45. Относительная просадочность, начальное просадочное давление
Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностыо и начальным просадочным давлением. Относительной просадочностью δпр —это относительное сжатие грунтов при заданном давлении после их замачивания . Относительная просадочность грунта δпр определяется по формуле:
где h‘ — высота образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением р, равным давлению, действующему на рассматриваемой глубине, от собственного веса грунта и нагрузки от фундамента или только от веса грунта;
hпр — высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения при сохранении давления р;
h0 — высота того же образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением, равным давлению от собственного веса грунта на рассматриваемой глубине.
Относительная просадочность грунта определяется в компрессионных приборах по методу одной или двух кривых. По методу одной кривой (рис. 5.18,а,б) испытывают пробу грунта естественной влажности при заданном давлении. После стабилизации осадки грунт насыщают водой, замеряя просадку, и испытание продолжают уже для водонасыщенного грунта.
По методу двух кривых (см. рис. 5.18,в) компрессионным испытаниям подвергают две пробы грунта: одну — при естественной влажности, вторую — при полном водонасыщении, после чего строят графики зависимости е, ∆h=ƒ(P).
Рис. 2.4. Определение начального просадочного давления по результатам компрессионных испытаний
а — по методу двух кривых; б — по упрощенному методу;
1 — сжатие грунта природной влажности; 2 — то же, в водонасыщенном состоянии; 3 — просадка грунта; 4 — экстраполируемая величина сжатия грунта
Начальное просадочное давление pпр представляет собой минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунта в условиях его полного водонасыщения.
За начальное просадочное давление pпр принимается давление, соответствующее:
- при лабораторных испытаниях грунтов в компрессионных приборах — давлению, при котором относительная просадочность δпр = 0,01;
- при полевых испытаниях штампами предварительно замоченных грунтов — давлению, равному пределу пропорциональной зависимости на графике осадка штампа — нагрузка;
- при замачивании грунтов в опытных котлованах — природному давлению на глубине, начиная с которой происходит просадка грунта от его собственного веса.
46. Классификация свайных фундаментов
Стержни из бетона, железобетона и других материалов в толще грунтового основания, воспринимающие нагрузку от здания называют свайным фундаментом. Такие фундаменты (рис.29) состоят из погруженных в грунт свай, объединённых поверху балкой ростверка. Группу свай, образующую свайный фундамент, поверху связывают жесткой конструкцией в виде балки или плиты, называемой ростверком, который обеспечивает передачу давления от сооружения на все сваи и препятствует горизонтальному перемещению верхней части последней. Конструкции свайных фундаментов классифицируют: 1)по характеру работы (по характеру передачи давления) на сваи-стойки , передающие нагрузку от здания на нижележащий массив плотных грунтов, и висячие сваи (рис.29,б), уплотняющие толщу основания, на которое передаётся нагрузка от здания. Сваи-стойки прорезают всю толщу слабых грунтов и опираются на слой практически несжимаемого грунта (обычно скальную породу). Висячие сваи окружены со всех сторон, в том числе и со стороны нижнего конца, сжимаемыми грунтами. Под нагрузкой такие сваи перемещаются вниз (получают осадку). 2)по роду материала на железобетонные, бетонные, деревянные (из брёвен хвойных пород) и металлические (стальные); 3)по конструктивным решениям; по этому признаку могут быть: из забивных свай, изготовленных на предприятиях стройиндустрии и на строительной площадке, погружаемых в грунт с помощью механизмов; из набивных свай, выполняемых на месте строительства путём бурения скважин и последующего заполнения их бетоном; 4)по глубине заложения: короткие сваи (3-6м) и длинные (более 6 м). Свайные фундаменты применяются при строительстве в сложных геологических условиях и при возведении бесподвальных зданий. Такие фундаменты даже на естественном основании по стоимости, затратам труда и расходу материала эффективнее ленточных фундаментов.
Начальное просадочное давление
Начальное просадочное давление представляет собой минимальное давление от фундамента или собственного веса грунта, при котором начинает проявляться при полном водонасыщении просадка грунта. По своей сущности это давление, нарушающее природную структурную прочность грунта в водонасыщенном состоянии, в результате чего фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки, сопровождающуюся перестройкой структуры грунта и интенсивным уплотнением.
Из определения начального просадочного давления следует, что величина его должна приниматься при значении относительной просадочности, близком к нулю. Однако исследования показали, что за величину начального просадочного давления по результатам компрессионных испытаний целесообразно принимать давление, при котором относительная просадочность равна той же величине, ниже которой грунты считаются непросадочными. Испытания грунтов в лабораторных условиях для определения начального просадочного давления выполняют методами двух кривых, комбинированным или упрощенным.
Величина начального просадочного давления в полевых условиях для случаев, когда напряженное состояние грунта зависит в основном от нагрузки фундаментов, определяется но комбинированному или упрощенному методам. Суть первого метода состоит в том, что на каждом- участке испытания проводят двумя штампами стандартных размеров, установленными на расстоянии 3—4 м один от другого. В первом пункте штамп устанавливают на просадочный грунт естественной влажности, отдельными ступенями загружают до заданного давления на грунт (обычно 0,2—0,3 МПа), после чего грунт в основании штампа замачивают до стабилизации просадки. Во втором пункте грунт предварительно водонасыщается на глубину 0,8—1 м и в дальнейшем штамп нагружают ступенями по 0,025—0,05 МПа до заданной нагрузки с непрерывным замачиванием грунта.
Исследования, выполненные в различных районах России, показали, что на конечной ступени загрузки суммарные осадки и просадки по методам одной и двух кривых практически совпадают. Расхождение между ними обычно не превышает 5—10%.
По упрощенному методу испытание просадочного грунта при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии проводят в одном пункте. Вначале штамп нагружают отдельными ступенями по 0,025—0,05 МПа при естественной влажности грунта до давления, близкого к начальному просадочному. Затем при этом давлении лессовый грунт замачивают до полного водонасыщения на глубину не менее 0,8—1 м; после этого продолжается загрузка штампа при непрерывном замачивании до заданной нагрузки.
По результатам испытаний грунтов штампами величина начального просадочного давления определяется по графику зависимости осадки от нагрузки для водонасыщенного состояния и принимается численно равной условному пределу пропорциональности, характеризующему переход фазы нормального уплотнения водонасыщенного грунта в фазу просадки.
Приведенные методики испытаний просадочных лессовых грунтов при минимальном количестве опытов позволяют определить практически все их деформативные характеристики, а именно: модули деформации при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии; величину начального давления; возможную величину просадки штампа при любом давлении по его подошве; степень изменчивости сжимаемости основания при его водонасыщении, а также сопоставить просадки штампа на конечной ступени нагрузки, получаемые по методам одной и двух кривых.
Сопоставление величин начального просадочного давления, определенных по рекомендованным выше методикам, показало, что полевые испытания обычно дают на 10—40% большие значения по сравнению с лабораторными.
Выполненные исследования показали, что для различных районов СССР величина начального просадочного давления лессовых грунтов изменяется от 0,02 до 0,3 МПа. Обычно же для лессовых грунтов УССР, РСФСР и др. районов она равняется 0,08—0,12 МПа, а просадка грунта от собственного веса начинается с глубины 5—7 м. В некоторых районах, сложенных лессовидными суглинками повышенной структурной прочности в водонасыщенном состоянии и по своим физико-механическим характеристикам приближающимися к глинам, величина начального давления повышается до 0,15—0,3 МПа, а просадка от собственного веса начинается с глубины 8—15 м.
Наряду с этим для отдельных предгорных районов Средней Азии, Северного Кавказа и др. величина начального просадочного давления лессовых грунтов часто снижается до 0,02— 0,06 МПа, т. е. просадка от собственного веса происходит с глубины 1,0—3,5 м. В этих районах распространены лессы и легкие лессовидные суглинки, по своим физико-механическим характеристикам приближающиеся к супесям, имеющие естественную влажность 0,03—0,08, объемную массу скелета 1,18—1,3 т/м 3 и низкую структурную прочность.
Начальное просадочное давление, как показали результаты выполненных лабораторных и полевых исследований, зависит в основном от степени плотности и влажности грунта. С увеличением объемной массы скелета и степени влажности грунта начальное просадочное давление возрастает, и эта зависимость по данным испытаний просадочных грунтов штампами площадью 0,5 м 2 имеет практически прямолинейный характер.
Начальное, просадочное давление широко используется в практике проектирования и строительства для: назначения расчетного давления на просадочный грунт, при котором просадка его будет отсутствовать; определения величины деформируемой зоны, т. е. зоны, в пределах которой происходит просадка грунта от нагрузки фундаментов; назначения необходимой глубины уплотнения просадочных грунтов или толщины грунтовой подушки, полностью устраняющих просадку от нагрузки фундаментов; определения глубины, начиная с которой происходит просадка грунта от собственного веса на площадках со II типом грунтовых условий; расчета возможных величин просадок фундаментов и грунтов от их собственного веса и во многих других случаях.
Основания и фундаменты
- Основные характеристики просадочных грунтов
- Взаимодействие просадочных грунтов с уплотненными, закрепленными массивами и сваями
- Инженерно-геологические исследования просадочных грунтов
- Расчет просадок грунтов и фундаментов
- Учет сил нагружающего трения на уплотненные, закрепленные массивы и сваи
- Проектирование оснований и фундаментов на просадочных грунтах
- Расчет зданий на просадки грунтов
- Уплотнение просадочных грунтов тяжелыми трамбовками
- Устройство грунтовых подушек
- Фундаменты в вытрамбованных котлованах
- Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием
- Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой скважин
- Опыт строительства и эксплуатации зданий и сооружений на просадочных грунтах
Начальное просадочное давление грунта это
Согласно данным ИГИ, начальное просадочное давление по минимальному значению меньше давления от нагрузки фундамента, а по максимальному и нормативному — больше. Регламентируется ли нормативной документацией, какое значение брать для расчета? И если нагрузка от фундамента меньше начального просадочного давления, просадка от этой нагрузки, рассчитываемая согласно пп.6.1.16, 6.1.18 СП 22.13330.2016, отсутствует в данном случае?
В СП 22.13330.2016 отсутствует методика определения положения нижней границы просадочной толщи Hsl (п. 6.1.3). Соответствует ли её положение положению нижней границы сжимаемой толщи (п. 5.6.41)?
1. Для расчёта берётся значение, вычисленное согласно ГОСТ 20522-2012. Грунты. Методы статистической обработки результатов измерений. Начальное просадочное давление является характеристикой грунта и присутствует всегда, а нагрузка от фундамента это дополнительная нагрузка и должна быть учтена в расчетах соответствующим образом.
2. Для определения нижней границы просадочной толщи используют лабораторные определения методом двух кривых. Нижняя граница сжимаемой толщи, как правило, не совпадает с границей просадочной толщи.
Используемые нормативные источники
- СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений
- ГОСТ 20522-2012. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний
ГОСТ 23161-2012. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности.
Настоящий стандарт распространяется на просадочные грунты и устанавливает метод лабораторного определения характеристик просадочности при замачивании грунта водой: относительной просадочности 
, начального просадочного давления 
и начальной просадочной влажности 
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация
ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения
Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов на территории государства по соответствующему указателю «Национальные стандарты», составленному на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 25100 и ГОСТ 30416, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 начальная просадочная влажность 
: Минимальная влажность, при которой от внешней нагрузки и (или) собственного веса грунта проявляются его просадочные свойства и относительная просадочность 
.
3.2 начальное просадочное давление 
: Минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунта при его полном водонасыщении и относительная просадочность 
.
3.3 абсолютное сжатие образца грунта: Уменьшение первоначальной высоты образца в результате уплотнения при определенном вертикальном давлении.
3.4 условная стабилизация осадки образца грунта: Приращение значения осадки образца во времени, характеризующее практическое затухание деформации.
3.5 условная стабилизация просадки образца грунта: Приращение значения сжатия образца грунта во времени, характеризующее практическое затухание дополнительной деформации от замачивания (просадки).
3.6 ступень давления: Значение приращения давления при передаче нагрузки через штамп на образец грунта.
4 Общие положения
4.1 Характеристики просадочности следует определять по относительному сжатию, полученному по результатам испытаний образцов грунта ненарушенного сложения в компрессионных приборах без возможности бокового расширения образцов грунта.
Испытания проводят на образцах грунта ненарушенной структуры с природной влажностью и с замачиванием их водой при давлении, последовательно увеличиваемом ступенями (см. приложение А).
4.2 Испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах следует проводить по следующим схемам (см. приложение Б);
— «одной кривой» — для определения относительной просадочности при одном заданном значении давления (см. 7.1);
— «двух кривых» — для определения относительной просадочности при различных давлениях, начального просадочного давления 
(см. 7.2).
Примечания
1 Допускается также для определения относительной просадочности при различных значениях давления на грунт и начального просадочного давления испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах проводить ускоренным методом по «комбинированной схеме» (см. приложение В).
2 Начальную просадочную влажность рекомендуется определять по приложению Г по схеме «четырех-пяти кривых» при наличии соответствующего требования технического задания.
4.3 Образцы грунта ненарушенного сложения (монолиты) для испытаний следует отбирать из открытых выработок — шурфов, котлованов, расчисток и т.д.
Отбор образцов из скважин допускается проводить при помощи тонкостенных грунтоносов, обеспечивающих сохранение природного сложения и влажности грунта.
Отбор образцов грунтов проводят по ГОСТ 12071.
5 Аппаратура
5.1 Для испытаний просадочных грунтов применяют компрессионные приборы, состоящие из следующих основных узлов и деталей:
— рабочего кольца с внутренним диаметром d = 70-90 мм и высотой h от 20 до 30 мм, при соотношении ;
— цилиндрической обоймы;
— перфорированного штампа;
— поддона с емкостью для воды и перфорированной крышкой;
— двух индикаторов с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерений вертикальных деформаций образца грунта;
— механизма вертикальной нагрузки образца грунта.
Примечание — По специальному заданию могут применяться другие конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процесса нагружения грунта и условий его работы в основании, составе инженерного сооружения или в качестве среды, его вмещающей.