РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

Утвержден НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР 01.01.1979
Срок действия продлен письмом Госархстроя РК от 06.01.1992 № АК

Руководство составлено по результатам теоретических и экспериментальных исследований деформаций и сил морозного пучения грунтов и материалам обобщения передового опыта фундаментостроения на пучинистых грунтах.

Предназначено для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

Действие сил морозного пучения грунтов и выпучивания фундаментов ухудшает условия эксплуатации и укорачивает сроки службы зданий и сооружений, вызывает их повреждения и деформации конструктивных элементов, что приводит к большим ежегодным затратам на ремонт повреждений и наносит народному хозяйству значительный ущерб.

В настоящем Руководстве приведены проверенные в практике строительства инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные, тепловые и термохимические мероприятия по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений, а также в кратком изложении даны указания по производству строительных работ по нулевому циклу и мероприятиям по предотвращению выпучивания незаглубляемых и малозаглубляемых фундаментов под малоэтажные каменные здания различного назначения и одноэтажные сборные деревянные дома в сельской местности.

Наиболее часто встречающиеся повреждения фундаментов и разрушения конструкций надфундаментного строения зданий и сооружений от морозного пучения обусловлены следующими факторами: а) составом грунтов в зоне сезонного промерзания и оттаивания; б) состоянием природной влажности грунтов и условиями их увлажнения; в) глубиной и скоростью сезонного промерзания грунтов; г) конструктивными особенностями фундаментов и надфундаментного строения; д) степенью теплового влияния отапливаемых зданий на глубину сезонного промерзания грунтов; е) эффективностью мероприятий, применяемых против воздействия сил морозного выпучивания фундаментов; ж) способами и условиями производства строительных работ по нулевому циклу; з) условиями эксплуатационного содержания зданий и сооружений. Чаще всего эти факторы воздействуют на фундаменты суммарно при различном их сочетании, и бывает трудно установить действительную причину повреждений в зданиях.

Как правило, результаты исследований взаимодействия промерзающего грунта с фундаментами, полученные по методу моделирования в лабораторных условиях, до сих пор не приносят позитивного эффекта при перенесении этих результатов в строительную практику, поэтому следует быть осмотрительнее с применением в природных условиях зависимостей, установленных в лаборатории.

При проектировании следует принимать в расчет результаты многолетних стационарных экспериментальных данных по исследованию взаимодействия промерзающего грунта с фундаментами в природных условиях, а не за одну зиму, так как климатические условия по отдельным годам с аномальными отклонениями не являются характерными для средней зимы данной местности.

Рекомендуемые в данном Руководстве противопучинные мероприятия могут применяться как для полного исключения деформаций от морозного выпучивания фундаментов, так и для частичного их снижения.

Инженерно-мелиоративные мероприятия в принципе являются коренными, поскольку они обеспечивают осушение грунтов в зоне нормативной глубины промерзания грунтов и снижение степени увлажнения слоя грунта на глубине 2-3 м ниже глубины сезонного промерзания. Это мероприятие возможно осуществить практически не для всех грунтовых и гидрогеологических условий, и тогда следует применять его только как уменьшающее деформацию грунта при промерзании в сочетании с другими мероприятиями.

Строительно-конструктивные мероприятия против сил морозного выпучивания фундаментов направлены в основном на приспособление конструкций фундаментов и частично надфундаментного строения к действующим силам морозного пучения грунтов и к их деформациям при промерзании и оттаивании (например, выбор типа конструкций фундаментов, глубина их заложения в грунт, жесткости конструкций надфундаментного строения, величин нагрузки на фундаменты, заанкеривание фундаментов в грунтах, залегающих ниже глубины промерзания и многие другие конструктивные приспособления).

Рекомендуемые в Руководстве конструктивные мероприятия приведены только в самых общих формулировках без надлежащей конкретизации, как, например, толщина слоя песчано-гравийной или щебеночной подушки под фундаментами при замене пучинистого грунта непучинистым, толщина слоя теплоизолирующих покрытий во время строительства и на период эксплуатации и др.; более детально даны рекомендации по размерам засыпки пазух непучинистым грунтом и по размерам теплоизоляционных подушек в зависимости от глубины промерзания грунтов и местного опыта строительства.

Расчеты фундаментов на устойчивость под действием сил морозного выпучивания, а также расчеты по конструктивным мероприятиям не являются обязательными для всех конструкций, применяемых в фундаментостроении, поэтому нельзя считать эти мероприятия универсальными по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов во всех случаях.

Тепловые и химические мероприятия являются коренными как по полному исключению деформаций от морозного пучения, так и по снижению сил морозного выпучивания и величин деформации фундаментов при промерзании грунтов. Они включают в себя применение рекомендуемых теплоизоляционных покрытий на поверхности грунта вокруг фундаментов, теплоносителей для обогрева грунтов и химических реагентов, понижающих температуру смерзания грунта с фундаментом и снижающих касательные силы сцепления мерзлого грунта с плоскостями фундаментов.

При обогреве грунт не будет иметь отрицательную температуру, что исключает его промерзание и морозное пучение.

При обработке грунта химическими реагентами, хотя грунт потом имеет отрицательную температуру, он не замерзает, поэтому также исключается промерзание и морозное пучение.

При назначении противопучинных мероприятий необходимо учитывать значимость зданий и сооружений, особенности технологических процессов производства и условия эксплуатационного режима, грунтовые и гидрогеологические условия, а также климатические характеристики данного района. При проектировании фундаментов на пучинистых грунтах следует отдавать предпочтение таким мероприятиям, которые наиболее экономичны и эффективны в данных условиях.

Изложенные в данном Руководстве мероприятия по борьбе с деформациями зданий и сооружений под действием сил морозного пучения грунтов помогут строителям повысить качество строящихся объектов, обеспечить устойчивость и долговечную эксплуатационную пригодность зданий и сооружений, исключить случаи удлинения сроков строительства, обеспечить ввод зданий и сооружений в промышленную эксплуатацию в плановые сроки, снизить непроизводительные разовые и ежегодно повторяющиеся расходы на ремонт и восстановление поврежденных силами морозного пучения зданий и сооружений.

Руководство составлено доктором техн. наук М.Ф. Киселевым.

Все замечания по тексту Руководства и предложения об улучшении просьба присылать в НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.

1.1. Данное Руководство предназначено для проектирования и строительства фундаментов зданий, промышленных сооружений и различного специального и. технологического оборудования на пучинистых грунтах.

Примечание. Рекомендации Руководства по противопучинным мероприятиям не распространяются на площадки, где сезонное промерзание грунтов сливается с вечномерзлым грунтом.

1.2. Руководство разработано в соответствии с основными положениями глав СНиП по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений и оснований и фундаментов зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах.

1.3. Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличивать свой объем при переходе в мерзлое состояние. Изменение объема грунта обнаруживается в природных условиях в поднятии в процессе промерзания и опускании при оттаивании дневной поверхности грунта. В результате этих объемных изменений происходят, деформации и наносят повреждения основаниям, фундаментам и надфундаментному строению зданий и сооружений.

1.4. В зависимости от гранулометрического состава грунта, его природной влажности, глубины промерзания и уровня стояния грунтовых вод грунты, склонные к деформациям при промерзании, по степени морозной пучинистости подразделяются на: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые и практически непучинистые.

1.5. Подразделения грунтов по степени морозной пучинистости в зависимости от изменяющегося во времени уровня грунтовых вод и показателя консистенции IL приняты по табл. 1 прил. 6 главы СНиП по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений. Природную влажность грунтов на период эксплуатации при проектировании необходимо корректировать по пп. 3.17-3.20 упомянутой выше главы СНиП.

1.6. Основанием для установления степени пучинистости грунтов должны служить материалы гидрогеологических и грунтовых изысканий (состав грунта, его природная влажность и уровень стояния грунтовых вод, которые могут охарактеризовать участок застройки на глубину не менее удвоенной нормативной глубины промерзания грунта, считая от планировочной отметки).

В практике проектирования оснований и фундаментов часто встречаются большие затруднения при оценке грунтов по степени их морозной пучинистости на основании имеющихся материалов инженерно-геологических изысканий, так как обычно слой сезонного промерзания не считается основанием для фундаментов и для него не определяются необходимые характеристики грунта. Если же первые 1,5-2 м в инженерно-геологических материалах охарактеризованы только как «растительный слой» или же как «почва серая», то при отсутствии уровня грунтовых вод близко к слою промерзания не представляется возможности установить степень пучинистости грунтов. При отсутствии характеристик промерзающего слоя грунта надо провести отдельно дополнительные изыскания на стройплощадке, желательно под каждое стоящее здание.

1.7. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений на пучинистых грунтах должно осуществляться с учетом:

Таблица 1

	

		

			
Наименование грунта по степени морозной пучинистости
			
Пределы положения z , м, уровня грунтовых вод ниже расчетной глубины промерзания у фундамента
			
Консистенция глинистого грунта I L
		
		

			
песок мелкий
			
песок пылеватый
			
супесь
			
суглинок
			
глина
		
		

			
Сильнопучинистые
			
-
			
-
			
z ≤0,5
			
z ≤1
			
z ≤1,5
			
I L >0,5
		
		

			
Среднепучинистые
			
-
			
z ≤0,5
			
0,5<z ≤1
			
1<z ≤1,5
			
1,5 
			
0,25<I L ≤0,5
		
		

			
Слабопучинистые
			
z ≤0,5
			
0,5<z ≤1
			
1<z ≤1,5
			
1,5<z ≤2,5
			
2<z ≤3
			
0<I L ≤0,25
		
		

			
Практически непучинистые
			
z >0,5
			
z >1
			
z >1,5
			
z >2,5
			
z >3
			
I L ≤0
		
	

Примечания: 1. Консистенция глинистых грунтов IL должна приниматься по их природной влажности, соответствующей периоду начала промерзания (до миграции влаги в результате действия отрицательных температур). При наличии в пределах расчетной глубины промерзания глинистых грунтов различной консистенции степень морозной пучинистости этих грунтов в целом принимается по среднему взвешенному значению их консистенции.

2. Крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, содержащие в своем составе более 30% по весу частиц размером менее 0,1 мм, при положении уровня грунтовых вод ниже расчетной глубины промерзания от 1 до 2 м относятся к среднепучинистым грунтам, а менее одного метра - к сильнопучинистым.

3. Величина z - разность между глубиной залегания уровня грунтовых вод и расчетной глубиной промерзания грунта, определяемая по формуле: z=Н0-H, где Н0-расстояние от планировочной отметки до залегания уровня грунтовых вод; Н - расчетная глубина промерзания, м, по главе СНиП II-15-74.

а) степени морозной пучинистости грунтов;

б) рельефа местности, времени и количества выпадающих атмосферных осадков, гидрогеологического режима, условий увлажнения грунтов и глубины сезонного промерзания;

в) экспозиции строительной площадки по отношению к освещаемости солнцем;

г) назначения, сроков строительства и службы, значимости зданий и сооружений, технологических и эксплуатационных условий;

д) технической и экономической целесообразности назначаемых конструкций фундаментов, трудоемкости и продолжительности работ по нулевому циклу и экономии строительных материалов;

е) возможности изменения гидрогеологического режима грунтов, условий их увлажнения в период строительства и за весь срок эксплуатации здания или сооружения;

ж) имеющихся результатов специальных исследований по определению сил и деформаций морозного пучения грунтов (если таковые имеются).

1.8. Объем и виды специальных исследований свойств грунтов и общих инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий предусматриваются общей программой изысканий или дополнительными зданиями к общей программе по согласованию с заказчиком в зависимости от геологических условий, стадии проектирования и специфики проектируемых зданий и сооружений.

2.1. При выборе грунтов в качестве естественных оснований в пределах отведенной территории под застройку следует отдавать предпочтение непучинистым или практически непучинистым грунтам (скальные, полускальные, щебенистые, галечниковые, гравийные, дресвяные, пески гравелистые, пески крупные и средней крупности, а также пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины твердой консистенции при уровне стояния грунтовых вод ниже планировочной отметки на 4-5 м).

2.2. Под каменные здания и сооружения на сильно- и среднепучинистых грунтах целесообразнее проектировать столбчатые или свайные фундаменты, заанкеренные в грунте по расчету на силы выпучивания и на разрыв в наиболее опасном сечении, или же предусматривать замену пучинистых грунтов непучинистыми на часть или на всю глубину сезонного промерзания грунта. Возможно также применение подсыпок (подушек) из гравия, песка, горелых пород с терриконов и других дренирующих материалов под всем зданием или сооружением слоем на расчетную глубину промерзания грунта без удаления пучинистых грунтов или только под фундаментами при надлежащем технико-экономическом обосновании расчетом.

2.3. Все основные мероприятия, направленные против деформаций конструктивных элементов зданий и сооружений при промерзании и пучении грунтов, следует предусматривать при проектировании оснований и фундаментов с включением всех затрат в сметную стоимость работ по нулевому циклу.

В тех случаях, когда мероприятия против морозного пучения проектом не предусмотрены, а гидрогеологические условия грунтов строительной площадки в период выполнения работ по нулевому циклу оказались не соответствующими результатам изысканий или же ухудшились по причине неблагоприятных погодных условий, представители авторского надзора должны составить соответствующий акт и возбудить вопрос перед проектной организацией о назначении дополнительно к проекту мероприятий против морозного пучения грунтов (как, например, осушение грунтов в основании, уплотнение с втрамбовкой щебня и др.).