Пункт 5.5 ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПУЧИНИСТЫМ ГРУНТОМ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ (ФВК)
Исследования В. И. Федорова показали, что процессы влагонакопления в связных грунтах зоны аэрации на застроенных территориях являются, главным образом, следствием изменения нарушения их природного состояния в массиве. Поэтому, чем больший объем нарушенных грунтов появится на территории после выполнения работ по закладке фундаментов, возведению подвалов и подземных сооружений, прокладке различных подземных коммуникаций, устройстве насыпей при вертикальной планировке и т.п., тем более обильное влагонакопление в грунтах будет происходить в последующий период (при прочих равных условиях), а следовательно, и больше силы морозного пучения.
В последние годы сформировалось и успешно развивается направление устройство фундаментов без нарушения грунта фундаменты в вытрамбованных котлованах (ФВК). Особенность их состоит в том, что в процессе устройства фундаментов под подошвой и вокруг их боковых граней создается уплотненный грунт пониженной влажности, но повышенной прочности и несущей способности (рис. 35, зона "2"). Нагрузка фундаментов по подошве и боковым стенкам передается в начале на уплотненный грунт (2) (см. рис. 35, а), а затем на грунты природного сложения, благодаря чему достигается более высокая (в 1,5 3 и более раза) несущая способность фундамента, что позволяет существенно снизить размеры фундамента, а следовательно, и воздействие сил морозного пучения.
К такому виду устройства фундаментов относятся также забивные призматические и пирамидальные сваи, забивные блоки, набивные сваи в пробитых скважинах, виброштампованные сваи и др.
Сущность метода устройства ФВК состоит в том, что котлованы под отдельные фундаменты не откапываются, а вытрамбовываются на необходимую глубину (dp) (dp =0,5-3 м.) с последующим заполнением вытрамбованного котлована бетоном в распор (рис. 35,а,в) или установкой сборного элемента (рис. 35 б, г).
Вытрамбовывание котлована производится с помощью навесного оборудования на кранекскаваторе или тракторе (сбрасыванием трамовки с высоты 4-8 м, массой 1,5-7 те и более по направляющей штанге, имеющей форму будущего фундамента, либо путем забивки (сваенагружающим механизмом) трамбовки шаблона с последующим ее извлечением.
По способу устройства ФВК подразделяются:
а) на обычные с плоской или клиновидной подошвой (рис. 35 а, б, г);
б) с уширением основания путем втрамбовывания в дно котлована отдельными порциями жесткого материала (небольших валунов, щебня, гравия, крупного песка, жесткой бетонной смеси, отходов производства и т.п.) с последующим заполнением верхней части вытрамбованного котлована монолитным бетоном (класса В 12,5 В 15) (рис. 35 г).
По взаимному расположению и характеру взаимодействия с грунтом основания ФВК подразделяются:
- на отдельно стоящие (столбчатые), на которых не сказывается влияние одного фундамента на другой при вытрамбовывании котлованов, так и при передаче нагрузки на грунт (при расстояниях поверху между фундаментами амин >= 2 bm, где bm ширина (средняя) фундамента на глубине 1/2 dp), а при амин < bm как ленточные прерывистые (рис. 36).
При устройстве фундаментов в вытрамбованных котлованах (сборных или монолитных) в зависимости от показателя текучести (IL) вокруг них в основании образуется уплотненная зона грунта шириной BS = 1,5 bm и мощностью hs = 1,5 - 2,0 bm (плотность в этой зоне повышается до 1,2 раза), в результате чего несущая способность уплотненного грунта повышается Rs = (1,5 - 2) R (R - расчетное сопротивление природного грунта) уменьшается влажность (1,4 - 1,8 раза) и его пучинистость (1,4 2,0 раза).
Существенное влияние на величину и характер зон уплотнения оказывает природная влажность и состояние грунта. Так, с ростом показателя текучести грунта (IL), размеры зон уплотнения уменьшаются. В зависимости от показателя текучести грунта и типа фундамента в вытрамбованных котлованах выпучивание их при отсутствии нагрузки в 1,5 ... 2,8 раза меньше выпучивания однотипных фундаментов, устроенных в открытых котлованах и траншеях [5].
С ростом угла наклона боковых граней а (сбега боковых граней) увеличиваются и размеры уплотненной зоны, достигая лучшего уплотнения грунта, а с точки зрения воздействия на них сил морозного пучения происходит ухудшение: кроме касательных сил (Tfh) на боковые грани фундамента действуют нормальные силы пучения (Pf) (см. рис. 41). Чем больше угол наклона боковых граней, тем больше силы морозного пучения, но меньше осадка после оттаивания грунта (Sf).
При проектировании малозаглубленных фундаментов в вытрамбованных котлованах (МЗФВК) (dp « df) в пучинистых грунтах рекомендуется принимать угол сбега граней около а = 15°, т.к. по несущей способности, по сопротивлению силам морозного пучения, по остаточным деформациям пучения угол является оптимальным.
С увеличением глубины заложения (dp) выпучивание фундаментов в вытрамбованных котлованах уменьшается, т.к. увеличивается глубина заанкеривания его в талом грунте (при dp > df).
Проектирование ФВК применительно к условиям Северо-Запада подробно изложено в литературе [8, 9], а МЗФВК при воздействии сил морозного пучения рассмотрено ниже (см. раздел "Расчет малозаглубленных фундаментов в вытрамбованных котлованах на выпучивание").
Пункт 5.1 ЭФФЕКТИВНЫЕ ТИПЫ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ ЛЕГКИХ ЗДАНИЙ
НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
Пункт 5.2 ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ ЛЕГКИХ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
Пункт 5.3 НЕЗАГЛУБЛЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ (НЗ)
Пункт 5.4 МАЛОЗАГЛУБЛЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ (МЗ)