N5, 2002

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ЛЕВОБЕРЕЖНОМ СКЛОНЕ ВОЛГИ

КАЗАНКОВ А.П., САФОНОВА О.М., БАШИЯНЦ С.Г.

В последние годы наиболее интенсивно застраиваются территории, расположенные вдоль левого берега р. Волги в Самарском, Ленинском, Октябрьском и других районах города Самары.Указанные площадки по степени карстовой опасности относятся к IV–V категориям, причем активность развития и распространения карстовых деформаций связана, в основном, с хозяйственной деятельностью.

В геоморфологическом отношении исследуемая территория приурочена к коренному склону и надпойменным террасам р. Волги. Природный рельеф надпойменных террас нарушен, их абсолютные отметки изменяются от 35,0 до 77,0 м. Кровля карбонатных пород залегает на отметках 25,0…27,0 м.

Геологическое строение Волжского склона представлено верхнепермскими отложениями казанского и татарского ярусов. Отложениями казанского яруса являются известняки и доломиты, в верхней части литологических разрезов встречаются прослои мергелей, глин, песков и др. Известняки и доломиты обладают различной степенью трещиноватости, причем на отдельных участках карбонатные породы разрушены до состояния рухляка с количеством мучнистого материала 30–60%, а также доломитовой муки с включением крупного заполнителя до 25% или прослоек трещиноватого щебня.

Отложениями татарского яруса, залегающими на породах казанского, являются красно-бурые глины с прослойками мергелей, песчаников, гипсов и ангидритов.

Пермские отложения, выходящие частично на дневную поверхность, но, в основном, перекрытые чехлом глинисто-суглинистых отложений, представлены также красноцветными глинами с прослойками мергелей, с включениями щебней карбонатных пород, местами загипсованными.

Четвертичные отложения представляют собой супеси твердые пластичные, суглинки твердой, полутвердой, местами тугопластичной и мягкопластичной консистенции различной мощности, характеризующиеся большим диапазоном физико-механических свойств.

На основании анализа данных изыскательских работ по изучению грунтовых условий под строительство различных зданий и сооружений, выполненных в последние 5–7 лет, отмечены существенные различия напластования слоев по геолого-литологическим разрезам в пределах ул. Венцека до поляны им. Фрунзе. Местоположение и наиболее характерные разновидности разрезов схематично представлены на рис. 1 и 2.

Рис.1. Расположение характерных сечений геолого-литологических разрезов

 

Рис. 2. Геолого-литологические разрезы левобережного склона реки Волги 

При этом следует иметь в виду, что один–три из представленных выше, характерных напластований разнородных грунтов (см. рис. 2) могут быть встречены в пределах одной застраиваемой территории. Это затрудняет выбор эффективного типа фундамента проектируемого объекта, который обеспечивал бы не только выполнение нормативных требований при расчете системы «основание – фундамент» по предельным состояниям, но также их безотказную работу в случае изменения геологических условий.

Показатели основных прочностных и деформативных свойств грунтов, слагающих литологические слои, при их естественной влажности приведены в таблице.

Таблица

Описание грунтов

Удельное сцепление С, кПа

Угол внутреннего трения j, град

Модуль деформации Е, МПа

Суглинки от твердых до мягкопластичных различной мощностью

10–12

16–17

9–10

Глины от твердых до полутвердых различной мощностью

16–18

13–16

13

Пески от мелких до средней крупности с прослоями суглинков от нескольких см до 2 м. Мощность песков – 1,1–15,0 м

0–1

24–28

ест. 21–23

водонас. 16

Верхнепермские глины татарского и казанского ярусов.

21–38

8–18

15–20

Доломитовая мука, в районах 5-й – 8-й просек с включениями прослоев гипса от крепкого до трещиноватого

12–15

19–20

16

Гипс волокнистый, кристаллический с тон­кими прослоями доломита. Характеризуется как размягчаемый, среднерастворимый.

Rсж в воздушно-сухом состоянии – 4,8 МПа,

Rсж в водонасыщенном состоянии – 3,7 МПа

В пределах слабодренированной верхней части волжского склона горизонт подземных вод залегает, главным образом, на глубине 1,0…5,0 м, причем среднемноголетний уровень WL зависит от положения водоупора. В районах, где на поверхность выходят сильнотрещиноватые пермские отложения, глубина залегания уровня подземных вод может резко меняться даже в пределах небольших площадок от 1,0…11,0 м. На остальных участках склона расстояние до уровня WL определяется положением водоупора, трещиноватостью и коэффициентом фильтрации водовмещающих пород, а также величиной уклона напластований слоев в сторону Волги и расчлененностью природного рельефа.

Наличие в толще оснований растворимых карбонатных пород при определенных условиях способствует образованию на дневной поверхности карров – открытых местных понижений и карстов – свободных полостей в глубине грунтовой толщи. Интенсивное протекание данных деформаций зависит, главным образом, от степени растворимости породы, ее трещиноватости, растворяющей способности воды, величины напора (градиента) подземных вод. При этом на момент контакта с породой вода не должна быть полностью минерализована, в связи с чем процесс развития карста будет иметь место только в случае отвода минерализованной воды и поступления новой под влиянием действующего градиента.

Скорость естественного химического растворения во времени определяется растворимостью карстующихся пород, которые разделяются большей частью на сульфаты и карбонаты. Сульфаты (природные соли серной кислоты) и карбонаты (природные соли угольной кислоты) образуют более 230 минералов и определенно оказывают влияние на прочностные и деформативные характеристики оснований проектируемых объектов.

Вместе с тем техногенные воздействия на геологическую среду (проникновение кислот, щелочей и других агрессивных реагентов, изменение температурного или гидравлического напора) могут интенсифицировать или замедлить естественный ход карстообразования.

Обычно при проектировании конструкций нулевого цикла большинства многоэтажных зданий и сооружений на левобережном склоне Волги рассматриваются два возможных варианта фундаментов – свайный или мелкого заложения, чаще в виде сплошной монолитной фундаментной плиты и реже – ленточного стенового фундамента. Практика показала, что на территориях, сформированных разнородными по прочностным и деформативным свойствам грунтами, со сложным рельефом местности весьма эффективными в плане надежности и долговечности являются фундаменты на искусственном основании (геомассиве).

Под геомассивом понимается искусственно возведенное (закрепленное) пространство, отличающееся от подстилающей его материковой среды повышенной несущей способностью, малой деформативностью и низкой водопроницаемостью. Создание искусственного массива производится путем частичной или полной замены существующего грунта или улучшения его физико-механических характеристик.

Так, при строительстве ряда 9-этажных жилых зданий, расположенных вдоль берега Волги по спуску ул. Л.Шмидта (рис. 3), после отрывки котлована до проектной отметки под секции №3 и 4 был выявлен овражный участок шириной около 3,0 м. Вследствие этого большая часть фундаментных плит под секциями №3 и 4 жилых зданий опиралась на разносжимаемые грунты, штамповые модули деформаций которых различались более, чем в 3 раза (Е=14…17 и 40…60 МПа).

Наиболее неблагоприятная ситуация сложилась на участке застройки секции №3, часть фундаментной плиты которой находится на трещиноватом доломите, а другая – на полутвердом суглинке (см. рис.3,б).

Наиболее неблагоприятная ситуация сложилась на участке застройки секции №3, часть фундаментной плиты которой находится на трещиноватом доломите, а другая – на полутвердом суглинке (см. рис.3,б).

 

Рис. 3. Схема усиления основания строящегося дома: а) удаление разнородного грунта основания ниже уровня “FL”; . б) послойное возведение песчаной грунтовой подушки; в) установка иньекторов для закачивания раствора; г) устройство монолитной фундаментной плиты.

 Во избежание проявления неравномерности осадок и крена проектируемого сооружения было предложено создать искусственное основания (геомассив) под указанную секцию; работы по его устройству выполнялись в такой последовательности:

При разработке конструкций геомассива следует учитывать конкретное напластование слоев, прочностные, деформативные и водорастворимые свойства грунтов, слагающих основание, а также возможность их закрепления.

Нередко слой грунта, несущую способность и водонепроницаемость которого можно увеличить инъецированием, находится на некоторой глубине от проектного или существующего уровня заложения подошвы фундаментов. В этом случае целесообразно создать промежуточный слой закрепленного грунта (платформу), в который затем можно опереть набивные сваи. Пример такого усиления фундаментов мелкого заложения эксплуатируемых зданий приведен на рис. 4 и 5.

 Состав закрепляющего раствора зависит от вида грунта, его физико-механических характеристик и коэффициента фильтрации.

Рис.4. Усиление основания 9-ти этажного жилого дома по ул. Крайняя 

 

Рис. 5. Усиление оснований и фундаментов под несущие стены школы №18