МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЦЕНТР НОРМИРОВАНИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СООТВЕТСТВИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ»

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ НА ИУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

Москва 2019

Содержание

1    Область применения.......................................................................................................

2    Нормативные ссылки......................................................................................................

3    Термины и определения..................................................................................................

4    Общие положения...........................................................................................................

5    Определение степени пучинистости грунтов................................................................

6    Определение глубины промерзания-оттаивания...........................................................

7    Требования к расчетам фундаментов на пучинистых грунтах.....................................

8    Требования к проектированию фундаментов на пучинистых грунтах........................

8.1    Фундаменты мелкого заложения..............................................................................

8.2    Малозаглубленные и незаглубленные фундаменты...............................................

8.3    Свайные фундаменты...............................................................................................

8.4    Фундаменты глубокого заложения и ограждающие конструкции котлована.......

9    Требования к противопучинистым мероприятиям.......................................................

9.1    Общие положения.....................................................................................................

9.2    Инженерно-мелиоративные мероприятия...............................................................

9.3    Конструктивные мероприятия..................................................................................

9.4    Физико-химические мероприятия............................................................................

10    Геотехнический мониторинг........................................................................................

Приложение А Физические и теплофизические характеристики многолетнемерзлых грунтов................................................................................................................................

Приложение Б Предельные деформации основания фундаментов объектов нового строительства .....................................................................................................................

Приложение В Глубины оттаивания грунтов...................................................................

R,x102

a - практически непучинистын; б - слабопучинистый; в - среднепучмнистый; г - сильнопучнннстый; д - чрезмернопучнннстыи.

1,2 - супеси; 3 - суглинки; 4 - суглинки с 0,07 < 1_Р < 0,13; 5 - суглинки с 0,13 < /_р < 0,17; 6 - глины (в грунтах 2,4 и 5 содержание пылеватых частиц размером 0,05 - 0,005 составляет более 50 % по массе).

Рисунок 5.2 - Взаимосвязь параметра R/и относительной деформации ер,

32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10

шшт

14    18    22    26    30    34    38    42    46    50    54    58    62

Рисунок 5.3 - Зависимость критической влажности w_cr от числа пластичности 1_р и

предела текучески грунта w_L

Пример 5.2 Площадка строительства находится в г. Чебоксары. Слой сезонного промерзания сложен суглинком полутвердым с коэффициентом пористости е = 0,68, природной влажностью w = 0,2, влажностью на границе раскатывания vv_p = 0,19, плотностью грунта р = 1,99 • 10³ кг/ м³, влажностью на границе текучести w_L = 0,32. Требуется определить степень пучинистости грунта.

Параметр /^определяется по формуле

R_f = 0,67 • 1,66 • [о,012 • (0,2 - 0,1) + ^{0 2}'^(0,2-° !!!!] = 0,00146 = 0,15 • 10“².

•    I    ^v    0,32-0,19_v^/9i02j    ’

w_cr - критическая влажность, определяется по графику' 4 (для суглинка с 0,07 < 1_Р < 0,13) на рисунке 5.2 для w_L = 0,32 и 1_р = w_L — w_p = 0,32 - 0,19 = 0,13 и составляет 0,21;

w_sat - полная влагоемкость грунта, доли единицы, для глинистых грунтов берется влажность на границе текучести w_L;.

р_d - плотность сухого грунта, кг/ м\ определяемая по формуле

Pd = . ^Р , = ^1,99 = 1,66 • 10³ кг/ м³ ,

^уа (l + W) (1+0.2)    ⁷    *

М₀ - безразмерный коэффициент, численно равный абсолютному значению средней многолетней температуры воздуха за зимний период в г. Чебоксары, принимаем равный 9,02.

Относительная деформация суглинка в соответствии с парамегром Rf • 10² = 0,15 составляет ejh 0,02. По графику на рисунке 5.2 и по таблице 5.1 грунт в слое сезонного промерзания относится к слабопучинистому.

6 Определение глубины промерзания-оттаивании

6.1    Глубину сезонного промерзания-оттаивания следует определять:

-    для назначения глубины заложения и выбора типа фундаментов зданий и сооружений;

-    для определения деформаций и сил морозного пучения грунта;

-    для разработки противопучинистых мероприятий, позволяющих уменьшать или исключать действие сил морозного пучения на фундаменты и вышележащие конструкции и предотвращать их недопустимые деформации.

6.2    Глубина сезонного промерзания дисперсных грунтов, в том числе многолетнемерэлых, если слой сезонного промерзания грунтов не сливается с многолетнемерзлой толщей, определяется в соответствии с ГОСТ 24847, при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания.

6.3    Глубину сезонного оттаивания песчаных, пылевато-глинистых, биогенных и крупнообломочных грунтов в районах распространения ММГ следует определять в соответствии с ГОСТ 26262.

6.4    Нормативную глубину сезонного промерзания грунта с^„, м, следует принимать равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет).

6.5    При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативная глубина сезонного промерзания определятся по формуле

^<б"

где df - наибольшая глубина сезонного промерзания грунта в годовом периоде, м, устанавливаемая по данным натурных наблюдений;

Tf,m и tf_m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, °С, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СП 131.13330;

Tbf- температура начала замерзания грунта, °С, определяемая в А.4;

Tf и tf - соответственно средняя температура воздуха, °С, за период отрицательных температу р и продолжительность этого периода, ч, в год проведения наблюдений, принимаемые по метеоданным.

6.6 Нормативная глубина сезонного оттаивания для ММГ da,._n, м, определяется по данным наблюдений по формуле

(6.2)

где d’_th - наибольшая глубина сезонного оттаивания грунта в годовом периоде, м, устанавливаемая по данным нату рных наблюдений;

T_thm ¹¹ tth.m ~ соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур, °С, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СП 131.13330, причем для климатических подрайонов 1Б и 1Г значения T_{th m} и t_{th т} следует принимать с коэффициентом 0,9;

T_bf - см. в формулу (6.1);

T_th ^{и f}th ” соответственно средняя температура воздуха, °С, за период положительных температур и продолжительность этого периода, ч, в год проведения наблюдений, принимаемые по метеоданным.

6.7 При отсутствии данных о полевых наблюдениях за глубиной промерзания - оттаивания, нормативную глубину сезонного промерзания - оттаивания грунта df,„ (din.,,), м, допускается назначать на основании теплотехнических расчетов.

(6.3)

6.7.1 Для районов, где глубина промерзания df _n не превышает 2,5 м, ее нормативное значение следует вычислять по формуле

df.n ~ doy/Mc,

где d₀ - величина, принимаемая равной:

-    0,23 м - для суглинков и глин;

-    0,28 м - для супесей, песков мелких и пылеватых;

-    0,30 м - для песков гравелистых, крупных и средней крупности;

-    0,34 м - для крупнообло.мочных грунтов.

M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений отрицательных среднемесячных температур за год в конкретном районе, принимаемых по СП 131.13330, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений метеорологической станции, находящейся в районе строительства.

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

6.7.2 Для районов, где df _n превышает 2,5 м, а также в районах распространения многолетнемерзлых грунтов и в горных районах (где резко

изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), нормативную глубину сезонного промерзания следует вычислять по формуле

d_f,_n = ^^2Я/^(7,ь/-^.")‘/.,Г    (6.4)

где    ц₂    = U~ 0,5С/(7/>я - Ть/\    (6.5)

здесь U - теплота замерзания грунта, Дж/м\ определяемая в А. 10 при температуре грунта равной 0,5(7у>, - 7#), °С; С/ - объемная теплоемкость мерзлого грунта, Дж/(м^ЧоС), определяемая в А.6.2 и А.7.2. Остальные обозначения те же, что в формуле (6.1).

теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м-°С), определяемая в А.8;

Tbf’ ^Tr.m" t_fim ~ см. в формулу (6.1).

6.7.3 Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта d_thj,, м, определятся по формуле

(6.6)

(6.7)

(6.8)

^     /2    Агл    O'th£~Tbf)tth.c j ( Q    Q

^dthn - nI ^    ⁺    W

где    Q    =    (o,25    - ‘-f) (T₀ - T_bf)k_m^_fC_rt_tll,_c,

_qi = L„ + (^- 0,l) [C_th(7-_th._c - T_bf)-C_f(T₀ - T_bf)],

Tbf ~ см. в формулу (6.1);

Tth.c ~ расчетная температура поверхности грунта в летний период, °С, определяемая по формуле

Т,„.с= 1 ATihjn + 2,4,    (6.9)

t,ht - расчетный период положительных температур, ч, определяемый по формуле

W = 1,15/,л.т ⁺ 0,l/i,    (6.10)

tj - время, принимаемое равным 1,3-10⁷с (3600 ч);

t₂ - время, принимаемое равным 2,7-10⁷с (7500 ч);

Т₀ - расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта, °С, определяемая по 6.8;

A_tfl- теплопроводность талого грунта, Вт/(м-°С);

C_th - объемная теплоемкость талого грунта, Дж/(м^{Я о}С);

к_т - коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для глинистых - по таблице 6.1 в зависимости от значения теплоемкости С/ и средней температуры грунта, °С, определяемой по формуле

г = (Го - 7V)(t_t,,_c/ti - 0,22),    (6.11)

L_v - теплота таяния (замерзания) грунта, Дж/м\ определяемая в А. 10 при температуре грунта, равной 0,5f, °С.

Остальные обозначения - см. в формулу (6.1).

Температура, °С	Значения коэ(	)фициента кт при объемной теплоемкости Cf, Дж/(м, 0С)
	КЗ-106	1,710е	2.1106	2,5-106
-1	6,8	5,9	5,3	5,0
-2	5,2	4,5	4,0	3.7
-4	3,7	3,2	2.8	2,5
-6	3,0	2,6	2,3	2,1
-8	2,5	2,2	1,9	1,6
-10	1,8	1,6	1,4	1,2

6.8    Расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта '/’о, °С, устанавливается на основании прогнозных расчетов изменения температурного режима грунтов на застраиваемой территории.

Допускается определять значение '/’о, °С, по формуле

То = £ |(7>._m - T„_r)t,„ + Мгм (— + «,)] + V    (6.12)

где (у - продолжительность года, принимаемая равной 3,15 10⁷ с (8760 ч);

Tf _m и tf _m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха в период отрицательных температур, °С, и продолжительность этого периода, с (ч), принимаемые по СП 131.13330;

(iih.n ~ нормативная глубина сезонного оттаивания, м, для предварительных расчетов допускается принимать по рисункам В.1 и В.2;

L_v - теплота таяния-замерзания грунта, Дж/м\ определяемая по А. 10 Приложения А;

Rs - термическое сопротивление снегового покрова, м^2оС/Вт, определяемое по формуле

R* = dAs,    (6.13)

где d_s - среднезимняя высота снегового покрова, м, принимаемая по метеоданным;

X, - среднезимняя теплопроводность снегового покрова, Вт/м²-°С, определяется по формуле

X* = та (0,18 + 0,87 р,),    (6.14)

где пи-пересчетный множитель, принимаемый равным 1,16 м Вт/(т °С);

р, - среднезимняя плотность снегового покрова, т/м³, принимаемая по метеоданным.

Примечания

1    В районах со средней скоростью ветра в зимний период свыше 5 м/с. рассчитанное по формуле (6.13) значение R_s следует увеличивать в 1,3 раза

2    Если при расчете по формуле (6.12) 7о > Ть/, то следует принимать 7Ь = Ту.

6.9    Расчетная глубина сезонного оттаивания d,i_h м, и расчетная глубина сезонного промерзания грунта df.• м, определяются по формулам

d/h ⁼ к hdthj,;

где k'i, - коэффициент теплового влияния сооружения, принимаемый по таблице 6.2.

dth,r~ нормативная глубина сезонного оттаивания грунта, определяемая по 6.6 или 6.7.3.

df= kftd/j,,    (6.16)

ки - коэффициент теплового влияния сооружения, принимаемый:

-    1,1 - для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений в районах с положительной среднегодовой температурой;

-    по таблице 6.2 - для зданий, тепловой режим которых существенно влияет на температуру грунтов (холодильники, котельные и т.п ), для наружных и внутренних фундаментов в районах с отрицательной среднегодовой температурой, и для зданий и сооружений, возведённых на ММГ, используемых в качестве оснований по II принципу;

-    по таблице 6.3 - для наружных фундаментов отапливаемых сооружений;

dfj, - нормативная глубина сезонного промерзания гру нта, определяемая по 6.5 или 6.7.1 или 6.7.2.

Таблица 6.2

Наименование сооружения к\ кн Здания и сооружения без холодного подполья 1о таблице 6 3 Здания и сооружения с холодным подпольем у наружных стен с отмостками, имеющими асфальтовое и тому подобное покрытия 1,2 у наружных стен с отмостками без асфальтовых покрытий 1,0 - у внутренних опор 0,8 Мосты: промежуточные массивные опоры с фундаментами мелкого заложения или фундаментами из сван и сван-столбов с плитой (ростверком), заглубленной в грунт при ширине опор по фасаду: от 2 до 4 м 1,3 1,2 4 м и более 1,5 1,3 промежуточные столбчатые и свайные опоры, рамно-стоечные опоры 1,2 1,1 с фундаментами мелкого заложения обсыпные устои 1,0 1,0 Примечания: 1 Данные настоящей таблицы не распространяются на случаи применения теплоизоляции и других специальных теплозащитных мероприятий (вентилируемые и теплоизолирующие подсыпки, охлаждающие устройства и т.д.). 2 Для устоев мостов, обсыпанных песчаным грунтом, значения к \ и кн следует принимать по данным теплотехнического расчета, но не менее 1,2.

Особенности сооружения Коэффициент кь при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам. °С 0 1 5 1 10 15 | 20 и более Без подвала с полами, устраиваемыми: по грунту 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 на лагах по грунту 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 по утепленному цокольному перекрытию 1,0 1.0 0,9 0.8 0,7 С подвалом или техническим подпольем 0,8 0.7 0,6 0.5 0,4

Примечания: 1    Приведенные в настоящей таблице значения коэффициента kh относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента а/ <0,5 м; если aft 1,5 м, значения коэффициента повышают на 0,1, но не более чем до значения кн= 1; при промежуточном значении коэффициента ki, определяют интерполяцией 2    К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подполья, а при их отсутствии - помещения первого этажа. 3    При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент kh принимают с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в таблице. 4    Для зданий с нерегулярным отоплением при определении ки за расчетную температуру воздуха принимают ее среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов в течение суток._

6.10    Значения теплофизических характеристик при расчете нормативных глубин сезонного промерзания-оттаивания грунтов по формулам (6.4) и (6.6) при применении мероприятий инженерной защиты зданий и сооружений от морозного пучения грунтов, приводящих к понижению уровня подземных вод (вертикальная планировка территории подсыпкой, регулирование поверхностного стока и т.д.), следует принимать при влажности грунта н% д.е., равной:

0,04 - для крупнообломочных грунтов;

0,07 - для песков (кроме пылеватых);

0,1 - для песков пылеватых;

(w_p + 0,51_Р) - для глинистых грунтов;

1,1и>- для заторфованных грунтов, где 1_Р и Wp - соответственно число пластичности и влажности грунта на границе пластичности.

6.11    Расчетную глубину промерзания-оттаивания допускается определять теплотехническим расчетом на основании моделирования теплового взаимодействия зданий и сооружений и грунтового основания с учетом фазовых переходов и теплофизических свойств грунтов в программных комплексах.

6.12    Для выполнения теплотехнических расчетов в программном комплексе задаются следующие характеристики:

-    теплофизические свойства грунтов:    теплопроводность    и    объемная

теплоемкость в талом и мерзлом состоянии, плотность, температура начала фазового перехода, кривая незамерзшей воды.

-    теплопроводность, теплоемкость и плотность строительных материалов, включая теплоизоляционные материалы.

-    вертикальное распределение температуры в грунте на начало прогноза (данные по термометрическим скважинам).

-    метеорологические данные: температура воздуха, в том числе с учетом изменения скорости ветра на поверхности и изменения толщины снежного покрова во времени (если необходимо учесть влияние толщины снежного покрова).

-    гидрогеологические свойства грунтов: изменение уровня подземных вод по периметру исследуемой области в зависимости от времени.

Пример 6.1. Строительная площадка находится вблизи г. Хабаровска. Основание площадки сложено глинистыми грунтами, слой сезонного промерзания представлен суглинком полутвердым, слабопучинистым, мощностью 2 м. Планируется строительство пятиэтажного дома без подвала с полами, устраиваемыми по утепленному цокольному перекрытию, при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении 15°С. Требуется определить расчетную глубину сезонного промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d^_n, м, определяется по формуле

где М_£ — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений отрицательных среднемесячных температур за зиму в данном районе (г. Хабаровск), принимаем равный 1;

d₀ - величина, принимаемая для суглинков и глин 0,23 м;

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df_b м, определяется по формуле

d_f = k_hd_fn = 0,8 • 1,90 = 1,52.

df_n - нормативная глубина промерзания, м.

Расчетная глубина сезонного промерзания вблизи г. Хабаровск в исходных инженерно-геологических условиях составляет 1,52 м.

Пример 6.2. Строительная площадка находится вблизи г. Чебоксары. Основание площадки сложено глинистыми грунтами, слой сезонного промерзания представлен суглинком тяжелым пылеватым, полутвердым со следующими характеристиками: плотность сухого грунта p_d = 1,6-10³ кг/м³, коэффициент пористости е = 0,696, влажность грунта в природных условиях w = 0,22, влажность на пределе раскатывания w_p = 0,21, число пластичности !_р = 0,14, показатель текучести //. = 0,11. Планируется строительство башни на свайном фундаменте.

Методическое пособие (далее - пособие) разработано в развитие положений СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений», СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты» и СП 25.13330.2012 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». В пособии разъяснены методики определения степени пучинистости грунта и глубины сезонного промерзания-оттаивания грунтов. Отражены и дополнены основные принципы проектирования и расчета различных типов фундаментов на пучинистых грунтах по предельным состояниям, разработанные в развитие подраздела 6.8 СП 22.13330 и приложения Ж СП 24.13330, а также даны рекомендации по применению противопучинистых мероприятий в период строительства и эксплуатации сооружений на основе раздела 12 СП 116.13330.

Пособие предназначено для широкого круга специалистов, чья деятельность связана с проектированием и исследованиями в области оснований и фундаментов (специалисты проектных организаций, государственных и иных органов экспертизы и согласования), с целью разъяснения особенностей проектирования оснований фундаментов на пучинистых грунтах для грамотного и рационального их проектирования.

Работа выполнена авторским коллективом АО «КТБ ЖБ», АО «НИЦ «Строительство» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова (руководитель работы - канд. техн. наук А/’. Алексеев, инженер С.А. Виноградова).

Средняя температура воздуха в районе строительства за период отрицательных температур 7у _m = — 8,3°С, а продолжительность этого периода tf_>m = 3744 ч = 13478400с. Требуется рассчитать расчетную глубину сезонного промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта df _n, м, определяется по формуле

|2ЛДт_ьг - T_fm)t_rm _ 12 ■ 1,62 • (-0.2 - (-8,3)) • 13478400 J    Ч2    J    722.11-10⁵

где Af — теплопроводность грунта в мерзлом состоянии, определяется при температуре грунта равной 7 = -4,05°С; Aj = 1,62 Вт/(м °С).

Теплопроводность незасоленных и засоленных грунтов в мерзлом состоянии в диапазоне температур T_bf >Т> Г_т, где Т_т = -15 °С, определяется по формуле

где Af_m — коэффициент теплопроводности грунтов в мерзлом состоянии; А_/ш = 1,64 Вт/(м °С);

\_th — коэффициент теплопроводности грунтов в талом состоянии, X_th =1,4 Вт/(м °С);

^wtot ~ суммарная влажность мерзлого грунта, принимается равной естественной влажности грунта w_tot = 0,22 ;

w_w - влажность незасоленного мерзлого грунта (    =    0    )    за    счет

незамерзшей воды, определяется по Приложению А:

Ww(r) = 0,5-0,21 = 0,105,

w_w(T_m) = 0,45 • 0,21 = 0,0945,

где w_p — влажность грунта на границе пластичности, w_p = 0,21;

к — коэффициент, принимаемый в зависимости от числа пластичности /_р = 0,14 и температуры грунта 7=—4,05 °С и 7’_т=—15 °С, к(Т) = 0,5 и *(Т_т) = 0,45.

T_bf— температура начала замерзания грунта, °С, определяется по Приложению А:

Tbf = А - B(53C_ps + 40Cp_S)= - 0,20,

Tf,_m ^и tf.m ~ средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур и продолжительность этого периода, принимаемые по СП 131.13330;

q₂ = L_v- 0.5C>(7)_>m - T_bf) = 616,4 • 10^s - 0.5 • 26,1 ■ 10⁵ ■ ((-8,3) - (-0,2))

= 722,11- 10⁵Дж/м³,

где L_v — теплота замерзания грунта, Дж/м³, определяется при температуре грунта равной Т = —4,05 °С;

Рекомендации настоящего пособия распространяются на проектирование различных типов фундаментов зданий и сооружений на пучинистых грунтах, в том числе возводимых на территории распространения многолетнемерзлых грунтов.

Рекомендации пособия не распространяются на проектирование оснований земляного полотна автомобильных и железных дорог, аэродромных покрытий, оснований глубоких опор и фундаментов машин с динамическими нагрузками.

2 Нормативные ссылки

В настоящем пособии использованы ссылки на следующие нормативные документы.

ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12248-2010 Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация

ГОСТ 24846-2012 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений

ГОСТ 24847-2017 Грунты. Методы определения глубины сезонного промерзания

ГОСТ 25358-2012. Грунты. Метод полевого определения температуры ГОСТ 26262-2014 Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания

ГОСТ 27217-2012 Грунты. Метод полевого определения удельных касательных сил морозного пучения

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 28622-2012 Грунты. Методы лабораторного определения степени пучинистости

ГОСТ Р 56726-2015 Грунты. Метод лабораторного определения удельной касательной силы морозного пучения

СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений» (с изменениями № 1, № 2, № 3)

СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты» (с изменениями № 1,№2,№3)

СП 25.13330.2012 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» (с изменениями № 1, № 2, № 3, № 4)

СП 45.13330.2017 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты» (с изменениями № 1, №2)

СП 104.13330.2016 «СНиП 2.06.15-85 Инженерная защита территории от затопления и подтопления»

СП 116.13330.2012 «СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения»

СП 131.13330.2018 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология»

Примечание- При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячно издаваемого информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии свода правил целесообразно провертъ в Федеральном информационном фонде стандартов

3 Термины и определения

В настоящем пособии применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    грунт пучиннстый: Дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения £/,, > 0,01;

3.2    грунт сезонномерзлый (сезонноталый):    Грунт, находящийся в

мерзлом или талом состоянии периодически в течение холодного или теплого сезона;

3.3    грунт многолетнемерзлый/грунт вечномерзлый: Грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет;

3.4    геотехнический мониторинг:    Комплекс работ, основанный на

натурных наблюдениях за поведением конструкций вновь возводимого или реконструируемого сооружения, его основания, в т.ч. грунтового массива, окружающего (вмещающего) сооружение, и конструкций сооружений окружающей застройки;

3.5    геотехническая категория:    Категория сложности объекта

строительства с точки зрения проектирования оснований и фундаментов, определяемая в зависимости от уровня ответственности и сложности инженерногеологических условий площадки строительства;

3.6    инженерная защита территорий, зданий и сооружений: Комплекс сооружений и мероприятий, направленных на предупреждение отрицательного воздействия опасных геологических, экологических и других процессов на территорию, здания и сооружения, а также защиту от их последствий;

3.7    касательная сила морозного (криогенного) пучения:    Сила,

действующая в процессе промерзающего грунта по боковой поверхности

фундамента, обусловленная сопротивлением смерзания и трения его с промерзающим грунтом;

3.8    морозное пучение: Внутриобъемное деформирование промерзающих влажных грунтов, приводящее к увеличению их объема вследствие кристаллизации поровой и мигрирующей воды с образованием кристаллов и линз льда;

3.9    малозаглубленный фундамент: Фундамент с глубиной заложения подошвы выше расчетной глубины сезонного промерзания грунта;

3.10    «мостики холода»: Разрывы в теплоизоляции, создающие термически проводимые пути;

3.11    нормальная вертикальная сила морозного (криогенного) пучения:

Сила, действующая по нормали к подошве фундамента, возникающая в результате промерзания грунта и развития морозного пучения;

3.12    нормальная горизонтальная сила морозною (криогенного) пучения: Сила, действующая по нормали к боковой поверхности фундамента и ограждающей конструкции, возникающая в результате промерзания грунта и развития морозного пучения;

3.13    ростверк: Распределительная балка или плита, объединяющая головы свай и перераспределяющая на них нагрузку от вышсрасположенных конструкций;

3.14    слой сезонного промерзания:    Поверхностный слой грунта,

промерзающий в холодный период года и оттаивающий в теплый, под которым находятся немерзлые грунты;

3.15    слой сезонного оттаивания (сезоннопротапвающий, сезонноталый): Поверхностный слой грунта, оттаивающий в летний период и подстилаемый м ноголетнемерзл ы м и грунтам и;

3.16    свайный фу ндамент:    Комплекс    свай,    объединенных    в    единую

конструкцию, передающую нагрузку на основание;

3.17    свая: Погруженная в грунт или изготовленная в грунте вертикальная или наклонная конструкция, предназначенная „тля передачи нагрузки на основание;

3.18    стена в грунте: Искусственно выполненная противофильтрационная, ограждающая или несущая конструкция из бетона или железобетона в грунте;

3.19    термометрическая скважина: Специально оборудованная скважина, предназначенная для измерения температуры грунта гирляндой температурных датчиков;

3.20    относительная деформация морозного пучения:    Отношение

абсолютной вертикальной деформации морозного пучения промерзающего грунта к мощности промерзшего слоя;

3.21    отрицательные (негативные) силы трепня: Силы, возникающие на боковой поверхности фундаментов и подземных частей сооружений при перемещении грунтов вниз относительно них;

3.22    подъемы и осадки:    Вертикальные    составляющие    деформаций

основания, связанные с изменением объема грунтов при изменении их влажности или воздействием химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);

3.23    удельная касательная сила морозного пучения: Касательная сила пучения, отнесенная к площади смерзания боковой поверхности фундамента с промерзающим грунтом;

3.24    фундамент глубокого заложения: Конструкция, сооружаемая из свай, оболочек, столбов или с применением опускных колодцев и кессонов;

3.25    фундамент мелкого заложения (shallow foundation): Фундамент, соотношения высоты и ширины которого не превышает 4, сооружаемый в котлованах или полостях заданной формы, предварительно отрытых с поверхности до проектной глубины, и передающий нагрузку на основание преимущественно через подошву.

Примечание- Глубина заложения подошвы фундамента в пучинистых грунтах должна быть ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта.

4 Общие положения

4.1    К пучинистым грунтам относятся глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, имеющие к началу промерзания влажность выше критической влажности (см. п.5.7).

4.2    Пучинистые грунты характеризуют следующие параметры:

-    абсолютная деформация морозного пучения Л/, представляющая подъем ненагруженной поверхности промерзающего грунта;

-    относительная деформациия (интенсивность) морозного пучения fy, -отношение абсолютной деформации морозного пучения Иу- к толщине промерзающего слоя с!/_у

-    степень пучинистости грунта;

-    нормальное вертикальное давление морозного пучения pjh.v, действующее по нормали к подошве фундамента;

-    нормальное горизонтальное давление морозного пучения действующее по нормали к боковой поверхности фундамента;

-    удельная касательная сила морозного пучения Тут,, действующей вдоль боковой поверхности фундамента.

4.3    Характеристики пучинистости промерзающих грунтов следует устанавливать на основании непосредственных испытаний грунтов в полевых и лабораторных условиях, для сооружений 1 геотехнической категории допускается принимать расчетные или табличные значения.

4.4    Проектирование фундаментов мелкого и глубокого заложений должно выполняться в соответствии с СП 22.13330, для свайных фундаментов - с СП 24.13330, а проектирование в районе распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ) в соответствии с СП 25.13330. Работы по устройству фундаментов следует выполнять по СП 45.13330.

4.5    Основания, сложенные пучинистыми или искусственно замороженными грунтами, следует проектировать с учетом способности таких грунтов при сезонном, искусственном или многолетнем промерзании увеличиваться в объеме, что сопровождается подъемом поверхности грунта и развитием сил морозного пучения, действующих на фундаменты и другие конструкции сооружений. При последующем оттаивании пучинистого грунта происходит его оседание.

4.6    При проектировании фундаментов мелкого заложения на пучинистых грунтах не допускается их промораживание в основании фундамента в период строительства и эксплуатации без обоснования расчетом.

4.7    При консервации объекта или вынужденной остановке строительства в зимний период следует предусматривать мероприятия, исключающие промораживание пучинистых грунтов в основании фундаментов.

4.8    Температура в неотапливаемых или недостроенных заглубленных помещениях (подвалы, тоннели, шахты и др.) не должна быть отрицательной при наличии пучинистых грунтов в основании фундаментов и за стенами сооружений без выполнения теплоизолирующих мероприятий.

4.9    Вертикальные или наклонные подпорные стены, анкеры, распорные системы и тоннели должны рассчитываться на усилия, возникающие от сил морозного пучения грунта, при наличии и возможности промерзания пучинистых грунтов за стеной и в основании.

5 Определение степени пучинистости грунтов

5.1 Грунты подразделяют по степени пучинистости в соответствии с ГОСТ 25100 на пять групп (таблица 5.1). Степень пучинистости влияет при проектировании на выбор параметров фундамента и противопучинистых мероприятий.

Таблица 5.1

Разновидность грунтов Относительная деформация пучения ел, д.е Характеристика грунтов Практически непучинистый 0.01 <Zfb Глинистые при Ii< 0 Пески гравелистые, крупные и средней крупности, пески мелкие и пылеватые при S< 0,6, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15% по массе частиц мельче 0,05 мм (независимо от значения S,). Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10% Слабопучинистый 0.01 <%»< 0,035 Глинистые при 0 < //.< 0,25. Пески пылеватые и мелкие при 0,6 < S,< 0,8. Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30% по массе С реднепу'чннистый 0,03 5< е/*<0,07 Глинистые при 0,25 < //. < 0 ,50. Пески пылеватые и мелкие при 0,80 < Sr< 0 ,95. Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым), более 30 % по массе Сильнопучинистый и чрезмернопу чннистый 0,07< ел < 0,1 <**>0,01 Глинистые при It >0,5. Пески пылеватые и мелкие при S,> 0,95

5.2 Предварительную оценку степени пучинистости грунтов на стадии изысканий допускается выполнять по таблице 5.1 на основании физических характеристик грунтов.

5.3    Для сооружений 2 и 3 геотехнической категории степень пучинистости и относительная деформация морозного пучения определяются на основе непосредственных испытаний в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 28622 с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

5.4    Лабораторные испытания по определению степени пучинистости грунтов по ГОСТ 28622 проводят для глинистых, крупнообломочных (с содержанием глинистого заполнителя более 10 % общей массы), песчаных (с содержанием частиц мельче 0,05 мм более 2 % общей массы), биогенных, засоленных и искусственных грунтов и определяют по значению относительной деформации морозного пучения Ejh в соответствии с таблицей 5.1 по формуле

где hf - вертикальная деформация образца грунта в конце испытания, мм; d, - фактическая толщина промерзшего слоя образца грунта, мм.

Значения hf и d, получают по результатам испытаний образцов грунта в специальной установке, обеспечивающей вертикальное промораживание образца исследуемого грунта в заданном температурном и влажностном режимах и измерение перемещений его поверхности. Один из вариантов конструкции установки представлен на рисунке 5.1.

4    5

Рисунок 5.1 - Схема установки для определения степени пучинистости грунта

5.5 Для сооружений 1 геотехнической категории допускается определять степень пучинистости расчетным путем по п. 5.6 и 5.7 в соответствии с СП 22.13330, в том числе в районах распросгранения ММГ.

5.6 Степень пучинистости несвязных грунтов (крупнообломочных грунтов и песков, содержащих глинистые фракции), а также супесей при 1_Р < 0,02, допускается определять через показатель дисперсности D, вычисляемый по формуле

D = k/(F е),    (5.2)

где к - коэффициент, равный 1,85-КГ⁴ см²;

е - коэффициент пористости;

d - средний диаметр частиц грунта, см, вычисляемый по формуле

а = (_Pl/d_x + _P2/d₂ +...+_Р,мг \    (5.з)

где Pi,P2> ■■•Pi ~ содержание отдельных фракций грунта, д. е.;

d₁,d₂,..., di - средний диаметр частиц отдельных фракций, см.

Диаметры отдельных классифицированных фракций определяются по их минимальным размерам, умноженным на коэффициент 1,4. За расчетный диаметр наименьшей фракции принимается ее максимальный размер, деленный на коэффициент 1,4.

Таблица 5.2

Степень пучинистости грунта Показатель дисперсии Непучинистый D< 1 Слабопучинистый \<D< 5 Среднепучинистый, сильнопучинистый и чрезмернопучнннстын D> 5

Пример 5.1. На строительной площадке слой сезонного промерзания сложен песком пылеватым с коэффициентом пористости е = 0,81. Требуется определить степень пучинистости грунта. Гранулометрический состав песка приведен в таблице 5.3.