1/32
Бумага офсетная № 2 Печать офсетная Уел. печ. л. 11,76
Уел. кр.-отг. 12,08 Уч. изд.л. 12 38 Тираж 5.700 экз.Изд, № АУ1-1580	Зак. № 236.	Цена 70 коп.Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23аТульская типография Союзпопиграфпрома при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжнойторговли30О6ОО, ГСП, г. Тула, пр. Ленина. 109