ПОСОБИЕ
по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ИМ. Н.М. ГЕРСЕВАНОВА

(НИИОСП ИМ. ГЕРСЕВАНОВА) ГОССТРОЯ СССР

Утверждено
приказом по НИИОСП им. Герсеванова
от 1 октября 1984 г. № 100

Москва Стройиздат 1986

Рекомендовано к изданию секцией Научно-технического совета НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР.

Даны рекомендации, детализирующие основные положения по проектированию и расчету оснований и особенности проектирования оснований зданий и сооружений, вводимых в особых условиях.

Для инженерно-технических работников проектных, изыскательских и строительных организаций.

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Пособие разработано к СНиП 2.02.01-83 и детализируют отдельные положения этого документа (за исключением вопросов, связанных с особенностями проектирования оснований опор мостов и труб по насыпями).

В Пособии рассмотрены вопросы номенклатуры грунтов и методов определения расчетных значений их характеристик, принципы проектирования оснований и прогнозирования изменения уровня подземных вод, вопросы глубины заложения фундаментов, методы расчета оснований по деформациям и по несущей способности, особенности проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых на региональных видах грунтов, а также расположенных в сейсмических районах и на подрабатываемых территориях.

Текст СНиП 2.02.01-83 отмечен в Пособии вертикальной чертой слева, в скобках указаны соответствующие номера пунктов, таблиц и формул СНиП.

Пособие разработано НИИОСП им. Герсеванова (д-р техн. наук, проф. Е.А. Сорочан - разд. 1, подраздел «Расчет оснований по деформациям» разд. 2 («Определение расчетного сопротивления грунта основания», «Расчет деформации оснований с учетом разуплотнения грунта при разработке котлована»), разд. 4; канд. техн. наук А.В. Вронский - подразделы «Общие указания», «Нагрузки», «Расчет оснований по деформациям» («Общие положения», «Расчет деформаций оснований» и «Предельные деформации основания»), «Мероприятия по уменьшению деформаций оснований и влияния их на сооружения» разд. 2; канд. техн. наук О.И. Игнатова - подразделы «Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов» и «Классификация грунтов» разд. 2; канд. техн. наук Л.Г. Мариупольский - подраздел «Методы определения деформационных и прочностных характеристик грунтов» разд. 2; д-р техн. наук В.О. Орлов - подраздел «Глубина заложения фундаментов» разд. 2; канд. техн. наук А.С. Снарский - подраздел «Расчет оснований по несущей способности» разд. 2; д-р техн. наук, проф. В.И. Крутов - разд. 3; д-р техн. наук П.А. Коновалов - разд. 5; канд. техн. наук В.П. Петрухин - разд. 7; канд. техн. наук Ю.М. Лычко - разд. 8; канд. техн. наук А.И. Юшин - разд. 9; д-р техн. наук, проф. В.А. Ильичев и канд. техн. наук Л.Р. Ставницер - разд. 10 при участии института «Фундаментпроект» Минмонтажспецстроя СССР (инж. М.Л. Моргулис - подраздел «Расчет оснований по несущей способности» разд. 2), ПНИИИС Госстроя СССР (канд. техн. наук Е.С. Дзекцер - подраздел «Подземные воды» разд. 2), МИСИ им. Куйбышева (д-р техн. наук, проф. М.В. Малышев и инж. Н.С. Никитина - подраздел «Определение осадки за пределами линейной зависимости между напряжениями и деформациями» разд. 2; д-р техн. наук, проф. Э.Г. Тер-Мартиросян, канд. техн. наук Д.М. Ахпателов и инж. И.М. Юдина - подраздел «Расчет деформаций оснований с учетом разуплотнения грунта при разборке котлована» разд. 2), Днепропетровского инженерно-строительного института Минвуза УССР (д-р техн. наук, проф. В.Б. Швец - разд. 6) и института «Энергосетьпроект» Минэнерго СССР (инженеры Н.И. Швецова и Ф.П. Лобаторин - разд. 11).

Пособие разработано под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Е.А. Сорочана.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Пособие рекомендуется использовать при проектировании оснований промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений всех областей строительства, в том числе городского и сельскохозяйственного, промышленного и транспортного. В Пособии не рассматриваются вопросы проектирования оснований мостов и водопропускных труб.

1.5. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания должны выполняться согласно требованиям:

а) главы СНиП по инженерным изысканиям для строительства;

б) ГОСТов на испытание грунтов (принимаются по прил. 2).

1.8. Результаты инженерно-геологических и гидрогеологических исследований, излагаемые в отчете об изысканиях, должны содержать сведения:

о местоположении территории предполагаемого строительства, о ее климатических и сейсмических условиях и о ранее выполненных исследованиях грунтов и подземных вод;

об инженерно-геологическом строении и литологическом составе толщи грунтов и о наблюдаемых неблагоприятных физико-геологических и других явлениях (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные выработки и т.п.);

о гидрогеологических условиях с указанием высотных отметок появившихся и установившихся уровней подземных вод, амплитуды их колебаний и величин расходов воды; о наличии гидравлических связей горизонтов вод между собой и ближайшими открытыми водоемами, а также сведения об агрессивности вод в отношении материалов конструкций фундаментов;

о грунтах строительной площадки, в том числе описание в стратиграфической последовательности напластований грунтов основания, форма залегания грунтовых образований, их размеры в плане и по глубине, возраст, происхождение и классификационные наименования, состав и состояние грунтов. Для выделенных слоев грунта должны быть приведены физико-механические характеристики, к числу которых относятся:

плотность и влажность грунтов;

коэффициент пористости грунтов;

гранулометрический состав для крупнообломочных и песчаных грунтов;

число пластичности и показатель текучести грунтов;

угол внутреннего трения, удельное сцепление и модуль деформации грунтов;

коэффициент фильтрации;

коэффициент консолидации для водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов при показатели текучести I_L > 0,5, биогенных грунтов и илов;

временное сопротивление на одноосное сжатие, коэффициент размягчаемости, степень засоленности и растворимости для скальных грунтов;

относительная просадочность, а также величина начального давления и начальной критической влажности для просадочных грунтов;

относительное набухание, давление набухания и линейная усадка для набухающих грунтов;

коэффициент выветрелости для элювиальных грунтов;

количественный и качественный состав засоления для засоленных грунтов;

содержание органического вещества для биогенных грунтов и степень разложения для торфов.

В отчете обязательно указываются применяемые методы лабораторных и полевых определений характеристик грунтов.

К отчету прилагаются таблицы и ведомости показателей физико-механических характеристик грунтов, схемы установок, примененных при полевых испытаниях, а также колонки грунтовых выработок и инженерно-геологические разрезы. На последних должны быть отмечены все места отбора проб грунтов и пункты полевых испытаний грунтов.

Характеристики грунтов должны быть представлены их нормативными значениями, а удельное сцепление, угол внутреннего трения, плотность и предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов также и расчетными значениями.

В отчете должен быть также прогноз изменения инженерных условий территории (площадки) строительства при возведении и эксплуатации зданий и сооружений.

1.9. Данные о климатических условиях района строительства должны приниматься по указаниям главы СНиП по строительной климатологии и геофизике.

1.10. Для учета при проектировании оснований опыта строительства необходимо иметь данные об инженерно-геологических условиях этого района, о конструкциях возводимых зданий и сооружений, нагрузках, типах и размерах фундаментов, давлениях на грунты основания и о наблюдавшихся деформациях сооружений.

Наличие таких данных позволит лучше оценить инженерно-геологические условия площадки, а также возможность проявления неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений (развитие карста, оползней и т.д.), характеристики грунтов, выбирать наиболее рациональные типы и размеры фундаментов, глубину их заложения и т.д.

1.11. Необходимо учитывать местные условия строительства, для чего должны быть выявлены данные о производственных возможностях строительной организации, ее парке оборудования, ожидаемых климатических условиях на весь период устройства оснований и фундаментов, а также всего нулевого цикла. Эти данные могут оказаться решающими при выборе типов фундаментов (например, на естественном основании или свайного), глубины их заложения, метода подготовки основания и пр.

1.12. Конструктивное решение проектируемого здания или сооружения и условий последующей эксплуатации необходимо с целью прогнозирования изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий, в том числе и свойств грунтов, для выбора типа фундамента, учета влияния верхних конструкций на работу оснований, для уточнения требований к допустимой величине деформации и т.д.

1.13. Технико-экономическое сравнение возможных вариантов проектных решений по основаниям и фундаментам необходимо для выбора наиболее экономического и надежного проектного решения, которое исключит необходимость его последующей корректировки в процессе строительства и позволит избежать дополнительных затрат материальных средств и времени.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ

Общие указания

2.1. Проектирование оснований является неотъемлемой составной частью проектирования сооружения в целом. Статическая схема сооружения, конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязки должны приниматься с учетом результатов инженерных изысканий на площадке строительства и технически возможных решений фундаментов.

2.4. К первой группе предельных состояний оснований относятся: потеря устойчивости формы и положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; резонансные колебания; чрезмерные пластические деформации или деформации неустановившейся ползучести.

Ко второй группе относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения или снижающие его долговечность вследствие недопустимых перемещений (осадок, прогибов, углов поворота), колебаний, трещин и т.п.

2.5. Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием. Поскольку основание лишь косвенно влияет на условия эксплуатации сооружения, состояние основание можно считать предельным лишь в случае, если оно влечет за собой одно из предельных состояний сооружения.

2.6. Целью расчета оснований по предельным состояниям является выбор технического решения фундаментов, обеспечивающего невозможность достижения основанием предельных состояний, указанных в п. 2.4. При этом должны учитываться не только нагрузки от проектируемого сооружения, но также возможное изменение физико-механических свойств грунтов под влиянием поверхностных или подземных вод, климатических факторов, различного вида тепловых источников и т.д. К изменению влажности особенно чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима - набухающие и пучинистые грунты.

2.7. При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают. Деформации же основания могут привести конструкции сооружения в предельные состояния как второй, так и первой группы, поэтому предельные деформации основания могут лимитироваться как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными, эксплуатационно-бытовыми и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

2.9. Расчетная схема системы сооружение - основание или фундамент - основание представляет собой совокупность упрощающих предложений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием и схематизации возможных предельных состояний.

Одно и то же сооружение может иметь разную расчетную схему в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий и разработанности методов расчета.

2.10. Для расчета деформаций оснований используется преимущественно расчетная схема основания в виде линейно-деформируемой среды: полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи или слоя конечной толщины (см. п. 2.173(2.40).

Развитие деформаций основания во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформационных характеристик следует, как правило, учитывать при расчете оснований, сложенных водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами и илами.

2.11. Для расчета конструкций сооружений на сжимаемом основании помимо упомянутых схем могут применяться расчетные схемы, характеризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости, в качестве которых принимается отношение давления (нагрузки) на основание к его расчетной осадке. Такие характеристики удобны при необходимости учета неоднородности грунтов основания, в том числе вызванной неравномерным замачиванием просадочных грунтов, при расчете сооружений на подрабатываемых территориях и т.д.

2.12. В расчетах конструкций пространственно жестких сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием рекомендуется учитывать нелинейность деформирования грунтов. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых фундаменты сооружения заменяются нелинейно-деформирующимися опорами. Зависимость осадки таких опор от давления р рекомендуется принимать в виде

где s₁ - расчетная осадка опоры при давлении p₁ = R [(R - расчетное сопротивление основания, определяемое по указаниям пп. 2.174 - 2.204(2.41 - 2.48)];

p_u - предельное сопротивление основания - давление на основание, соответствующее исчерпанию его несущей способности [см. пп. 2.261 - 2.228(2.57 - 2.65)].

Расчет конструкций сооружений во взаимодействии с нелинейно-деформирующимся основанием выполняется с применением ЭВМ.

Пример выбора расчетной схемы системы сооружение - основание.

Каркасно-панельное здание повышенной этажности, проектируемое на площадке, где в верхней зоне основания залегают пылеватые пески и суглинки с модулем деформации Е = 15 - 20 МПа, подстилаемые известняками с модулем деформации Е = 120 МПа, имеет фундамент в виде коробчатой железобетонной плиты (рис. 1, а)

Рис. 1. К выбору расчетной схемы «здание - основание»»

а - здание повышенной этажности с фундаментами в виде сплошной плиты на основании с переменной сжимаемостью по глубине; б - протяженное здание с ленточными фундаментами на основании с переменной сжимаемостью в плане

При расчете несущих конструкций здания на ветровые нагрузки в качестве расчетной схемы в данном случае принимается многоэтажная рама с жесткой заделкой стоек в уровне верха фундаментной плиты. Для определения усилий в фундаментной конструкции расчетная схема принимается в виде плиты конечной жесткости на линейно-деформируемом слое. При вычислении крена плиты ее жесткость можно принять бесконечно большой. При определении средней осадки плиты, а также при расчете несущей способности основания допускается пренебречь жесткостью плиты и считать давление на основание распределенным по линейному закону.

Для расчета конструкций протяженного крупнопанельного жилого дома, имеющего в основании напластование грунтов с ярко выраженной неравномерной сжимаемостью (рис. 1, б), целесообразно принять расчетную схему в виде равномерно загруженной балки конечной жесткости на основании с переменным коэффициентом жесткости.

Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах оснований

2.14. При проектировании оснований следует учитывать, что сооружение и основание находятся в тесном взаимодействии. Под влиянием нагрузок от фундаментов основание деформируется, а это в свою очередь вызывает перераспределение нагрузок за счет включения в работу надфундаментных конструкций. Характер и степень перераспределения нагрузок на основание, а следовательно, и дополнительные усилия в конструкциях сооружения зависят от вида, состояния и свойств грунтов, характера их напластования, статистической схемы сооружения, его пространственной жесткости и многих других факторов.

2.15. Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные значения, устанавливаемые СНиП по нагрузкам и воздействиям. Все расчеты оснований должны производиться на расчетные значения нагрузок, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке g_f, учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений и устанавливаемый в зависимости от группы предельного состояния.

Коэффициент надежности по нагрузке g_f принимается при расчете оснований:

по первой группе предельных состояний (по несущей способности) - по указаниям СНиП по нагрузкам и воздействиям;

по второй группе предельных состояний (по деформациям) - равным единице.

2.16. В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяются на постоянные и временные. Постоянными считаются нагрузки, которые при строительстве и эксплуатации сооружения действуют постоянно (собственный вес конструкций и грунтов, горное давление и т.п.). Временными считаются нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать.

2.17. Временные нагрузки в свою очередь подразделяются на:

длительные (например, вес стационарного оборудования, нагрузки на перекрытиях в складских помещениях, зернохранилищах, библиотеках и т.п.);

кратковременные, которые могут действовать лишь в отдельные периоды времени (вес людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возведении конструкций; снеговые, ветровые и гололедные нагрузки и т.п.);

особые, возникновение которых возможно лишь в исключительных случаях (сейсмические, аварийные и т.п.).

2.18. В зависимости от состава различаются сочетания нагрузок:

основные, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

особые, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.

Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов

Классификация грунтов

2.23. Классификация грунтов в соответствии с ГОСТ 25100-82 включает выделенные по комплексу признаков подразделения: классы, группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

Наименования грунтов должны содержать сведения об их геологическом возрасте и происхождении. К наименованиям грунтов и их характеристикам, предусмотренным ГОСТом, допускается вводить дополнительные наименования и характеристики (гранулометрический состав пылевато-глинистых грунтов, качественный характер засоления грунтов, степень выветрелости скальных грунтов и т.п.), если это необходимо для более детального подразделения грунтов, дополнительного освещения их инженерно-геологических особенностей, учета местных геологических условий и специфики строительства определенного вида. Это дополнительные наименования и характеристики не должны противоречить классификации ГОСТ 25100-82.

Грунты подразделяются на два класса: скальные - грунты с жесткими (кристаллизационными или цементационными) структурными связями и нескальные - грунты без жестких структурных связей.

Скальные грунты в большинстве своем резко отличаются по своим свойствам от нескальных грунтов. Скальные грунты практически несжимаемы при нагрузках, которые имеют место в гражданских и промышленных зданиях и сооружениях.

2.24. Скальные грунты делятся на четыре группы: магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и искусственные (преобразованные в природном залегании), в каждом из которых выделяются подгруппы, типы и виды в зависимости от условий образования, петрографического состава, структуры, текстуры и состава цемента. Разновидности скальных грунтов приведены в табл. 1 в зависимости от:

предела прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии R_c;

степени размягченности в воде, характеризуемой коэффициентом размягчаемости k_sof (отношение пределов прочности на одноосное сжатие соответственно в водонасыщенном и воздушно-сухом состояниях);

степени засоленности для полускальных грунтов - суммарного содержания легко- и среднерастворимых солей в процентах от массы абсолютно сухого грунта;

степени растворимости в воде для осадочных сцементированных грунтов.

Таблица 1

2.25. Прочность скальных грунтов, характеризуемая пределом прочности на одноосное сжатие R_c, изменяется в широких пределах и зависит от условий образования скальных пород, их минерального состава и состава цемента, а также от степени выветрелости.

Для характеристики степени снижения прочности скальных грунтов при водонасыщении необходимо определять коэффициент размягчаемости в воде k_sof путем испытания образцов скальных грунтов в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии. К скальным грунтам, значительно снижающим (до 2 - 3 раз) прочность при водонасыщении, относятся, например, глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы.

2.26. Для скальных грунтов, растворяющихся в воде, необходимо указывать степень их растворимости, которая зависит от составов минеральных зерен и цемента. Магматические и метаморфические скальные грунты, а также осадочные сцементированные грунты с кремнистым цементом (кремнистые конгломераты, брекчии, песчаники и опоки) не растворяются в воде. К растворимым относятся скальные грунты, перечисленные в порядке возрастания степени их растворимости:

труднорастворимые - известняки, доломиты, известковистые конгломераты и песчаники;

среднерастворимые - мел, гипс, ангидрит, гипсоносные конгломераты;

легкорастворимые - каменная соль.

В результате фильтрации воды через трещины в растворимых скальных породах возможно образование карстовых полостей.

2.27. Скальные грунты, подвергаясь природным процессам выветривания, теряют свою сплошность в залегании, становятся трещиноватыми, а затем разрушаются до кусков различной крупности, промежутки между которыми заполняются мелкозернистым материалом. В результате выветривания строительные свойства скального грунта ухудшаются.

Степень выветрелости скальных грунтов K_wr оценивается путем сопоставления плотности r образца выветрелой породы в условиях природного залегания с плотностью невыветрелой (монолитной породы) (табл. 2). Для магматических пород величина плотности монолитной породы может быть принята равной величине плотности частиц.

Таблица 2

2.28. Скальные искусственные грунты - закрепленные различными методами скальные выветрелые грунты и различные типы нескальных грунтов (крупнообломочных, песчаных и пылевато-глинистых).

Типы искусственного скального грунта соответствуют типам природного грунта до его закрепления, а виды выделяются по способу преобразования (закрепления) цементацией, силикатизацией, смолизацией, термическим способом и т.п. Разновидности этих грунтов выделяются так же, как для скальных природных грунтов.

2.29. Нескальные грунты разделяются на группы осадочных и искусственных грунтов, которые в свою очередь делятся на подгруппы согласно табл. 3.

Таблица 3

2.30. Крупнообломочные и песчаные грунты в зависимости от гранулометрического состава подразделяются на типы согласно табл. 4.

Таблица 4

Примечание. Для установления наименования грунта последовательно суммируются процента частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 200 мм, затем крупнее 10 мм, далее крупнее 2 мм и т.д. Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.

2.31. Наименования частиц грунта в зависимости от их крупности принимаются по табл. 5.

Для установления наименования грунта после рассева пробы последовательно суммируются проценты содержания частиц различной крупности.

Таблица 5

Пример. Для песчаного грунта были получены результаты гранулометрического анализа, приведенные в табл. 6.

Таблица 6

Суммарный состав частиц крупнее 2 мм составляет 0 %, значит песок не гравелистый; суммарный состав частиц крупнее 0,5 мм составляет 14,9 %, значит песок не крупный; суммарный состав частиц крупнее 0,25 мм составляет 55,1 %, т.е. более 50 %, значит грунт относится к песку средней крупности.

2.32. Крупнообломочные грунты содержат заполнитель, к которому относят частицы размером менее 2 мм. Свойства крупнообломочного грунта в значительной степени зависят от вида и количества заполнителя (песчаный или пылевато-глинистый), а также его состояния.

Вид заполнителя и характеристики его состояния необходимо указывать, если песчаного заполнителя содержится более 40 %, а пылевато-глинистого - более 30 % общей массы абсолютно сухого грунта.

Для установления вида заполнителя из крупнообломочного грунта удаляют частицы крупнее 2 мм. Определяют следующие характеристики заполнителя: влажность, плотность, а для пылевато-глинистого заполнителя - дополнительно число пластичности и показатель текучести.

2.33. Крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются по степени влажности S_r (доле заполнения объема пор грунта водой) согласно табл. 7.

Степень влажности S_r определяется по формуле

где w - природная влажность грунта в долях единицы;

ρ_s - плотность частиц грунта, г/см ³;

ρ_w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см ³;

e - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности.

По формуле (2) вычисляется степень влажности также пылевато-глинистых грунтов.

Таблица 7

2.34. Физические характеристики грунтов определяют по действующим ГОСТам. Формулы вычисляемых физических показателей приведены в табл. 8.

Таблица 8

Следует различать: плотность грунта ρ - отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему (г/см ³; т/м ³); плотность сухого грунта ρ_d - отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему (г/см ³; т/м ³); плотность частиц грунта ρ_s - отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части этого грунта (г/см ³; т/м ³).

При расчетах оснований для величин, обозначающих отношение веса грунта к занимаемому им объему (Н/м³, кН/м³) следует использовать термины: удельный вес грунта γ, удельный вес сухого грунта γ_d и удельный вес частиц грунта γ_s.

Указанные удельные веса грунта определяют, умножая соответствующие плотности на ускорение свободного падения g, м/с².

Пример. Плотность грунта, определенная экспериментально, составляет ρ = 1,86 т/м ³. Необходимо вычислить удельный вес грунтадля определения расчетного сопротивления грунта основания или его несущей способности. Ускорение свободного падения составляет g ≈ 10 м/с². Тогда удельный вес грунта γ составит γ = 1,86·10 = 18,6 кН/м ³.

В табл. 9 приведены ориентировочные значения плотностей частиц ρ_s грунтов, не содержащих водорастворимых солей и органических веществ.

Таблица 9

2.35. Пески по плотности сложения подразделяются на виды согласно табл. 10 в зависимости от значения коэффициента пористости е, определенного в лабораторных условиях по образцам, отобранным без нарушения природного сложения грунта или по величине сопротивления при зондировании.

Таблица 10

Допускается определять плотность сложения песков и радиоизотопными методами.

Отбор образцов грунта ненарушенного сложения производят в соответствии с действующим ГОСТом.

Пример. Из слоя песка средней крупности отобрано 12 образцов ненарушенного сложения и определены коэффициенты пористости: 0,52; 0,53; 0,54; 0,55; 0,57; 0,57; 0,58; 0,58; 0,6; 0,6; 0,61; 0,61. В этом ряду часть значений позволяет отнести песок к плотному сложению, а другая часть - к средней плотности. Если этот факт не связан с наличием в рассматриваемом слое песка линз, то необходимо вычислить среднее значение е, которое составляет 0,57. Следовательно, песок необходимо отнести к средней плотности.

2.36. Пылевато-глинистые грунты характеризуются преобладанием в их составе пылеватых и глинистых частиц, что обуславливает их связность. В этой подгруппе выделяются следующие типы грунтов: супеси, суглинки, глины, лессовые грунты и илы (табл. 11) в зависимости от числа пластичности I_P, вычисляемого по формуле

где w_L и w_P - влажности соответственно на границах текучести и раскатывания.

Таблица 11

Пример. Для слоя грунта было получено 10 определений числа пластичности, %: 10; 12; 12; 14; 15; 15; 17; 17; 18; 20. В этом ряду два значения I_P (18 и 20) относятся к глинам, остальные - к суглинкам. Если указанные два значения I_P не связаны с наличием в слое суглинка линзы глины, то необходимо по всем опытным данным вычислить среднее значение I_P. Оно равно 15, следовательно, грунт следует отнести к суглинку.

При наличии включений (частиц крупнее 2 мм) к указанным в табл. 11 типам грунтов должны прибавляться термины «с галькой» («со щебнем») или «с гравием» («с дресвой»), если содержание по массе включений составляет 15 - 25 %, и «галечниковые» («щебенистые») или «гравелистые» («дресвянистые»), если включений содержится более 25 до 50 % по массе.

2.37. Лессовые грунты выделены в подгруппе пылевато-глинистых грунтов в самостоятельный тип, как грунты, обладающие специфическими неблагоприятными свойствами.

Лессовые грунты характеризуются содержанием, как правило, более 50 % пылеватых частиц, преимущественно макропористой структурой, наличием солей, среди которых преобладают карбонаты кальция. Эти грунты при замачивания дают просадку под действием внешней нагрузки или собственного веса.

Лессовые грунты подразделяются по числу пластичности на супеси, суглинки и глины (см. табл. 11).

2.38. Ил - водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся при наличии микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости е ³ 0,9.

Виды илов устанавливают по числу пластичности с учетом коэффициента пористости согласно табл. 12.

Таблица 12

Отличительным признаком илов является также наличие органического вещества в виде гумуса (полностью разложившиеся остатки растительных и животных организмов), содержание которого в илах, как правило, не превышает 10 %.

2.39. Пылевато-глинистые грунты различаются по консистенции, характеризуемой показателем текучести I_L, согласно табл. 13.

Таблица 13

Показатель текучести определяется по формуле

2.40. В пылевато-глинистых грунтах необходимо выделять просадочные грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку).

Выделение просадочных грунтов производят по относительной просадочности ε_sl. Грунты относятся к просадочным при ε_sl ≥ 0,01.

При предварительной оценке к просадочным обычно относятся лессовые грунты со степенью влажности S_r ≤ 0,8, для которых величина показателя I_ss, определяемого по формуле (5), меньше значений, приведенных в табл. 14:

где e - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности;

e_L - коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести w_L и определяемый по формуле

где ρ_s и ρ_w - значения те же, что и в формуле (2).

Значения I_ss, приведенные в табл. 14 для отдельных регионов, могут быть уточнены на основе статистической обработки массовых данных.

Таблица 14

2.41. В пылевато-глинистых грунтах необходимо выделять набухающие грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличивается в объеме.

Выделение набухающих грунтов производят по относительному набуханию без нагрузки ε_sw. Грунты относятся к набухающим при ε_sw ≥ 0,04.

При предварительной оценке к набухающим от замачивания водой относятся грунты, для которых значение определяемого по формуле (5) показателя I_ss ≥ 0,3.

Показатель I_ss не может служить обоснованием для назначения дополнительных строительных мероприятий для сооружений, возводимых на просадочных и набухающих грунтах.

2.42. Относительное набухание грунта ε_sw в условиях свободного набухания определяется по формуле

где h_0,sat - высота образца после его свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения в результате замачивания до полного водонасыщения;

h₀ - начальная высота образца природной влажности.

Набухающие грунты в зависимости от величины относительного набухания без нагрузки подразделяются на:

слабонабухающие, если 0,04 ≤ ε_sw ≤ 0,08;

средненабухающие, если 0,08 ≤ ε_sw ≤ 0,12;

сильнонабухающие, если ε_sw > 0,12.

В зависимости от величины относительного набухания грунта в условиях свободного набухания назначается комплекс лабораторных и полевых исследований с целью определения характеристик набухающих грунтов.

Для расчетов деформаций набухания основания определяют относительное набухание ε_sw при различных давлениях.

2.43. Набухающие грунты характеризуются величинами давления набухания ρ_sw влажности набухания w_sw и относительной усадки при высыхании ε_sh.

За давление набухания ρ_sw принимается давление на образец грунта, замачиваемого и обжимаемого без возможности бокового расширения, при котором деформации набухания равны нулю.

За влажность набухания грунта w_sw принимается влажность, полученная после завершения набухания образца грунта, обжимаемого без возможности бокового расширения заданным давлением.

В полевых условиях относительное набухание грунтов определяют путем замачивания их в опытном котловане или в основании опытного фундамента.

При замачивании грунта в опытном котловане (размером не менее 10 ´ 10 м) определяют подъем поверхности дна котлована и слоев грунта с помощью марок, устанавливаемых по глубине через 1 - 1,5 м. Для ускорения процесса набухания грунта устраивают дренажные скважины диаметром 100 - 200 мм, заполненные щебнем или гравием, расположенные на расстоянии 2 - 3 м одна от другой.

Для определения относительного набухания в пределах сжимаемой толщи под опытными фундаментами размером не менее 1 ´ 1 м устанавливаются глубинные марки через 0,6 - 1 м. Давление по подошве опытных фундаментов составляет от 0,1 МПа (1 кгс/см²) до 0,2 МПа (2 кгс/см²).

2.44. Данные исследований песчаных и пылевато-глинистых грунтов должны содержать сведения о наличии примеси органических веществ. По относительному содержанию органического вещества I_om песчаные и пылевато-глинистые грунты подразделяются согласно табл. 15.

Таблица 15

Относительное содержание органических веществ в грунте определяется как отношение их массы в образце грунта, высушенного при температуре 100 - 105°С, к массе образца.

2.45. Среди крупнообломочных, песчаных и пылевато-глинистых грунтов должны выделяться засоленные грунты, в которых суммарное содержание легкорастворимых и среднерастворимых солей не менее величин, указанных в табл. 16.

Таблица 16

Примечание. К легкорастворимым солям относятся: хлориды NaCl, KCl, CaCl₂, MgCl₂; бикарбонаты NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂; карбонат натрия Na₂CO₃; сульфаты магния и натрия MgSO₄, Na₂SO₄. К среднерастворимым солям относятся гипс CaSO₄×2H₂O.

Засоленные грунты следует выделять в особую группу, так как они при длительном замачивании способны давать суффозионную осадку вследствие выщелачивания солей.

2.46. Подгруппа биогенных грунтов включает следующие типы грунтов: сапропели, заторфованные грунты и торфы.

Сапропель - пресноводный ил, образовавшийся при саморазложении органических (преимущественно растительных) остатков на дне застойных водоемов (озер) и содержащий более 10 % по массе органических веществ; имеет коэффициент пористости, как правило, более 3, показатель текучести более 1.

По относительному содержанию органического вещества сапропели подразделяются согласно табл. 17.

Таблица 17

Заторфованные грунты - песчаные и пылевато-глинистые, содержащие в своем составе от 10 до 50 % по массе органических веществ. Типы этих грунтов устанавливают согласно табл. 4 и 11 после удаления органических веществ.

По относительному содержанию органического вещества заторфованные грунты подразделяются согласно табл. 18.

Таблица 18

Торф - органоминеральный грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % и более органических веществ.

Торф по степени разложения органического вещества D_pd подразделяется согласно табл. 19, а по степени зольности на нормально-зольные, если зольность менее 20 %; высокозольные, если зольность 20 % и более.

Таблица 19

Степень разложения торфа - отношение массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумифицированных остатков растений к общей массе торфа.

Степень зольности торфа - отношение массы минеральной части торфа ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии.

Торфы по условиям залегания подразделяются на открытые (низинные, верховые), погребенные и искусственно погребенные.

2.47. Искусственные нескальные грунты - уплотненные в природном залегании подразделяются на типы соответственно типам этих грунтов до уплотнения. Виды этих грунтов выделяются по способу преобразования природного грунта (укатка, трамбование, виброуплотнение, электроосмос, осушение дренами и т.п.).

2.48. Искусственные насыпные и намывные грунты включают типы отсыпанных и намытых грунтов природного происхождения и отходов производственной и хозяйственной деятельности человека. Виды этих грунтов выделяются по степени уплотнения от собственного веса: слежавшиеся - процесс уплотнения закончился; неслежавшиеся - процесс уплотнения продолжается.

Ориентировочные периоды времени, необходимые для самоуплотнения насыпных грунтов от их собственного веса (процесс уплотнения закончился), приведены в табл. 20.

Таблица 20

Насыпные грунты дополнительно подразделяют по однородности состава и сложения на:

планомерно возведенные насыпи (обратные засыпки) и подсыпки (подушки). Характеризуются практически однородным составом, сложением и равномерной сжимаемостью;

отвалы грунтов и отходов производств. Характеризуются практически однородным составом и сложением, но имеют неравномерную плотность и сжимаемость;

свалки грунтов, отходов производств и бытовых отходов. Характеризуются неоднородным составом и сложением, неравномерной плотностью и сжимаемостью, а также содержанием органических включений.

2.49. Грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грунтам, а если они находятся в условиях природного залегания в мерзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в течении многих (трех и более) лет - к вечномерзлым.

Методы определения деформационных и прочностных характеристик грунтов

2.52. Характеристики грунтов, необходимые для проектирования оснований (модуль деформации Е, удельное сцепление с, угол внутреннего трения j), определяют, как правило, для природного состояния грунтов.

При проектировании оснований, сложенных не полностью водонасыщенными (S_r < 0,8) пылевато-глинистыми грунтами и пылеватыми песками, следует учитывать возможность снижения их прочностных и деформационных характеристик вследствие повышения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

2.53. Для определения прочностных характеристик (j и с) грунтов, для которых прогнозируется повышение влажности, образцы грунтов предварительно насыщаются водой до значений влажности, соответствующих прогнозу.

При определении модуля деформации в полевых условиях допускается проводить испытания грунта при природной влажности с последующей корректировкой полученного значения модуля деформации на основе компрессионных испытаний. Для этого проводятся параллельные компрессионные испытания грунта природной влажности и грунта, предварительно водонасыщенного до требуемого значения влажности. Полученный в лабораторных опытах коэффициент снижения модуля деформации грунта при его дополнительном водонасыщении используется для корректировки полевых данных.

2.54. Наиболее достоверными методами определения деформационных характеристик нескольких грунтов являются полевые их испытания статическими нагрузками в шурфах, дудках или котлованах с помощью плоских горизонтальных штампов площадью 2500 - 5000 см², а также в скважинах или в массиве с помощью винтовой лопасти-штампа площадью 600 см², выполняемые в соответствии с действующим ГОСТом. При этом применительно к рассматриваемым в Пособии методами расчета оснований по деформациям эталонным методом определения деформационных характеристик считаются указанные полевые испытания в шурфах, дудках или котлованах. Расчет модуля деформации грунтов по результатам их испытаний с помощью плоского горизонтального штампа и винтовой лопасти-штампа проводится по приведенным в действующем ГОСТе формулам.

2.55. Модули деформации песчаных и пылевато-глинистых грунтов, не обладающих резко выраженной анизотропией их свойств в горизонтальном и вертикальном направлениях, могут быть определены их испытаниями с помощью прессиометров в скважинах и плоских вертикальных штампов (лопастных прессиометров) в скважинах или массиве, выполняемыми в соответствии с действующим ГОСТом с последующей корректировкой получаемых опытных данных. Корректировка этих данных должна осуществляться путем их сопоставления с результатами параллельно проводимых эталонных испытаний того же грунта с помощью плоских горизонтальных штампов площадью 2500 - 5000 см², а при затруднительности проведения последних (больше глубины испытаний, водонасыщенные грунты) - с результатами испытаний винтовой лопастью-штампом площадью 600 см².

Указанные параллельные испытания обязательны при исследованиях грунтов для строительства зданий и сооружений I класса. Для зданий и сооружений II-III классов допускается корректировать результаты испытаний грунтов прессиометрами или плоскими вертикальными штампами с помощью эмпирических коэффициентов, назначаемых в соответствии с указаниями действующего ГОСТа.

2.56. Модули деформации песчаных и пылевато-глинистых грунтов могут быть определены методом статического зондирования, выполняемым в соответствии с действующим ГОСТом, на основе сопоставления данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов штампами, указанными в п. 2.54. Проведение сопоставительных испытаний обязательно для зданий и сооружений I и II классов. Для зданий и сооружений III класса допускается определять модуль деформации только по данным статического зондирования в зависимости от удельного сопротивления грунта под наконечником зонда q_c, используя зависимости:

для печатных грунтов E = 3q_c; для суглинков и глин E = 7q_c.

2.57. Модули деформации песчаных грунтов (кроме пылеватых водонасыщенных) могут быть определены методом динамического зондирования, выполняемым в соответствии с действующим ГОСТом, на основе сопоставления данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов штампами, указанными в п. 2.54. Проведение сопоставительных испытаний обязательно для зданий и сооружений I и II классов. Для зданий и сооружений III класса допускается определять модуль деформации песчаных грунтов при глубине их залегания до 6 м только по данным динамического зондирования в зависимости от условного динамического сопротивления грунта погружению зонда q_d, используя табл. 21.

Таблица 21

2.58. Для зданий и сооружений II и III классов допускается определять модули деформации пылевато-глинистых грунтов лабораторными методами (в компрессионных приборах или приборах трехосного сжатия), выполняемыми в соответствии с действующими ГОСТами с последующей корректировкой получаемых опытных данных. Корректировка этих данных должна осуществляться путем их сопоставления с результатами параллельно проводимых сопоставительных испытаний того же грунта штампами, как это указано в п. 2.54.

Сопоставительные испытания обязательны при исследованиях грунтов для строительства зданий и сооружений II класса. Для зданий и сооружений III класса при определении по результатам компрессионных испытаний модулей деформации пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести 0,5 < I_L ≤ 1 допускается использовать коэффициенты, приведенные в табл. 22 и полученные в результате статической обработки результатов массовых испытаний аллювиальных, делювиальных, озерных и озерно-аллювиальных четвертичных глинистых грунтов в компрессионных приборах и штампами. При использовании этих коэффициентов значение модуля деформации по компрессионным испытаниям следует определять в интервале давлений 0,1 - 0,2 МПа (1 - 2 кгс/см²).

Таблица 22

Примечание. Для промежуточных значений е допускается определять коэффициент m_k по интерполяции.

2.59. Наиболее достоверным методом определения прочностных характеристик нескальных грунтов являются полевые испытания на срез целиков в шурфах или котлованах, выполняемые в соответствии с действующим ГОСТом. Этот метод является эталонным применительно к рассматриваемым в Пособии методам Расчета оснований по несущей способности.

2.60. Для зданий и сооружений независимо от их класса для определения расчетного сопротивления грунта основания значения удельного сцепления с_II и угла внутреннего трения j_II могут быть получены путем испытаний грунтов лабораторными методами (в срезных приборах или приборах трехосного сжатия), выполняемыми в соответствии с действующими ГОСТами.

Для зданий и сооружений I класса применительно к расчетам оснований по несущей способности получаемые лабораторными методами значения удельного сцепления с_I и угла внутреннего трения j_I должны уточняться путем их сопоставления со значениями прочностных характеристик, получаемыми по результатам параллельных полевых испытаний на срез целиков грунта.

2.61. При определении лабораторными методами прочностных характеристик крупнообломочных грунтов необходимо использовать срезные приборы и приборы трехосного сжатия, позволяющие испытывать образцы, у которых отношение диаметра к максимальному размеру крупнообломочных включений более 5.

2.62. Прочностные характеристики пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L > 0,5, для которых подготовка целиков для полевых испытаний или отбор образцов для лабораторных испытаний затруднительны, могут быть определены полевым методом вращательного среза в скважинах или в массиве, выполняемым в соответствии с требованиями действующего ГОСТа.

2.63. Прочностные характеристики песчаных и пылевато-глинистых грунтов могут быть определены методом статического зондирования, выполняемым в соответствии с действующим ГОСТом, на основе сопоставления данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов на срез указанными в пп. 2.59 и 2.60 методами. Проведение сопоставительных испытаний обязательно для зданий и сооружений I и II классов применительно к расчетам оснований по деформациям. В остальных случаях допускается определять угол внутреннего трения песчаных грунтов крупных, средней крупности и мелких, а также удельное сцепление и угол внутреннего трения четвертичных пылевато-глинистых грунтов только по данным статического зондирования в зависимости от удельного сопротивления под наконечником зонда q_c, используя таблицы 23 и 24.

Таблица 23

Примечание. Значение угла внутреннего трения φ в интервале глубин от 2 до 5 м определяется интерполяцией.

Таблица 24

2.64. Угол внутреннего трения песчаных грунтов (кроме пылеватых водонасыщенных) может быть определен методом динамического зондирования, выполняемым в соответствии с действующим ГОСТом, на основе сопоставления данных зондирования с результатами испытания тех же грунтов на срез, указанными в пп. 2.59 и 2.60 методами. Проведение сопоставительных испытаний обязательно для зданий и сооружений I и II классов применительно к расчетам оснований по несущей способности и для зданий и сооружений I класса применительно к расчетам по деформациям. В остальных случаях допускается определять угол внутреннего трения песчаных грунтов только по данным статического зондирования в зависимости от условного динамического сопротивления грунта погружению зонда q_d, используя табл. 25.

Таблица 25

2.65. Для зданий и сооружений II и III классов допускается определять прочностные характеристики песчаных и пылевато-глинистых грунтов полевыми методами поступательного и кольцевого среза в скважинах, выполняемыми в соответствии с действующим ГОСТом, с последующей корректировкой опытных данных. Корректировка этих данных должна осуществляться путем их сопоставления с результатами испытаний тех же грунтов на срез указанными в пп. 2.59 и 2.60 методами. Сопоставительные испытания обязательны при исследовании грунтов для строительства зданий и сооружений II класса.

2.66. Временное сопротивление при одноосном сжатии скальных грунтов устанавливают в соответствии с действующими ГОСТом.

2.67. При определении характеристик грунтов, обладающих специфическими свойствами (просадочные, набухающие, биогенные и т.п.), следует учитывать дополнительные требования, изложенные в Пособии.

Нормативные значения прочностных
и деформационных характеристик грунтов
(приложение 1, рекомендуемое)

Таблица 26(1 прил. 1)

Нормативные значения удельного сцепления с_п, кПа (кгс/см²), угла внутреннего трения j_п, град, и модуля деформации Е, МПа (кгс/см²), песчаных грунтов четвертичных отложений

Таблица 27(2 прил. 1)

Нормативные значения удельного сцепления с_п, кПа (кгс/см²),

угла внутреннего трения j_п, град, пылевато-глинистых

нелессовых грунтов четвертичных отложений

Таблица 28 (3 прил. 1)

Нормативные значения модуля деформации
пылевато-глинистых нелессовых грунтов

Подземные воды

2.78. Подземные воды включают в себя воды зоны аэрации (почвенные, болотные, такыров, инфильтрующиеся, воды капиллярной каймы, верховодок, пленочные) и воды зоны насыщения (грунтовые, под- и межмерзлотные, надмерзлотные, межпластовые, трещинные, карстовые и т.д.). При строительном освоении территории и дальнейшей ее эксплуатации воздействию техногенных факторов в основном подвергаются воды зоны аэрации и грунтовые воды и реже - ниже залегающие водоносные горизонты. При этом следует учитывать развитие в данном районе таких неблагоприятных природных и инженерно-геологических процессов, как карст, оползание склонов, подземная суффозия и т.д.

Существенное положение уровня или напора подземных вод и возможность его изменения в период строительства и последующей эксплуатации возводимых зданий и сооружений влияют на выбор типа фундамента и его размеров, а также на выбор водозащитных мероприятий и характер производства строительных работ.

При повышении уровня или напора подземных вод и влажности снижаются и прочностные характеристики глинистых и биогенных грунтов оснований, возникает просадка или набухание грунта, увеличивается степень морозной пучинистости и т.д. Все это может привести к дополнительным деформациям, если здания и сооружения были запроектированы без учета изменений водонасыщения грунтов оснований, как того требуют существующие нормативные документы.

При понижении уровня или напора подземных вод могут также возникать дополнительные осадки пылевато-глинистых, биогенных и песчаных грунтов. Изменения уровня подземных вод часто ведут к формированию или интенсификации инженерно-геологических процессов (карст, оползни, суффозия и т.д.).

2.80. Проведение вертикальной планировки, разработка котлованов, траншей и т.д. и последующая эксплуатация зданий, сооружений и застроенной территории в целом (в том числе эксплуатация систем водоснабжения и водоотведения) вызывают изменения гидрогеологических условий, что необходимо учитывать при проведении инженерных изысканий и проектирования.

Застроенная территория (населенный пункт или промышленное предприятие) является многокомпонентной и динамичной системой, постоянно изменяющейся как в процессе строительства и реконструкции зданий и сооружений, так и в процессе их эксплуатации. Поэтому выполнение количественных прогнозов, особенно долгосрочных (более одного года), изменение гидрогеологических условий с необходимой точностью и надежностью, с необходимым учетом трудно предсказуемых возможных изменений условий питания и разгрузки подземных вод (например, фильтрации утечек из коммуникаций и вод поверхностного стока, изменения естественной дренированности территории и т.д.), в настоящее время, как правило, является проблематичным. Поэтому выполняемые прогнозы, особенно для отдельных зданий (сооружений), являются в основном оценочными, т.е. носят характер прогнозных оценок 1. Это обстоятельство усугубляется отсутствием на большинстве застроенных территорий продолжительность наблюдений, причем для незастроенных территорий продолжительность наблюдений должна быть не менее года, а для застроенных - значительно большей (3 - 5 и более лет).

2.81. При проектировании оснований отдельных зданий и сооружений учет изменений гидрогеологических условий площадки строительства должен проводиться на основе ранее выполненных прогнозных оценок для более значительных, чем рассматриваемая площадь, участков территории (например, для проектирования системы инженерной защиты от опасных геологических процессов), ограниченных реками, ручьями и др. Естественными границами, на которых принимаются соответствующие граничные условия. Гидрогеологические условия конкретной площади (например, формирование режима подземных вод) зависит не только от факторов, действующих непосредственно на данном участке территории. При отсутствии ранее выполненных прогнозных оценок, последние для отдельного здания или комплекса сооружений могут выполняться, учитывая незначительные объемы и малые сроки проведения инженерных изысканий, методом конкретной аналогии на основе имеющегося опыта для условий (природных и техногенных) конкретного объекта - эталона строительства и эксплуатации, для которого исследуемый объект является аналогом, или методом обобщенной аналогии по материалам, приведенным в пп. 2.98 - 2.104.

2.82. Для оценки возможности образования верховодки (в том числе техногенной), создания техногенных горизонтов подземных вод или техногенного изменения уровня подземных вод или техногенного изменения уровня подземных вод (в том числе грунтовых), оценки их температуры и химического состава, а также динамики влажности грунтов оснований (особенно просадочных, набухающих, пучинистых и засоленных) необходимо на планируемых под застройку территориях заблаговременно создавать сеть стационарных пунктов гидрологических наблюдений (наблюдательных скважин и пунктов наблюдений за динамикой влажности), расположенную определенным образом с учетом природных и техногенных условий.

2.83. Для определения состава гидрогеологических наблюдений и условий размещения пунктов наблюдений следует учитывать необходимость оценки:

формирования и развития гидрогеологических процессов (подтопления, карста, образования техногенных верховодок, суффозии, фильтрационного выпора, заболачивания и т.д.);

влияния подземных вод на формирование и развитие геологических процессов (оползней, оседания поверхности земли, пучения, просадки, набухания и т.д.);

эффективности работы водозаборов и дренажей;

загрязнения (в том числе теплового) и агрессивности подземных вод по отношению к материалу подземных конструкций;

изменения сейсмичности участков застроенной или застраиваемой территории для ее микрорайонирования в связи с возможным изменением уровня подземных вод и влажности грунтов;

действия режимообразующих факторов (естественных и искусственных) в зависимости от природных и техногенных условий;

связи поверхностных (в том числе вод поверхностного стока) и подземных вод;

величины дополнительной инфильтрации, вызывающей подъем уровней подземных вод, образование техногенных верховодок и техногенных горизонтов.

Организация и систематическое проведение на застроенной территории стационарных гидрологических наблюдений позволяет на основе осуществления постоянного контроля за изменениями режима подземных вод своевременно предупреждать возникновение и развитие неблагоприятных инженерно-геологических процессов.

2.85. Для выполнения оценки возможных изменений уровня подземных вод на строительной площадке необходимо учитывать, что вновь возникающие режимообразующие факторы, изменяющие существующую структуру водного баланса территории, являются дополнительной техногенной нагрузкой на геологическую среду, а возникающие неблагоприятные последствия - подтопление, карст, оползни и т.д. - это реакция среды на действие указанных факторов. Поэтому достоверность выполняемых прогнозных оценок зависит прежде всего от того, насколько близко к действительности удается учесть возможные изменения техногенной нагрузки (при строительстве и дальнейшей эксплуатации как отдельных зданий и сооружений, так и всей застраиваемой и застроенной территории в целом).

2.86. Все режимообразующие факторы должны рассматриваться в зависимости от масштаба воздействия (по территориальному признаку) на данную территорию (региональные и локальные), по условиям питания и разгрузки подземных вод (пополнение или отбор), по генезису (естественные или искусственные), по активности воздействия на формирование гидродинамической обстановки (активные и пассивные), по характеру действия (случайные и детерминированные) (рис. 2). Кроме того, действие факторов может различаться во времени (систематическое, периодическое и эпизодическое) и в пространстве (равномерное или неравномерное, сплошное или спорадическое).

Рис. 2. Общая схема режимообразующих факторов

Региональные внешние факторы (по отношению к рассматриваемой территории) ведут к пополнению или отбору подземных вод и соответственно подъему или понижению их уровня. В первом случае - это подпор подземных вод от хранилищ, массивов орошения, крупных каналов, промышленных предприятий с большим потреблением воды, находящихся за пределами населенного пункта (главным образом, вверх по потоку подземных вод), от крупных технологических накоплений, полей фильтрации и т.д.; во втором - это образование воронок депрессии в результате работы крупных водозаборов подземных вод, систем осушения шахтных полей, крупных карьеров, болот и т.д.

Региональные внутренние факторы (действующие в пределах рассматриваемой застраиваемой территории) ведут к пополнению или отбору подземных вод и соответственно подъему или понижению их уровня. В первом случае - это подпор подземных вод от подтопляющих близлежащих ТЭЦ, промышленных предприятий с мокрым технологическим процессом, водоемов, инфильтрация утечек из крупных коллекторов системы канализации, фильтрация воды из городской арычной сети (для южных городов страны), создание зон намывных и насыпных грунтов, в которых накапливаются подземные воды (верховодка, грунтовые и др.) и т.д. Во втором - это образование воронок депрессии от действия отдельных городских водозаборов, дренажных систем, систем осушения тоннелей метро, снижения уровня в реках при их регулировании (углублении, спрямлении и прочистке).

Локальные факторы ведут к пополнению или отбору подземных вод и соответственно к подъему или понижению их уровня. В первом случае - это подпор от барражирующего действия заглубленных частей зданий и сооружений (в том числе от созданного свайного поля, в пределах которого резко снижаются фильтрационные свойства грунтов), от участков набережных, тоннелей, засыпанных оврагов, балок, от созданных отдельных участков насыпных и намывных грунтов, способствующих накоплению в них воды, инфильтрация утечек из водонесущих коммуникаций и вод поверхностного стока из-за его нарушения (недостатки вертикальной планировки) или из-за недостаточно развитой сети дождевой канализации (в том числе в период катастрофических осадков), накопление воды в грунтах обратных засыпок (траншеи и пазухи котлованов). Во втором случае - это образование воронок депрессии от действия одиночных водозаборных скважин и дрен (пластовой, кольцевой, линейной и т.д.).

2.87. В результате действия режимообразующих факторов при освоении территории и последующей ее эксплуатации происходит коренное изменение водного режима, часто приводящее к возникновению неблагоприятных последствий для зданий и сооружений - деформациям, подтоплению подземных помещений, коррозии подземных конструкций, коммуникаций и т.д. Схема техногенных изменений водного режима и их последствий на застраиваемых территориях приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема техногенных изменений водного режима и их последствий на осваиваемых территориях

1 - факторы изменения режима; 2 - последствия изменения режима

2.88. Прогнозные оценки возможных изменений уровня (напора) подземных вод на площадке строительства сроком на 25 и 15 лет необходимо выполнять с учетом возможных изменений техногенных условий (застройки и эксплуатации), характеристика которых должна быть отражена в техническом задании на производство изысканий. Указанные оценки выполняются изыскательской организацией совместно с проектной. Возможная достоверность и точность проведения оценки ограничивается полнотой и качеством исходного фактического материала (в том числе по техногенным условиям). При проведении изысканий под отдельные здания и сооружения оценки носят, как правило, весьма приближенный характер. При этом невозможно учесть влияние на формирование режима подземных вод не только сопредельных застроенных участков, но и особенности условий (природных и техногенных) самой строительной площадки, так как отсутствуют, как правило, стационарные наблюдения за подземными водами (при кратковременных изысканиях определяются только установившийся уровень в скважине, химический состав и температура воды на период проведения работ)

При строительстве ответственных зданий и сооружений для повышения достоверности прогнозных оценок возможных изменений гидрогеологических условий необходимо располагать длительными режимными наблюдениями для незастроенной территории (не менее года) за подземными водами на территории, значительно превышающей строительную площадку, ограниченной реками, ручьями и т.д. (граничные условия), а также выполнить необходимый комплекс опытно-фильтрационных работ и иметь соответствующие сроки производства инженерных изысканий, что должно быть специально отмечено в техническом задании заказчика. Однако значительная неопределенность величин возможных утечек из подземных коммуникаций резко снижает точность выполняемых оценок.

2.90. При использовании материалов многолетних наблюдений Мингео СССР следует иметь в виду, что последние получены, как правило, для естественного (ненарушенного или слабонарушенного) режима подземных вод.

2.91. Для оценки возможных изменений уровней подземных вод, а также для разработки проектов зданий и сооружений и производства земляных работ необходимы следующие показатели естественного режима:

среднее многолетнее положение уровня подземных вод;

максимальный и минимальный уровни подземных вод за период наблюдений;

многолетняя амплитуда колебаний подземных вод;

амплитуда отклонения максимального и минимального уровней от среднемноголетнего значения;

продолжительность (сроки) стояния высоких (весенних и летне-осенних) подземных вод.

2.92. При наличии только краткосрочных наблюдений (в том числе разовых замеров уровня подземных вод, выполняемых при инженерных изысканиях на площадке строительства) для приближенного определения указанных показателей естественного режима может быть использована методика Мингео СССР.

2.93. На одной и той же застроенной территории (населенный пункт или промышленная площадка) могут существовать участки с естественным (ненарушенным или слабонарушенным) и с искусственным режимами подземных вод, что связано с особенностями действия вновь возникающих режимообразующих факторов [пп. 2.84(2.18) - 2.86], такая неоднородность в режиме подземных вод в значительной степени затрудняет прогнозную оценку возможных изменений режима и требует проведения соответствующего районирования территории. Это позволяет проводить дифференцированную оценку потенциальной подтопляемости.

Естественный режим подземных вод - режим подземных вод в целом (уровенный, температурный, химический, для грунтов - влажностный) или одной из его составляющих компонент (элементов), в котором на рассматриваемой территории за расчетный период времени в результате доминирующего преимущественного действия естественных режимообразующих факторов (совместно с искусственными или без них) качественно новых закономерностей не возникает, а могут меняться или не меняться главным образом количественные показатели (параметры), что характеризует только степень нарушенности этого режима.

Искусственный режим подземных вод - режим подземных вод в целом (уровенный, температурный, химический, для грунтов - влажностный) или одной из его составляющих компонент (элементов), в котором на рассматриваемой территории за расчетный период времени в результате доминирующего преимущественного действия искусственных режимообразующих факторов (совместно с естественными или без них) возникают качественно новые закономерности.

Отсюда следует, что на одной и той же площадке уровенный режим подземных вод может быть искусственным, а температурный - естественным. На одной и той же ограниченной территории или участке закономерности естественного и искусственного режима могут проявляться одновременно (комбинированный режим) или последовательно (цикличный режим). Возможно и одновременное проявление комбинированного и циклического режимов (комплексный режим).

Выделение различных режимов подземных вод на застраиваемых территориях необходимо для оценки формирования конкретной гидродинамической обстановки и для повышения надежности выполняемых прогнозных оценок.

2.95. Застраиваемые территории по характеру (состоянию) их подтопления делятся на естественно и техногенно подтопленные (временно или постоянно) и неподтопленные, среди последних выделяются потенциально подтопляемые и потенциально неподтопляемые.

Подтопленные территории (естественно и техногенно) - это территории, на которых влажность грунтов или уровень подземных вод достигали или периодически (например сезонно) достигают критических (в зависимости от характера хозяйственного использования территории) величин при которых отсутствуют необходимые условия строительства или эксплуатации как отдельных зданий и сооружений, так и территории в целом. Для создания этих условий на данной территории необходимо применение соответствующих защитных мероприятий.

Процесс формирования подтопления (строительного, в общем случае техногенного) - это инженерно-геологический процесс, проявляющийся на застраиваемых или застроенных территориях в определенных природных условиях под действием техногенных факторов (и частично естественных), при котором в результате нарушения водного режима за расчетный период времени происходит направленное повышение влажности грунтов или уровня подземных вод (в том числе в результате создания техногенных верховодок и горизонтов грунтовых вод) достигающее критических (предельных) величин, нарушающих необходимые условия строительства или эксплуатации отдельных зданий и сооружений или участков осваиваемой (освоенной) территории. Это происходит как в результате прямого воздействия на сооружения или территорию поднимающихся подземных вод или увеличивающейся влажности грунта, так и косвенного - из-за проявления или интенсификации при этом процессов осадки, набухания, просадки, оползания склонов, карста, пучения и т.д., что приводит к деформациям грунтов оснований, а часто и самих сооружений еще задолго до непосредственного подтопления отдельных сооружений и территории в целом.

При исследовании подтопления следует различать два периода времени:

в течении первого поднимающийся уровень подземных вод или увеличивающаяся влажность грунтов практически еще не оказывают влияния на строительство или эксплуатацию сооружения и территории, т.е. не достигли критических значений (Н_с или w_с);

в течении второго поднимающийся уровень подземных вод и увеличивающееся водонасыщение грунтов оказывают интенсивное отрицательное по своим последствиям влияние на строительство или эксплуатацию сооружений и территорий (после достижения критических значений (Н_с или w_с), т.е. после наступления подтопления).

Первый период определяется как расчетный Т_p и принимается для I класса сооружений равным 25 годам, для II класса - 15 годам. Если за этот период уровень подземных вод или влажность грунта не достигнут значений Н_с или w_с, то территорию условию следует считать потенциально неподтопляемой и прогнозную оценку потенциальной подтопляемости впоследствии необходимо будет повторить с учетом произошедших за этот период времени изменений природных и техногенных факторов. В этот период происходит в основном формирование явления подтопления.

Во второй период идет только дальнейшее развитие явления подтопления, но этот период является наиболее опасным. Он характеризуется, с одной стороны, проявлением опасных для сооружений и территории последствий подтопления, а с другой - действием на застроенных или застраиваемых территориях различных защитных мероприятий.