Участок с насыпными грунтами! Что делать?

Данная статья адресована специалистам проектных и строительных организаций, осуществляющим проектирование и строительство фундаментов в случаях, когда необходимо подобрать рациональное решение оснований и фундаментов с учетом трудоемкости процесса строительства и экономической эффективности.

Очень часто при проектировании объекта мы встречаем обнаруженные насыпные грунты в верхних слоях грунтового массива. Первое, что приходит на ум – выполнить свайные фундаменты! Но не стоит торопиться! Не факт, что решение о применение свайных фундаментов в данном случае будет наиболее рациональным и экономически эффективным. Возможно, именно фундамент на естественном или искусственном основании будет наиболее выгоден.

Давайте разберемся в особенностях проектирования фундаментов на насыпных грунтах!

Проектирование зданий и сооружений на насыпных грунтах регламентируется п. 6.6 СП 22.13330.2016.

Основания, сложенные насыпными грунтами, следует проектировать с учетом их особенностей: состава, сложения, образования; процессов их происхождения; напряженно-деформируемого состояния; взаимодействия насыпных грунтов с глубокими фундаментами, подземными частями сооружения, упрочненными грунтовыми массивами.

Насыпные грунты состоят из отдельных видов или смесей:

• грунтов природного происхождения, первоначальная структура которых изменена в результате разработки и вторичной укладки;
• отходов производства, представляющих собой искусственные минеральные, органоминеральные, органические материалы;
• отходов потребления, чаще всего называемых бытовыми отходами и отбросами, состоящие из органических и минеральных материалов.

В зависимости от состава сложения и образования выделяются три типа насыпных грунтов: I — планомерно возведенные, II — отвалы и III — свалки.

Тип I — планомерно возведенные насыпные грунты обычно состоят из грунтов природного происхождения, минеральных отходов производств, отсыпанных с их уплотнением, имеют практически однородный состав сложения и равномерную сжимаемость. К ним относятся планировочные насыпи, возникшие при хозяйственном освоении пониженных, в том числе шельфовых территорий, земляные сооружения, обратная засыпка котлованов и др.

Тип II — отвалы грунтов природного происхождения, минеральных отходов производств, образовавшиеся в результате плановой отсыпки этих материалов, чаще всего имеют достаточно однородный состав и сложение, низкую и неравномерную плотность и сжимаемость и другие характеристики.

Тип III — свалки грунтов, отходов производств и потребления возникают при неорганизованном их накоплении и характеризуются повышенной разнородностью состава, относительным содержанием органических веществ (>0,1-0,25), а также неравномерными и низкими значениями плотности, деформационных и прочностных характеристик, неустойчивой от разложения структурой.

При проектировании оснований на насыпных грунтах необходимо учитывать наиболее проявляющиеся в них процессы:

• самоуплотнения насыпных грунтов от их собственного веса, в зависимости от этого они подразделяются на слежавшиеся, в которых процесс самоуплотнения практически завершился, и неслежавшиеся при продолжающемся процессе, а также при дополнительном уплотнении подстилающих природных грунтов как от веса существующих насыпных грунтов, так и особенно вновь отсыпных насыпей;
• самоупрочнение с омоноличиванием глинистых и частично песчано-глинистых грунтов, и подобных им отходов производств, с устойчивой структурой с повышением их деформационных и прочностных характеристик, относящихся к типам I и II;
• распад структуры и текстуры грунтов природного образования грунтов. А также искусственных минеральных и особенно органических материалов производств и потребления, относящихся к типам II и III с неустойчивой структурой, сопровождающихся снижением плотности, прочностных и деформационных характеристик и иногда склонностью к просадкам и набуханию при замачивании водой или растворами некоторых производств.

Напряженно деформируемое состояние насыпных грунтов определяется: характером планировки застраиваемого участка, внешней нагрузкой от фундаментов и на полы по грунту; степенью завершенности самоуплотнения насыпных, а также доуплотнения подстилающих природных грунтов от веса подсыпки и других воздействий и характеризуется соответствующими вертикальными напряжениями и зонами сжатия грунтов основания.

В качестве естественных оснований допускается использовать:

• планомерно возведенные насыпи из грунтов и отходов производств;
• отвалы грунтов и отходов производств, состоящие из щебенистых и гравийных грунтов, крупных песков и шлаков.

Свалки грунтов и отходов производств допускается использовать для строительства сооружений пониженного уровня ответственности при проведении расчета по деформациям. Использование свалок бытовых отходов в качестве естественных оснований не допускается!

Дополнительные осадки фундаментов за счет разложения органических включений учитывают в пределах слоев, расположенных выше уровня подземных вод, при относительном содержании по массе органических веществ в насыпях из песков, хвостов обогатительных фабрик и шлаков более 0,03, а из глинистых грунтов и золошлаков — более 0,05.

Дополнительные осадки, их неравномерность и время развития за счет уплотнения подстилающих грунтов от веса насыпи определяются толщиной слоя насыпных грунтов, а также сжимаемостью и условиями консолидации подстилающих насыпь грунтов.

Для сооружений 2-й и 3-й геотехнических категорий сжимаемость всех видов насыпных грунтов и отходов производств необходимо определять в полевых условиях статическими нагрузками. Число испытаний штампами в пределах проектируемого сооружения принимают не менее:

• Для планомерно возведенных насыпей 2;
• Для отвалов — 3 при застраиваемой площади участка строительства не более 300 м². При большей площади необходимо пропорционально увеличивать количество испытаний.

При использовании насыпных грунтов и отходов производств для устройства искусственных оснований, насыпей, подсыпок под полы, обратных засыпок котлованов и т.п. для назначения проектной плотности и диапазона изменения влажности необходимо предусматривать проведение испытаний грунтов.

Основания, сложенные насыпными грунтами и отходами производств, следует рассчитывать в соответствии с требованиями раздела 5 СП 22.13330.2016. Если насыпные грунты являются просадочными, набухающими или имеют относительное содержание органического вещества >0,1, следует учитывать соответственно требования 6.1, 6.2 и 6.4 СП 22.13330.2016. Полную деформацию основания следует определять суммированием осадок основания от внешней нагрузки и дополнительных осадок от самоуплотнения насыпных грунтов и разложения органических включений, а также осадок (просадок) подстилающих грунтов от веса насыпи и нагрузок от фундамента.

Для учета самоуплотнения неслежавшихся насыпных грунтов и отходов производств к значениям дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки σ_ƨр по 5.6.32 в пределах насыпного слоя добавляют вертикальное напряжение от собственного веса грунта, равное произведению k_ssσ_ƨg, где k_ss=0,4 — для неслежавшихся насыпей из песков (кроме пылеватых), шлаков и т.п. и k_ss=0,6 — из пылеватых песков, глинистых грунтов, золошлаков и т.п.

При расчете осадок основания фундаментов учитывают осадку подстилающих грунтов от веса насыпи путем добавления к значениям σ_ƨр, ниже кровли подстилающих грунтов вертикального напряжения от веса вышележащих слоев.

Допускается не учитывать дополнительную осадку подстилающих грунтов при давности отсыпки насыпей из песков и шлаков более двух лет и из глинистых грунтов, хвостов обогатительных фабрик, зол, золошлаков и шламов более пяти лет.

Расчетное сопротивление основания R, сложенного насыпными грунтами и отходами производств, определяют в соответствии с требованиями 5.6 СП 22.13330.2016.

При определении расчетных сопротивлений грунтов по формуле (5.7) значения коэффициентов γ_c1  и γ_c2 принимают равными для планомерно возведенных насыпей по таблице 5.4 СП 22.13330.2016; отвалов — γ_c1=0,8 и γ_c2=0,9; свалок — γ_c1=0,6 и γ_c2=0,7.

Предварительные размеры фундаментов сооружений геотехнической категории 2 и 3, возводимых на слежавшихся насыпных грунтах, допускается назначать исходя из значений расчетных сопротивлений грунтов основания R₀ по таблице Б.9 приложения Б СП 22.13330.2016. Эти значения R₀ допускается использовать также для назначения окончательных размеров фундаментов сооружений геотехнической категории 1.

При проведении уплотнения, устройстве песчаных, гравийных и т.п. подушек расчетные сопротивления R₀ уточняют из условия, чтобы полное вертикальное напряжение от нагрузки на фундамент и от собственного веса уплотненного грунта на подстилающие насыпные (неуплотненные) или природные грунты не превышало расчетные сопротивления этих грунтов в соответствии с требованиями 5.6.25 СП 22.13330.2016.

При расчетных деформациях основания, сложенного насыпными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания необходимо предусматривать следующие мероприятия в соответствии с требованиями 5.9 СП 22.13330.2016:

• поверхностное уплотнение оснований тяжелыми трамбовками, вибрационными машинами, катками, сваевдавливающими установками;
• глубинное уплотнение грунтовыми сваями, гидровиброуплотнение;
• устройство грунтовых подушек;
• прорезка насыпных грунтов фундаментами, в том числе свайными;
• конструктивные мероприятия.

В проекте основания, уплотняемого тяжелыми трамбовками, должны быть указаны:

• размеры уплотняемой площади и глубина уплотнения;
• параметры трамбования (масса и диаметр трамбовки, высота сбрасывания, число ударов);
• величина недобора грунта до проектной отметки заложения фундаментов (понижение уплотняемой поверхности);
• плотность уплотненного грунта и оптимальная влажность.

В проекте основания, уплотняемого сваевдавливающими установками, должны быть указаны:

• размеры уплотняемой площади и глубина уплотнения;
• параметры уплотняющей плиты-штампа (размеры, число ступеней уплотнения, давление уплотнения на каждой ступени, время выдержки на каждой ступени);
• значение недобора грунта до проектной отметки заложения фундаментов (понижение уплотняемой поверхности);
• плотность уплотненного грунта и оптимальная влажность.

Вибрационные машины и катки используют при уплотнении на глубину до 1,5 м и для уплотнения отдельных слоев при возведении насыпей из грунтов и отходов производств, имеющих коэффициент водонасыщения Sr ≤ 0,7.

Гидровиброуплотнение применяют для уплотнения на глубину до 6 м насыпных грунтов и отходов производств (хвостов, формовочной земли, золошлаков) с содержанием по массе глинистых частиц не более 0,05 и коэффициенте водонасыщения Sr > 0,7.

Грунтовые подушки применяют при замене сильно- и неравномерно сжимаемых насыпных грунтов. Они устраиваются как из природных грунтов (щебеночных, гравийных, песчаных и т.п.), так и из отходов производств (шлаков, золошлаков).

Плотность подушек назначают в зависимости от вида применяемых грунтов и отходов производств и уровня ответственности сооружения.

Модули деформации подушек и оснований из насыпных грунтов, уплотненных тяжелыми трамбовками, вибрационными машинами, катками и гидровиброметодом принимают по результатам полевых испытаний статическими нагрузками.

Конструктивные мероприятия при строительстве сооружений на насыпных грунтах и отходах производств применяют в соответствии с 5.9 СП 22.13330.2016.

Таким образом, насыпные грунты можно и нужно применять в качестве оснований фундаментов, соблюдая предъявляемые к ним требования.

Перед тем как принимать решение о назначении типа фундамента необходимо проанализировать возможность его устройства и экономическую целесообразность. К тому же п. 4.4 СП 22.13330.2016 указывает на необходимость проводить технико-экономическое сравнение возможных вариантов проектных решений для выбора наиболее экономичного и надежного проектного решения, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов и других подземных конструкций.

Сократите издержки и достигайте своих целей увереннее вместе с нами!

В нашем экспертном центре Вам всегда доступны:

• негосударственная экспертиза ПСД и РИИ или внесенных в нее изменений (повторные экспертизы и экспертные сопровождения на различных стадиях проектирования и строительства);
• аудит ПСД и РИИ на стороне заказчика (при приемке) или перед направлением на государственную экспертизу, в т.ч. государственную экологическую экспертизу;
• оценка информационных моделей (ИЦММ и ЦИМ), разрабатываемых в составе проектной документации;
• консультирование и сопровождение в процессе подготовки проектно-сметной документации;
• информационно-консультационная поддержка при прохождение государственной экспертизы.