Органо-минеральные и органические грунты

6.4.1. Основания, сложенные водонасыщенными органо-минеральными (илы, сапропели, заторфованные грунты) и органическими грунтами (торфы) или включающие эти грунты, должны проектироваться с учетом их особенностей: большой сжимаемости, существенной изменчивости и анизотропии прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик и изменений их в процессе консолидации основания, длительного развития осадок во времени и возможности возникновения нестабилизированного состояния.

Для илов необходимо учитывать тиксотропию и газовыделение.

Следует учитывать также, что подземные воды в органо-минеральных и органических грунтах, как правило, сильно агрессивны к материалам подземных конструкций.

6.4.2. По характеру залегания органо-минеральные и органические грунты делятся на открытые (залегающие с поверхности), погребенные (залегающие в виде линз или слоев на различной глубине) и искусственно погребенные (перекрытые искусственно сформированными отложениями).

6.4.3. В зависимости от расположения слоев или линз органо-минерального и органического грунта в плане и по глубине основания выделяют наиболее распространенные типы оснований, приведенные на рисунке 6.8.

6.4.4. При проведении инженерно-геологических изысканий следует дополнительно устанавливать:

- характер залегания органо-минеральных и органических грунтов (рисунок 6.8) и толщину слоев, прослоек и линз этих грунтов;

- содержание органического вещества I_от для выделения заторфованных грунтов, торфов и сапропелей (ГОСТ 25100);

- степень разложения органического вещества D_pd в торфах;

- коэффициент консолидации.

Расстояние между отдельными скважинами не должно превышать 20 м и они должны полностью прорезать толщу органо-минеральных и органических грунтов с заглублением не менее чем на 2 м в подстилающие минеральные грунты.

Определение характеристик органо-минеральных и органических грунтов должно производиться не менее чем через 0, 5 м по глубине каждого обнаруженного слоя.

6.4.5. На площадках с илами с целью сохранения природной структуры этого грунта должны применяться методы испытаний, исключающие динамическое воздействие на грунт. Рекомендуется применение штампов, прессиометров, статического зондирования, приборов вращательного среза, радиоизотопных методов и т.д.

6.4.6. Следует выделять пресноводные илы с содержанием органического вещества более 10 % - сапропели. В зависимости от условий залегания сапропели подразделяют на неуплотненные и уплотненные в природном залегании; по содержанию органического вещества - на минеральные, среднеминеральные и слабоминеральные.

I - в пределах всей сжимаемой толщи основания залегают органо-минеральные или органические грунты; II - в верхней части сжимаемой толщи основания залегает слой органо-минерального или органического грунта; III - в нижней части сжимаемой толщи основания залегают органо-минеральные или органические грунты; IV - сжимаемая толща в предела пятна застройки здания включает односторонне (IVа), двусторонне (IVб) вклинившиеся линзы или содержит множестве линз (IVв) из органо-минеральных или органических грунтов; V - в пределах глубины сжимаемой толщи находится одна (Vа или несколько прослоек (Vб) органо-минерального или органического грунта, границы которых в плане выходят за пределы пятна застройки здания

Рисунок 6.8. - Типовые схемы оснований, содержащих органо-минеральные и органические грунты

6.4.7. Характеристики органо-минеральных и органических грунтов должны определяться, как правило, на основе непосредственных испытаний грунтов в полевых или лабораторных условиях.

Ориентировочные значения физико-механических характеристик сапропелей, открытых и погребенных торфов и илов, которые могут быть использованы для предварительной оценки оснований, сложенных указанными грунтами, приведены в приложении Ж.

Для глинистых грунтов с содержанием органических веществ в долях единицы в диапазоне 0, 05 £ I_от £ 0, 25 нормативные значения характеристик Е, j_n и с_п для расчетов оснований сооружений, оговоренных в 5.3.17, допускается принимать по таблице Г.4 приложения Г.

6.4.8. Деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики органо-минеральных и органических грунтов должны определяться в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию основания проектируемого сооружения. Указанные характеристики должны устанавливаться при испытаниях образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях.

6.4.9. Для определения прочностных характеристик j и с органо-минеральных и органических грунтов следует проводить испытания, применяя методику консолидированного среза для определения этих характеристик в стабилизированном состоянии и неконсолидированного среза для определения в нестабилизированном состоянии (ГОСТ 12248).

6.4.10. В полевых условиях деформационные характеристики органо-минеральных и органических грунтов определяют методами, указанными в ГОСТ 20276. При определении деформационных характеристик этих грунтов в компрессионных приборах, учитывая их высокую сжимаемость, испытуемые образцы должны иметь начальную высоту 30 - 50 мм, а их нагружение следует проводить небольшими ступенями согласно ГОСТ 12248.

Максимальное давление на образец в компрессионном опыте должно превышать проектное не менее чем на 10 - 20 %, но быть не менее 0, 1 МПа.

Значения модуля деформации по результатам опыта должны устанавливаться для различных интервалов давлений и использоваться в расчетах осадки в зависимости от фактических нормальных напряжений по глубине основания в пределах сжимаемой толщи.

6.4.11. Коэффициент бокового давления органо-минеральных и органических грунтов ξ определяют в приборах трехосного сжатия. Допускается принимать значения ξ по таблицам приложения Ж.

6.4.12. При применении комплекса мероприятий по предварительной подготовке основания, содержащего органо-минеральные и органические грунты (временная или постоянная пригрузка, дренирование и т.п.), характеристики этих грунтов должны устанавливаться по результатам их испытаний после уплотнения.

6.4.13. При расчете оснований должны учитываться анизотропные свойства органо-минеральных и органических грунтов. В каждой точке основания следует отбирать не менее двух образцов для определения характеристик в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. Коэффициент фильтрации также должен определяться для этих двух направлений.

Обозначения характеристик грунта с анизотропными свойствами должны иметь индекс, указывающий диапазоны давлений и их направление при испытании (горизонтальное или вертикальное).

6.4.14. Расчет оснований, сложенных органо-минеральными и органическими грунтами, должен производиться в соответствии с требованиями раздела 5 с учетом скорости передачи нагрузки на основание, изменения эффективных напряжений в грунте в процессе консолидации основания, анизотропии свойств грунтов, вторичной консолидации. При этом допускается использовать методы теории как линейной, так и нелинейной консолидации грунтов.

Примечание - Анизотропию свойств органо-минеральных и органических грунтов допускается не учитывать, если значения характеристик для вертикального и горизонтального направлений отличаются не более чем на 40 %.

6.4.15. При наличии в основании дренирующих слоев необходимо учитывать фильтрацию поровой воды в их сторону, а при наличии песчаной подушки под фундаментом - также в сторону этой подушки. Учитывать действие дренирующего слоя допускается только в том случае, если он не представляет собой замкнутую линзу, а песчаной подушки под фундаментом - если обратная засыпка пазух произведена также дренирующим грунтом.

6.4.16. Основания, сложенные водонасыщенными органо-минеральными и органическими грунтами, в соответствии с 5.1.3 и 5.6.5 должны рассчитываться по несущей способности.

В этих расчетах силу предельного сопротивления основания п_и, кН/м, при действии вертикальной нагрузки для ленточного фундамента допускается определять по формуле

n_u = b´ (q + 5, 14 c₁), (6.17)

где b´ - то же, что и в формуле (5.27);

q - пригрузка, кПа;

c₁ - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа, равное с_и.

6.4.17. При намыве на дно водоема, сложенного органо-минеральными и органическими грунтами, песчаного слоя его толщина должна определяться необходимыми планировочными отметками с расчетом несущей способности основания и с учетом возможности возникновения нестабилизированного состояния.

6.4.18. При расчете по деформациям оснований, включающих водонасыщенные органо-минеральные и органические грунты, расчетное сопротивление грунта основания R определяют по формуле (5.5). При этом коэффициент условий работы грунтового основания g _c1 принимают по таблице 6.5.

Таблица 6.5

6.4.19. Для предварительного определения размеров фундаментов сооружений I и II уровней ответственности на заторфованных песках и окончательного для сооружений III уровня ответственности допускается принимать расчетные сопротивления R₀ по таблице Д.5 приложения Д.

6.4.20. Расчетную схему для определения конечных осадок фундаментов на основании, включающем водонасыщенные органо-минеральные и органические грунты, принимают по разделу 5.

Дополнительную осадку фундаментов за счет разложения (минерализации) органических включений допускается не учитывать, если в период срока службы сооружения уровень подземных вод не будет понижаться.

Осадку слоя сильнозаторфованного грунта или торфа при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяют по 6.4.30 и 6.4.31.

6.4.21. В расчете по деформациям основания, содержащего органо-минеральные и органические грунты, нижнюю границу сжимаемой толщи принимают в соответствии с рекомендациями 5.5.41.

6.4.22. Опирание фундаментов непосредственно на поверхность органо-минеральных и органических грунтов не допускается, если они представлены сильнозаторфованными грунтами и торфами, сапропелями и илами.

Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации Е < 5МПа толщиной более ширины фундамента, то осадка основания должна определяться с учетом полного давления под подошвой фундамента.

6.4.23. При расчетных деформациях основания, сложенного органо-минеральными и органическими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с подразделом 5.8:

- полная или частичная прорезка слоев органо-минеральных и органических грунтов фундаментами;

- полная или частичная замена органо-минерального и органического грунта песком, гравием, щебнем и т.д.;

- уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания сооружения или всей площадки строительства насыпным (намывным) грунтом или другим материалом (с устройством фильтрующего слоя или дрен при необходимости ускорения процесса консолидации основания);

- закрепление илов буросмесительным способом.

6.4.24. В зависимости от типа основания (см. рисунок 6.8), степени заторфованности, глубины залегания и толщины органо-минеральных и органических грунтов, а также конструктивных особенностей проектируемого сооружения и предъявляемых к нему эксплуатационных требований рекомендуются следующие варианты специальных мероприятий:

- уплотнение основания временной или постоянной нагрузкой, в том числе с устройством вертикальных дрен и дренажных прорезей - для оснований I и II типов;

- полная или частичная прорезка слоя органо-минеральных и органических грунтов фундаментами, в том числе свайными, - для оснований II, IV и V типов;

- выторфовка линз или слоев органо-минерального и органического грунта с заменой его минеральным грунтом - для оснований II, IV и V типов;

- устройство фундаментов (столбчатых, ленточных и т.п.) на песчаной, гравийной, щебеночной подушке или на предварительно уплотненной подсыпке из местного материала - для всех типов оснований;

- устройство сооружений на плитных фундаментах, перекрестных монолитных или сборно-монолитных лентах и т.п. с конструктивными мероприятиями по повышению пространственной жесткости сооружения - для всех типов оснований.

6.4.25. В отдельных случаях основание, содержащее органо-минеральные и органические грунты, может быть использовано при соблюдении определенной скорости передачи нагрузки или при применении конструктивных мероприятий (введение поясов жесткости, разбивка здания на отдельные секции и т.п.).

6.4.26. Песчаные подушки, устраиваемые под фундаментами с целью замены органо-минеральных и органических грунтов, уменьшения давления на нижележащие слои, повышения, в случае необходимости, отметки подошвы фундаментов, ускорения процесса консолидации (уплотнения) нижележащих грунтов, устраивают, как правило, из песков крупных и средней крупности. В отдельных случаях допускается применение щебня, гравия, шлака или гравийно-песчаной смеси. Мелкие пески для устройства подушек не рекомендуются.

Плотность сухого грунта в подушках из песка крупного и средней крупности рекомендуется не менее 1, 65 т/м³.

При назначении прочностных характеристик уплотненного грунта в подушках следует учитывать указания 5.5.15.

6.4.27. Для намыва слоя грунта в качестве основания сооружения могут применяться супеси и пески любой крупности. Для ускорения консолидации намываемого слоя пылеватых песков или супесей необходимы предварительный намыв или укладка на маловодопроницаемое естественное основание, сложенное органо-минеральными и органическими грунтами, дренирующего слоя, например, из песка средней крупности.

6.4.28. Проектирование пригрузки должно производиться с учетом требований 6.4.12. При этом должны быть установлены толщина и размеры в плане пригрузочного слоя и время, необходимые для достижения заданной степени консолидации основания, а также конечная осадка основания под пригрузкой.

6.4.29. Конечную осадку и время консолидации слоя органо-минерального и органического грунта при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяют без учета осадки подстилающего слоя, если его модуль деформации в 10 раз и более превышает модуль деформации органо-минерального и органического грунта.

Нагрузку от намыва или отсыпки и порядок ее учета в расчетах конечной осадки, а также время консолидации слоя органо-минерального и органического грунта определяют в соответствии с принятым проектом организации работ.

6.4.30. Конечную осадку слоя органо-минерального и органического грунта в стабилизированном состоянии 5, м, вызванную намытым или отсыпанным слоем песка, определяют по формуле

s = 3 ph / (3E + 4p), (6.18)

где р - давление от песчаной насыпи на поверхность органо-минерального и органического грунта, кПа;

h - толщина слоя органо-минерального и органического грунта, м;

Е - модуль деформации органо-минерального и органического грунта при полной влагоемкости, кПа.

Размер насыпи в плане должен быть не менее 5 h.

6.4.31. В случае если основание, содержащее органо-минеральные и органические грунты, состоит из нескольких горизонтальных слоев с различными модулями деформации, осадку всей толщи в конце периода стабилизации определяют как сумму осадок отдельных слоев.

6.4.32. При толщине слоев органо-минеральных и органических грунтов, превышающей 3 м, их рекомендуется уплотнять с использованием вертикальных дрен.

План расположения дрен, их сечение и шаг устанавливают расчетом из условия 90 % консолидации основания или в зависимости от назначаемых сроков уплотнения строительной площадки. В плане дрены располагают в углах квадратов или равносторонних треугольников с шагом: для песчаных дрен 1, 5 - 3 м, для дрен заводского изготовления 0, 5 - 2 м.

Для сооружений I и II уровней ответственности шаг дрен определяют на опытных участках.

6.4.33. При использовании вертикальных дрен, полностью прорезающих уплотняемый слой грунта, и наличии дренирующих слоев на концах дрены консолидация грунта под нагрузкой происходит за счет отжатия поровой воды в дрену и дренирующие слои. Эквивалентный диаметр зоны влияния дрен d_e в этом случае следует принимать при расположении дрен по квадратной сетке d_e = 1, 13 d; по гексагональной сетке - d_e = 1, 05 d, где d - расстояние между осями дрен (шаг дрен).

6.4.34. В проектах сооружений, возводимых на органо-минеральных и органических грунтах, должны предусматриваться следующие нормы натурных измерений деформаций оснований и фундаментов:

- при застройке новых районов типовыми зданиями высотой 5 этажей и более - одно наблюдаемое здание на 3 строящихся;

- при застройке квартала - первое по очередности постройки здание I и II уровней ответственности;

- для всех сооружений, имеющих конструкции пролетом более 24 м;

- для сооружений, в которых в ходе строительства или эксплуатации возникли значительные деформации несущих конструкций или появились трещины.