ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

.....и ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

имени Н.М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

ФУНДАМЕНТОВ

НА ЗАКАРСТОВАННЫХ

ТЕРРИТОРИЯХ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО НРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИМ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИИ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ имени Н М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

МОСКВА-1985

ки определяется в прямоугольной системе координат h —^ь у с началом в произвольной точке на земной поверхности или под фундаментом сооружения(см.рис.2).Вычисление2д/г_£, zy_t и zy^£ производится до выполнения одного из следующих условий: ордината склона y_i на глубине k_L равна радиусу провальной воронки

У_с- &_е/2    ; глубина провальной воронки k_L равна

видимой глубине Sobs провала (k = Sobs )

Оба расчета рекомендуется выполнять в табличной форме или на

ЭВМ.

3.4. Формулы (I) и (2) позволяют получить минимально возможные диаметры провала ot_Q и воронки oL_e , образование которых возможно с глубины расположения полости при определенном значении видимой глубины провала Sobs . Поэтому для возникновения провала и воронки необходимо, чтобы размер полости в плане был не менее расчетного значения cL_o

4. ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО ПРОЛЕТА КАРСТОВОГО ПРОВАЛА

4.1.    Условия применимости вероятностно-статистического метода прогноза размера карстового провала под фундаментом или на земной поверхности применительно к отдельной площадке следующие: а) относительно частоты возникновения провалов (интенсивности провалообразования) и их диаметров рассматриваемая площадка статистически однородна с участком (территорией), для которого были определены эти параметры; б) сооружения несущественно влияют на интенсивность провалов и на величины их диаметров.

4.2.    В большинстве случаев распределение диаметров провалов на относительно больших по площади территориях близки к логарифмически нормальному закону распределения. На отдельных небольших по площади участках и на территориях,однородных с точки зрения постоянства условий, влияющих на диаметры карстовых провалов, закон распределения диаметров близок к нормальному.

4.3.    При интерпретации статистических закономерностей диамет

ров провалов следует иметь в виду следующее обстоятельство: после образования карстового провала на поверхности земли с первоначальным диаметром Ы₀ , последний увеличивается с затухающей во времени скоростью, в первое время главным образом за счет оползания склонов до диаметра    ,    соответствующего устойчивым скло-

10

d 12 -и

e    ^п

Рис, 2, Расчетная схема для определения диаметра карстовой

воронки

II

нам провального образования (воронки), а затем в основном за счет эрозии склонов до некоторого практически стабильного диаметра d.

St

(см.рис.3) .для оценки карстовой опасности и расчета противокарстовых

конструктивных мор защиты прежде всего необходимо знать распределение диаметров провалов, достигших    ₀    При    отсутствии

достаточного числа таких данных значение    необходимо    оце

нить приближенно по значениям oL ^ или о'₀

н-А. Распределение проявления карстовых провалов во времени близко закону Пуассона (закону редких событий), В соответствии о эчт вероятность появления провалов х на территории площадью А за время t равна

Р{х) = expf-Mt) ,

гдо Я - среднегодовое число провалов, приходящееся на I кв.км территории (показатель интенсивности карстовых провалов - провало-образования).

При этом в расчет принимаются; а) независящие друг от друга провалы (образование провала б одном месте не изменяет вероятности его образования в другом); б) лишь первичные провалы (вторичные и последующие провалы в одной точке считаются за один провал - проявление одной полости)* ЬероятностьРоТого, что на данной территории в заданное время не произойдет т одного провала (надежность), равна

р_о - ехр {~ AAt).

4.5.    Исходными данными для определения расчетного размера карстового провала в плане под ленточным фундаментом (пролета 4' ) являются следующие параметры; а) показатель интенсивности карстовых провалов А ; б) среднее или прогнозируемое (расчетно-детерминистическими методами, например,по разделу 3) значение диаметра карстового провала a^_tfn ; в) максимальное! значение диаметра провалов обтаем при нормальном распределении диаметров

> Где £_и - среднее пла^тическсе отклонение ; г) расчетный срок службы сооружения i_n ; размеры и очертание фундамента в плане; е) степень ответственности объекта.

4.6.    Рекомендуется придерживаться сле^ющаи последовательности

при определении расчетного пролета провале; в) построение кривой распределения яролета    £ яри образовании провала под фундс-

12

значению , используя интегральную кривую распределения /

(см.рис.4).Еслир] +P_f <■\    , то для ооеспечения заданной

надежности [р] противокарстовая защита не треоуется.

4-.9. При определении расчетного пролета €_d провала для фундаментной ^ляты(см.рис.5)следуетимедь ввиду, что при расположении центра провала в контуре плиты пролет совпадает с диаметром провала    ,    при    расположении    центра    провала в зоне за преде

лами периметра плитного фундамента ширинок о1_тоойС/ 2 расчетный пролет    при    пересечении    с    плитой    Судет всегда меньше заданного диаметра. Распределение    будет тем оольше отли

чаться от распределения диаметров, чем больше разность (d_mOLX~6) *

Условная вероятность ооразования провала под фундаментной плитой в случае, когда провал произошел на площади А ⁺А₀    »    состав

ляет

п - р ^А° +    ,

/ /о А_л+А₀ А_п+А_в

где А_п - площадь фундаментной плиты; А₀ - площадь зоны вокруг фундамента на расстоянии oL_mcLX/z ; Р{ - условная вероятность попадания под фундамент провала при образования его на площа-_ди А_а*А_а.

значение Р[ определяется по формулам п.4.8 .

дальнейший расчет пролета провала для фундаментной плиты производится аналогично расчету для ленточного фундамента.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ПЕРЕМЕННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЖЕСТКОСТИ ЗАКАРСТОВАННОГО ОСНОВАНИЙ

5.1.    Рекомендации настоящего раздела составлены для определения на контакте с фундаментом деформационной характеристики (переменного коэффициента жесткости при сжатии) неоднородного в плане и по глубине основания, ослабленного карстовой воронкой.

5.2.    При определении переменного коэффициента жесткости закар-стованного основания учитываются основные параметры физико-механичес-ких свойств грунтов, неоднородность геологического строения основания, распределительные свойства грунта, размеры и форма фундаментной плиты либо общей площади, занятой перекрестными лентами, расчетные диаметр и глубина карстовой воронки, глубина расположения карстующихся пород, а также наличие под воронкой разрыхленного грунта, образо-

вавшегося при провале и в связи с обрушением бортов провала.

5.3.    Переменный коэффициент к(х,У) (жесткости основания, аналогичный по смыслу Винклеровскому коэффициенту постели) вычисляется как величина,обратная осадкам S (х,у) линейно-деформи-руемого слоя с шаровым вырезом у поверхности, нагруженного единичной нагрузкой, равномерно распределенной по площади фундаментной плиты либо по пятну здания в случае перекрестных лент

к(х,у) = i/s(x,y).

При этом линейно-деформируемый слой характеризуется осред-ненным приведенным модулем деформации    £    и осредненным

коэффициентом Пуассона ^    ,    определяемыми поуказаниям соответственно пп. 2.24, 2.25 и 2.16    [3]    , а также толщиной слоя

Н , равной расчетной толщине сжимаемого слоя основания Н_и , рекомендуемой пп.2.6. и 2.7    [3]    ,    если    расстояние % от подошвы фундамента до скального грунта    £>//<*    , и равной

Н~2    , если % * На

5.4.    Переменный коэффициент жесткости основания, необходимый

для расчета фундаментной плиты либо перекрестных лент, задается по прямоугольным (см.рис .6) или кольцевым зонам (в зависимости от формы здания в плане), в пределах которых этот коэффициент считается постоянным, с тем чтобы аппроксимировать ступенчатыми эпюрами в двух взаимно перпендикулярных направлениях действительную эпюру коэффициента жесткости, представляющую собой    поверхность    с

минимальной ординатой в центре фундамента.

5.5.    В случае однородного основания (    ~    I»5, где

Етоьзс и Ёmist - приведенные по вертикалям модули деформации основания_?определяемые по п.2.22    [3J    )    ширина прямоуголь

ных или кольцевых зон с постоянными коэффициентами жесткости принимается одинаковой в направлении каждой оси фундамента. Увеличение количества зон повышает точность учета распределительной способности основания при расчете фундамента.

5.6.    При неоднородном основании (    > 1*5) сначала выпол

няется разбивка на зоны как для однородного основания, а затем на них наносятся зоны с пониженными или увеличенными приведенными по вертикалям модулями деформации.

5.7.    При наложении зон с различными коэффициентами жесткости

19

УДК 624.153.524.4.04

В рекомендациях изложены предложения по конструктивным решениям фундаментов на закарстованных территориях, методики определения расчетных размеров карстовых провалов и воронок и вычисления переменного коэффициента жесткости закарстованного основания, даны указания по статическим расчетам на ЭВМ фундаментных плит и перекрестных лент, а также по оценке устойчивости фундаментных плит высоких сооружений при образовании карстовых воронок, приведены примеры расчета.

В приложениях к Рекомендациям даны классификация карстопрояв-лений для целей проектирования и противокарстовых конструктивных мероприятий.

Рекомендации разработаны в лабораториях Механики грунтов (рук. лаборатории, доктор техн.наук, профессор К.Е.Егоров) и Естественных оснований и конструкций фундаментов (рук.лаборатории, доктор техн.наук, профессор Е.А.Сорочан).

Рекомендации составили: разделы I и 2 - канд.техн.наук Т.А.Ма-ликова, инж.Г.М.Троицкий(НИИ оснований и подземных сооруженийканд. техн.наук В.Б.Толмачев (ПНИИИС); раздел 3 - инж.Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений); раздел 4 - канд.техн.наук В.Б.Толмачев (ПНИИИС), инж.Г.М.Троицкий НИИ оснований и подземных сооружений; раздел 5 - канд.техн.наук Т.А.Маликова(НИИ оснований и подземных сооружений); раздел 6 - канд.техн.наук Т.А.Маликова (НИИ оснований и подземных соорукений)и канд.техн.наук А.С.Сытник (ЧПИ); раздел 7 - канд.техн.наук В.И.Обозов (ЦНИЙСК); прил.1 - канд.геол.-минерал.наук Б.П.Хоменко и канд.техн.наук В.Б.Толмачев (ПНИИИС); прил.2 - инж.Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений)» канд.техн.наук В.В.Толмачев (ПНИИИС).

Рекомендации одобрены секцией "Механика грунтов" НТС института

Замечания и предложения по содержанию Рекомендаций просьба направлять по адресу: 109389, 2-я Институтская ул.,д.6

© Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений имени Н.М.Герсеванова, 1985

I. ОБЩЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Рекомендации распространяются на проектирование фундаментов зданий и сооружений, возводимых на закарстованном основании.

1.2.    По настоящим рекомендациям рассчитываются фундаментные плиты и перекрестные ленты, лежащие на естественном закарстованном основании, а также на основании с заполненными пустотами.

1.3.    Каретопроявления делятся на поверхностные деформации земной поверхности и подземные, тесносвязанные между собой.

1.4.    Механизм карстовых деформаций определяется инженерно-геологической и прежде всего гидрогеологической обстановкой, при оценке которой необходимо учитывать техногенное воздействие на карстовый процесс проектируемых и эксплуатируемых объектов.

1.5.    Классификация карстопроявлений для целей проектирования противокарстовой защиты приведена в прил.1.

1.6.    Виды карстовых деформаций в значительной мере определяют выбор рациональных статических и конструктивных схем зданий и сооружений, их оптимальные габариты, виды и объемы противокарстовых мероприятий, классификация которых дана в нрил.2.

1.7.    Основными и наиболее распространенными поверхностными карстовыми деформациями являются .дррдалы.й оседания. Карстовые просадки и проседания считаются промежуточными и встречаются значительно реже.

1.8.    Основную опасность для большинства зданий и сооружений представляют провалы, защита от которых требуй* применения специальных методов проектирования и расчета.

1.9.    Влияние проседаний на здания и сооружения во многом одинаково с воздействием провалов при сравнительно большой глубине проседаний (большей 0,25 м) или карстовых просадок при малой глубине проседаний (меньшей 0,25 м).

1.10.    Каретопроявления могут изменяться в период эксплуатации зданий и сооружений.

1.11.    Конструктивная защита зданий и сооружений может выполняться п'б жесткой, гибкой или промежуточной схеме в зависимости ох характера сооружения и степени карстовой опасности.

1*12. Конструктивную защиту зданий следует сосредотачивать в фундаментной части. Увеличение или уменьшение жесткости верхней части здания рекомендуется выполнять в случаях, когда обычные ре-

3

шешш не позволяю! обеспечить безаварийную и безопасную эксплуатацию сооружения.

I.I3. Строительство зданий и сооружений на отдельностоящих столбчатых фундаментах не допускается.

1.14» Фундаментные конструкции должны выполняться из монолитного железобетона.

1.15» Конструктивные решения монолитных фундаментов неглубокого заложения могут быть в виде плоских иди ребристых фундаментных плит, коробчатых и перекрестно-ленточных фундаментов. Допускается также устройство сборных ленточных фундаментов с монолитным проти-вокарстовым поясом.

1.16.    Для обеспечения необходимой жесткости и прочности фундаментов в краевых участках зданий и сооружений рекомендуется предусматривать консольные удлинения лент и уширения плит за пределы

плана сооружения. Ленточные консоли по своим концам могут объединяться поперечной балкой, образуя в плане конструкции П и Ш-об-разного очертания.

1.17.    Длину балочных консолей нужно принимать не менее 0,7

прогнозируемого расчетного пролета фундамента (см. раздел 5). Плитную консоль рекомендуется удлинять на 0,4 расчетного пролета фундамента при условии, что ширина плиты не менее 1,5    .

1.18.    Применение висячих свай в качестве противокарстового решения не допуснается. Короткие сваи могут применяться в исключительных случаях, когда это вызвано наличием значительной толщи слабых грунтов в верхних слоях основания.

Головы висячих свай нужно объединять общим ростверком»

Узел соединения свай с ростверком должен предусматривать возможность их выскальзывания из ростверка с тем, чтобы исключить дополнительное нагружение зависающими сваями, находящимися на участке образовавшегося провала под фундаментом.

1Л9. При неглубоком залегании карстующихся пород следует возводить Здания и сооружения на глубоких опорах или сваях с обязательной прорезкой зоны активного карстования (зоны карстовых полостей.) и заглублением в ненарушенные породы,определяемым по несущей способности пород, но не менее чем на L-Л. При расчете глубоких опор или свай по прочности необходимо учитывать возможность зависания обрушающихся пород в надкарстовой (покрывающей) толще.

1*20. В сооружениях значительной протяженности следует выпол-

4

нять минимально необходимое количество швов в фундаментах. Разрезка здания вертикальными швами на независимо деформирующиеся отсеки также не рекомендуется.

1.21.    При строительстве зданий на закарстованных территориях нужно применять специальные конструкции фундаментов, препятствующие превращению карстовых провалов в карстопровальные воронки.

1.22.    При выборе площадок для строительства зданий и сооруже-ний, а также вариантов противокарстовой защиты можно пользоваться категориями устойчивости закарстованных территорий, приведенными в табл.1 /I/ либо в рекомендациях /2/, с обязательным учетом прогнозируемых размеров поверхностных карстопроявланий.

1.23.    При проектировании зданий и сооружений на территориях, где возможны оседания, целесообразно применять методику расчета зданий и сооружений на подрабатываемых территориях с учетом специфики карстовых деформаций, связанных с их механизмом и продолжительностью.

1.24.    Конструктивную защиту зданий и сооружений от карстовых 5 просадок рекомендуется проводить с использованием методики проектирования зданий и сооружений в условиях просадочных грунтов или подрабатываемых территорий (на воздействие типа "уступав зависимости от соотношения размеров в плане защищаемого объекта и размеров просадок.

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1.    Размер карстового провала в плане (расчетный диаметр) является основным исходным параметром для проектирования противокарстовой конструктивной защиты.

2.2.    Способы определения расчетного диаметра карстового провала зависят от полноты исходной информации о наличии и параметрах подземных карстовых форм в основании сооружений, физико-механических характеристиках грунтов по всему геологическому разрезу и других данных, определенных с учетом возможного изменения сведений

за расчетный срок службы сооружения.

2.3₀ Под основанием в карстовых районах следует понимать зону грунтов и горных пород, глубина которой не менее глубины сжимаемой толщи и глубины возможного расположения подземных карстовых форм (прежде всего полостей), могущих проявиться на земной поверхности.

3

2Л. Положение и размеры возможных провалов при наличии необходимых исходных данных оцениваются расчетными методами, основывающимися на детерминистических моделях, с использованием в случае необходимости методов моделирования.

2.5.    При недостаточности некоторых исходных данных расчетнодетерминистические методы могут быть применены для определения среднего и максимально возможного диаметра провала.

2.6.    При недостаточности обязательных для расчета исходных данных рекомендуется принимать вероятностно-статистические методы прогноза размеров карстового провала.

2.7.    Образование карстово-провальных форм на земной поверхности, а также под фундаментом здания или сооружения происходит в две фазы. На л1Ш?^фазе мгновенно образуется провал с вертикальными или нависающими бортами. Развитие второй фазы происходит несколько медленнее и сопровождается обрушением неустойчивых бортов которые Принимают устойчивое наклонное положение (в сыпучих грунтах наклон бортов близок к углу естественного откоса), таким образом первичный провал с крутыми бортами принимает форму конусообразной воронки. При небольшой глубине провала воронка приобретает форму перевернутого конуса с усеченной вершиной.

2.8.    Расчет фундамента с учетом образования воронки в основании производится на основное сочетание нагрузок. При этом действующие нагрузки считаются длительными. Нагрузка от ветра не учитывается.

2.9.    При расчете фундаментных плит и перекрестных лент на за-карстованном основании допускается принимать модель основания в виде лицейно-деформируемого слоя с воронкой у поверхности, имеющей форму шарового сегмента, с зоной разрыхленного грунта под воронкой.

2.10. Для упрощения расчета фундаментов, а также для учета неоднородности основания в плане модель линейно-деформируемого слоя заменяют эквивалентной по осадкам контактной моделью переменного коэффициента жесткости, определяемого по указаниям раздела 5.

2.11.    За расчетные положения воронок под фундаментами принимаются места пересечения стен либо расположения колонн, находящиеся под центральной частью, углом» серединой большей й меньшей сторон здания.

6

ТАБЛИЦА I

Характеристика устойчивости закарстованных территорий для промышленного и гражданского строительства

Категория устойчивости территории	Среднегодовое количество провалов на X кв.км	Условная характеристика устойчивости территории
У	Менее 0,01	Относительно устойчивая
и	от 0,01 ДО 0,03	С несколько пониженной устойчивостью
ш	от 0,05 до 0,10	Недостаточно устойчивая
п	от 0,10 до 1,0	Неустойчивая
X	1,0 и более	Очень неустойчивая

2.12.    Расчет фундаментов зданий с несущими стенами и подньм каркасом должен выполняться с учетом совместной работы фундамента с верхним строением.

2.13.    Для определения усилий и осадок фундаментной плиты крупнопанельного здания с поперечными несущими стенами достаточно ввести в расчет жесткость одного атажа верхнего строения здания.

2.14.    При раочете фундаментов совместно с верхним строением допускается учитывать только упругую стадию работы железобетона из-за сложности такого расчета.

3. РАСЧЕТ ДИАМЕТРОВ КАРСТОВЫХ ПРОВАЛОВ И ВОРОНОК С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ СООРУЖЕНИЙ

3.1. Определение диаметра карстового провала осуществляется из условия равновесия круглоцилиндрического столба грунта, зависающего над карстовой полостью определенного размера. Вес столба уравновешивается суммарным трением, действующим по его боковой поверхности (см.рис.1).

В расчете учитывается равномерно распределенная нагрузка от

7

одного или нескольких сооружений, расположенных в пределах зоны влияния, их форма и размеры в плане, глубина заложения фундаментов И_л , взаимное расположение сооружения и провала на плане территории.

3.2. Диаметр провала определяется по формуле

н .и IJjlJuLlA _, а)

%

где hy, - толщина -го слоя грунта с заданными значениями удельного сцепления    »    угла    внутреннего    трения    if.    , удельного ве-

⁰⁸ г* ’ Ц =^.д    *    ^^кг^/г-)^к№Ъ^А^    »'

kj = i-suity;

«б - коэффициент распределения напряжений по глубине основания, принимаемый по табл.2 Руководства [5J; I -й номер слоя грунта, залегающего над j -м слоем    fa    -    среднее

давление под подошвой фундамента, вычисляемое с учетом природного давления в грунте. Суммирование производится до глубины кровли Н₍ карстующихся пород или вскрытых полостей (в покровной толще).

3.3. Диаметр воровки на ее верхнем срезе определяется по

где п. - количество рассчитываемых элементарных слоев грунта;

SqSs - видимая глубина провала, принимаемая равной высоте полости, свободной от плотного заполнителя; - толщина элементарных слоев грунта, которую рекомендуется принимать равной 0,1-0,23 м;

oL₀ - диаметр провала; у. - ордината поверхности устойчивого склона борта провальной формы на глубине Л. , вычисляемая по формуле    , . //    с    \\

*гФУт+р-7?гЯг.)).

Го    i    I

При этом очертание устойчивого склона борта провальной ворсн-

9