СП 21.13330.2012 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.01.09-91 (с Изменением N 1)

5.1.1 Расчеты конструкций зданий и сооружений на подрабатываемых территориях следует выполнять с использованием аналитических методов, основанных на статистической обработке наблюдений за сдвижениями земной поверхности в районе разработки подземных выработок, и (или) современных компьютерных программных средств, позволяющих прогнозировать деформации грунтового массива и учитывать взаимодействие сооружения, его фундаментной конструкции и деформирующегося основания.

Исходными данными для расчетов являются:

• геометрические параметры (глубина расположения в массиве, форма и размеры) подземных выработок;

• конструктивные схемы и физико-механические свойства строительных материалов конструкций здания или сооружения, возводимого или существующего на подрабатываемой территории, включая подземную часть и фундаментную конструкцию сооружения;

• метод (технология) ведения подземных горных работ, тип применяемого оборудования и его характеристики;

• данные о рельефе местности и напряженном состоянии массива горных пород до начала подработки, оцениваемом с учетом результатов натурных измерений и расчетов, выполняемых специализированными организациями;

• данные о строении массива горных пород; о физико-механических свойствах пород и грунтов, слагающих массив пород по разрезу до глубин, не менее нижней отметки подземной выработки, влияние которой предполагается учесть в расчетах сооружения;

• данные о временной последовательности возведения здания или сооружения и устройства подземных выработок, вызывающих подработку.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.1.2 Для оценки влияния подработки на усилия в конструкциях зданий и сооружений допускается использовать приближенные способы, в которых влияние подработки задается как внешнее воздействие в виде перемещений грунтового массива в пределах мульды сдвижения, определяемых без учета рассматриваемого здания или сооружения (глобальные перемещения).

Для расчета глобальных перемещений можно применять как программные средства конечно-элементного моделирования изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива, так и эмпирические формулы, полученные на основе обобщения опыта наблюдений. При этом полные перемещения здания или сооружения следует рассматривать как сумму глобальных перемещений и локальных перемещений, рассчитываемых с учетом глобальных перемещений, деформируемости основания и жесткости здания или сооружения.

В обычно принимаемых для моделирования условий работы сооружения и основания схематизациях в рамках плоской задачи (протяженное сооружение, расположенное вдоль или поперек простирания пластового месторождения или поперек оси протяженной подземной выработки) эти воздействия характеризуются следующим набором параметров:

• оседание , мм;

• наклон поверхности основания вдоль оси сооружения , мм/м;

• кривизна (выпуклости, вогнутости) , 1/км, или радиус кривизны , км, в вертикальной плоскости, проходящей через ось сооружения;

• горизонтальное сдвижение , мм, вдоль оси сооружения;

• относительная горизонтальная деформация растяжения или сжатия , мм/м, вдоль оси сооружения.

Схемы и виды деформаций земной поверхности приведены в приложении А на типовых примерах.

При задании значений , во всех точках главной оси мульды, расположенной вдоль оси сооружения, параметры , , определяются через , с использованием известных разностных соотношений:

;

;

.

При невозможности использования схемы плоской задачи в качестве исходных данных следует задавать все компоненты вектора перемещений поверхности основания во всех точках мульды и учитывать пространственную работу конструкций зданий и сооружений. Дополнительными параметрами, обобщенно описывающими пространственный характер деформаций земной поверхности в пределах мульды сдвижения, являются:

• скручивание , 1 /км;

• скашивание , мм/м.

Если по данным прогноза в рассматриваемых горногеологических условиях подработки (например, при разработке свиты крутопадающих пластов) возможны нарушения непрерывности изменения формы поверхности мульды, то должны определяться величины уступов , см, с указанием мест возможной их локализации в пределах мульды.

В случаях, предусмотренных проектом, учитывается скорость нарастания деформаций земной поверхности , мм/(м·мес).

5.1.3 В качестве исходных данных при проектировании зданий и сооружений на подрабатываемых территориях следует принимать максимальные ожидаемые (при имеющихся календарных планах развития работ по подработке) или вероятные (при отсутствии календарных планов работ по подработке) величины сдвижений и деформаций земной поверхности во всех точках мульды сдвижения или в точках, расположенных на ее предполагаемых главных направлениях.

5.1.4 При строительстве подземных линейных сооружений (тоннелей, коллекторов, трубопроводов и т.п.) различного назначения в условиях существующей застройки необходимо вести расчет деформаций, вызванных строительством (см. приложение А).

При расчете допускается учитывать интенсивность воздействия интегральными характеристиками (перебор грунта и др.).

5.1.5 Подрабатываемые территории следует подразделять на группы в зависимости от значений деформаций земной поверхности вдоль главной оси мульды сдвижения в соответствии с таблицей 5.1.

Таблица 5.1

Подрабатываемые территории, на которых при выемке пластов полезного ископаемого образуются уступы земной поверхности, следует подразделять на группы в соответствии с таблицей 5.2.

Таблица 5.2

5.1.6. Расчетные значения деформаций земной поверхности, учитываемые при расчете зданий и сооружений как факторы нагрузки, следует определять умножением ожидаемых (вероятных) значений деформаций земной поверхности на соответствующие коэффициенты перегрузки, принимаемые по таблице 5.3.

Таблица 5.3

5.1.7 При расчете зданий и сооружений на воздействия деформаций земной поверхности необходимо вводить соответствующие коэффициенты условий работы , принимаемые по таблице 5.4.

Таблица 5.4

5.1.8 Если по опыту подработки в горно-геологических условиях, аналогичных тем, в которых необходимо оценить влияние подработки, известными принимаются не графики , , а результирующие величины , , , отнесенные к зданию или его отсеку заданной длины , то определяются значения следующих величин:

• расчетные разности оседаний двух точек основания здания (сооружения), вызванные соответственно расчетной кривизной земной поверхности     

  

  
  и равномерным средним наклоном

  ,

  
  где , - расстояния от рассматриваемых точек до центральной оси здания или его отсека, , - коэффициенты перегрузки и условий работы, определяемые соответственно по таблицам 5.3 и 5.4;

  расчетные перемещения любой точки основания относительно центральной оси здания (сооружения) или его отсека, вызванные горизонтальными деформациями:

  .

5.1.9 Расчетное направление и расчетное местоположение уступа следует принимать такими, при которых возникающие в несущей конструкции здания или сооружения усилия будут наибольшими.

5.2.1 При выборе для застройки территорий с промышленными запасами полезных ископаемых целесообразность намечаемого строительства должна быть подтверждена расчетами сравнительной экономической эффективности возможных вариантов размещения зданий и сооружений с учетом затрат:

1. а) на мероприятия по защите зданий и сооружений от воздействий подработки и на расширение строительной производственной базы;

2. б) на ремонт зданий и сооружений;

3. в) на обеспечение бесперебойной работы оборудования;

4. г) в случае необходимости, связанной с корректировкой плана развития горных работ;

5. д) на разработку системы постоянного мониторинга состояния фундаментов и конструкций объектов, подверженных риску воздействия деформаций основания над подземными выработками.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.2.2 Картографический материал, необходимый для разработки проектов планировки и застройки городов и других населенных пунктов на подрабатываемых территориях, должен содержать:

1. а) выкопировку из топографического плана района застройки;

2. б) выкопировки из гипсометрических планов и геологических разрезов района застройки с указанием вынутых и планируемых к выемке запасов полезных ископаемых;

3. в) геологическую карту района застройки с указанием выходов под наносы пластов полезного ископаемого и тектонических нарушений и примыкающих к ним опасных зон, не подлежащих застройке.

На картографических материалах должны быть указаны:

1. а) участки, защищаемые предохранительными целиками;

2. б) устья старых вертикальных и наклонных выработок;

3. в) зоны образовавшихся и возможных провалов;

4. г) зоны возможных затоплений грунтовыми и паводковыми водами;

5. д) расположение ранее образовавшихся уступов в пределах площадки застройки и примыкающих к ней участков;

6. е) механические защитные и санитарные зоны от проектных границ породных отвалов шахт, не подлежащие застройке;

7. ж) контуры территорий различных групп по величинам деформаций земной поверхности или плана площадки застройки с изолиниями деформаций;

8. з) контуры площадей залегания балансовых и забалансовых запасов полезных ископаемых.

Примечание - Все картографические материалы целесообразно представлять в одном масштабе, но не мельче 1:5000, а для объектов большой протяженности - не мельче 1:10000. В случае отсутствия материалов указанных масштабов допускается применять масштаб 1:25000.

5.2.3 При разработке проектной документации в состав проектов детальной планировки и проектов застройки необходимо включать схемы горно-геологических ограничений, выполненные в масштабе основных чертежей. На схемах должны быть указаны категории территорий по условиям строительства: пригодные, ограниченно пригодные, непригодные, временно непригодные для застройки жилых районов и микрорайонов.

Деление территорий на категории следует осуществлять согласно рекомендуемому приложению Ж.

5.2.4 При планировке и застройке городов и населенных пунктов, включающих подрабатываемые территории с величинами деформаций большими, чем для III и IVк групп, следует предусматривать наиболее эффективное использование территорий, пригодных для застройки.

На площадках с различным сочетанием групп территорий, как правило, следует учитывать размещение функциональных зон и отдельных зданий (сооружений), строительство которых может быть обеспечено с применением строительных мер защиты.

5.2.5 Размещение функциональных зон и элементов жилого района по группам подрабатываемых территорий приведено в таблице 5.5.

Таблица 5.5

Участки, не пригодные для строительства, следует отводить под полосы озеленения, скверы, парки и зоны отдыха.

5.2.6 Типовые проекты зданий одной серии должны разрабатываться с таким расчетом, чтобы в них содержались варианты зданий с разными по количеству и протяженности отсеками, обеспечивающими застройку в различных горно-геологических условиях и на возможно большем диапазоне групп территорий.

5.2.7 При разработке проектов планировки и застройки городов и поселков, оси здания, а также сетку улиц следует ориентировать параллельно главным осям мульды сдвижения, располагая продольные стороны зданий в направлении действия минимальных деформаций земной поверхности. При этом следует учитывать требования СП 42.13330.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.2.8 Продольные оси бескаркасных зданий, проектируемых для строительства на площадках, подрабатываемых при добыче пластовых месторождений полезных ископаемых, следует ориентировать, как правило, по простиранию пластов, при условии, что на земной поверхности не образуются уступы. На площадках, где ожидается образование уступов, здания целесообразно размещать между уступами или же ориентировать их продольные оси вкрест простирания пластов. На участках выходов геологических нарушений продольные оси зданий следует ориентировать в направлении падения сместителей.

5.3.1 Проекты зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, следует разрабатывать на основе горно-геологического и геотехнического обоснования, которое должно содержать:

• геологические и гидрогеологические данные о подрабатываемой толще;

• планы проходки подземных выработок, а при разработке полезных ископаемых - планы горных работ с указанием перспективы разработок полезного ископаемого;

• сведения о системах разработки полезного ископаемого;

• данные об ожидаемых (вероятных) значениях деформаций земной поверхности;

• перечень намечаемых строительных и горных мер защиты;

• разрешение на строительство, полученное в органах государственного горного и промышленного надзора Российской Федерации.

5.3.2 Материалы инженерных изысканий для проектирования зданий и сооружений на подрабатываемых территориях должны дополнительно содержать:

1. а) оценку изменений геоморфологических, гидрогеологических и гидрологических условий участка застройки вследствие оседания земной поверхности (возможность образования провалов, оползней, изменения уровня грунтовых вод с учетом сезонных и многолетних колебаний, возможность подтопления территорий);

2. б) оценку возможных изменений физико-механических свойств грунтов вследствие изменения гидрогеологических условий площадки;

3. в) сведения о местах расположения устьев старых вертикальных и наклонных выработок;

4. г) сведения о старых горных выработках, степени заполнения выработок породами, об их границах (при отсутствии планов горных работ), о покрывающей толще пород (состав пород, положение пустот в толще и их размеры);

5. д) в случаях, предусмотренных 5.5.8, б - данные испытаний грунтов при возрастании давления и разгрузке, характеризующие нелинейность деформирования основания;

6. е) в случаях, предусмотренных 5.5.8, в - данные испытаний грунтов с фиксацией деформаций во времени на каждой ступени нагрузки.

5.3.3 При строительстве в районах, где по данным территориальных геологических организаций отмечены выходы пластов или тектонических дизъюнктивных нарушений горных пород под наносы, или находятся отработанные горные выработки и их выходы на поверхность, необходимо выполнять комплекс изыскательских работ по определению точного расположения пустот в выработанном пространстве, выходов нарушений и, по возможности, углов падения плоскости сместителя и амплитуды смещения горных пород.

5.3.4 Строительство зданий и сооружений на подрабатываемых территориях, где по прогнозу возможно образование провалов, а также на участках, где возможно оползнеобразование, не допускается.

Строительство на участках с выходами рабочих и отработанных пластов и тектонических нарушений (включая выходы под наносы), а также в районах со старыми горными выработками допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании необходимости строительства и при возможности прогнозирования деформаций земной поверхности по действующим нормативным документам.

5.3.5 Проектирование зданий и сооружений для строительства на участках, опасных по выделению метана и других вредных газов на поверхность земли, следует осуществлять с учетом мер защиты от их проникания.

5.3.6 При строительстве на территориях, где возможно техногенное затопление или подтопление, вызываемое разработкой месторождений полезных ископаемых в соответствии с требованиями СП 104.13330, должна быть предусмотрена инженерная защита территорий.

Прогноз затопления или подтопления территорий и проектирование соответствующей защиты необходимо осуществлять на основании заключения специализированной организации.

5.3.7 При строительстве на территориях, где возможно проявление опасных геологических процессов, реализуемое как в результате разработки полезных ископаемых, так и по независящим от разработки месторождений полезных ископаемых причинам, в соответствии с требованиями СП 116.13330 должна быть предусмотрена инженерная защита территорий.

Прогноз вероятности воздействия на территорию опасных геологических процессов и проектирование соответствующей защиты необходимо осуществлять на основании заключения специализированной организации.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

5.4.1 Здания и сооружения в зависимости от их назначения и условий работы следует проектировать по жесткой, податливой или комбинированной конструктивным схемам. Вид конструктивной схемы определяет необходимость, характер и состав вводимых конструктивных мер защиты.

5.4.2 При проектировании по жесткой конструктивной схеме следует предусматривать исключение возможности взаимного перемещения отдельных элементов несущих конструкций при деформациях основания за счет:

• разделения зданий и сооружений деформационными швами на отдельные отсеки;

• усиления отдельных элементов несущих конструкций и связей между ними;

• устройства в стенах железобетонных поэтажных поясов;

• устройства горизонтальных дисков из железобетонных элементов перекрытия и покрытия;

• устройства фундаментов зданий и сооружений в виде сплошных плит, перекрестных балок, балок-стенок и т.п.

При проектировании по податливой конструктивной схеме следует предусматривать возможность приспособления конструкций без появления в них дополнительных усилий к неравномерным деформациям земной поверхности за счет:

• устройства в подземной части горизонтальных швов скольжения;

• введения шарнирных и податливых связей между элементами несущих и ограждающих конструкций;

• снижения жесткости несущих конструкций;

• введения гибких вставок и компенсационных устройств;

• увеличения зазоров между соседними конструкциями.

Указанные меры необходимо применять с таким расчетом, чтобы обеспечивались:

• достаточная площадь опирания элементов конструкций при деформациях основания;

• воздухо- и водонепроницаемость стыков между отдельными взаимоперемещающимися элементами конструкций;

• устойчивость элементов конструкций при деформациях основания.

При проектировании по комбинированной конструктивной схеме следует предусматривать сочетание жесткой и податливой схем с применением различных конструктивных схем подземной и надземной частей зданий и сооружений.

5.4.3 Здания и сооружения сложной формы в плане разделяются деформационными швами на отсеки. Высоту зданий и сооружений в пределах отсека следует принимать одинаковой, а длину отсеков - по расчету в зависимости от расчетных величин деформаций земной поверхности, физико-механических свойств грунтов основания, принятой конструктивной схемы, технологических требований.

Деформационные швы между отсеками должны обеспечивать свободный наклон или поворот отсека при деформациях основания. Размер деформационного шва следует рассчитывать согласно указаниям 5.5.14.

Деформационные швы должны разделять смежные отсеки зданий и сооружений по всей высоте, включая кровлю и фундаменты.

5.4.4 Фундаменты под несущие стены в зоне деформационных швов устраиваются, как правило, сплошными. В целях уменьшения ширины деформационного шва допускается применение прерывистых фундаментов.

Фундаменты под парные колонны у деформационных швов в каркасных зданиях, выполненных по рамно-связевой или связевой схемам, допускается не разделять, если фундаменты под остальные колонны конструктивно не связаны между собой в горизонтальном направлении плитами, связями-распорками и т.д. При наличии связей допускается устройство несимметричных парных фундаментов на общей бетонной (железобетонной) подушке с устройством шва скольжения.

5.4.5 В случаях, когда строительными мерами защиты и инженерной подготовкой основания не исключаются деформации конструкций и крены зданий (сооружений), превышающие допустимые нормы, здания и сооружения следует проектировать с учетом мероприятий, снижающих неравномерную их осадку и устраняющих их крены, в том числе с применением выравнивания.

Варианты защиты зданий и сооружений и мероприятия по их выравниванию следует принимать на основании технико-экономического сравнения.

5.4.6 Шахты лифтов следует проектировать с учетом наклонов, вызываемых деформациями земной поверхности.

В случаях, когда расчетные отклонения стен шахт от вертикальной плоскости превышают допустимые, установленные стандартами, в проекте следует предусматривать возможность регулирования положения лифтовой шахты.

5.4.7 Примыкающие к зданиям инженерные сооружения следует отделять от зданий деформационными швами согласно указаниям, приведенным в 5.5.14.

5.4.8 Фундаменты под технологическое оборудование следует проектировать, предусматривая в зависимости от типа оборудования и технологических требований к его эксплуатации применение специальных мер защиты, отдавая предпочтение выравниванию оборудования домкратами. Фундаменты в этом случае следует проектировать с учетом указаний рекомендуемого приложения Е.

5.5.1 Конструкции зданий и сооружений, проектируемых для строительства на подрабатываемых территориях, следует рассчитывать в соответствии с ГОСТ 27751 по первой и второй группам предельных состояний с учетом деформаций:

1. а) основания - от подработки, проявляющихся в виде его вертикальных и горизонтальных перемещений;

2. б) грунтов - от нагрузок, передаваемых сооружением.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.5.2 Расчет конструкций на особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных нагрузок и воздействий от подработки, следует производить на наиболее неблагоприятные сочетания воздействий (5.5.3-5.5.5).

5.5.3 Возможными сочетаниями воздействий от подработки являются:

1. а) относительная горизонтальная деформация растяжения плюс , кривизна выпуклости плюс , наклон ;

2. б) горизонтальная деформация сжатия минус , кривизна вогнутости минус , наклон ;

3. в) уступ на земной поверхности (высота уступа ) и соответствующие ему горизонтальная деформация и наклон .

При плавных вертикальных деформациях земной поверхности (кривизне) следует учитывать сочетания деформаций, указанных в подпунктах а , б , при ступенчатых деформациях (уступе) - сочетание деформаций подпункта в .

При необходимости учета пространственного характера мульды сдвижения, дополнительно следует учитывать деформации скручивания и скашивания .

5.5.4 Отдельные виды деформаций земной поверхности при расчете конструкций допускается не учитывать, если установлено, что усилия от таких видов деформаций достаточно малы по сравнению с усилиями от других видов нагрузок и воздействий.

5.5.5 Расчетные величины деформирования основания, используемые для определения усилий, деформаций и ширины раскрытия трещин в конструкциях зданий (сооружений), возникающих вследствие неравномерных деформаций оснований, допускается принимать согласно формулам, приведенным в 5.1.8.

5.5.6 При определении усилий в конструкциях от воздействий подработки необходимо:

1. а) при наличии данных, согласно которым отдельные виды деформаций земной поверхности при подработке достигают своих максимальных значений, одновременно вызывая в конструкции усилия одного знака (усилия складываются), два усилия от этих видов деформаций суммировать по формуле (5.1) и три усилия - по формуле (5.2):

   ;                                                         (5.1)

        
   ,                                                   (5.2)

   
   где , , - усилия от различных видов деформаций земной поверхности;

2. б) в качестве расчетного усилия принимать наиболее неблагоприятное для работы конструкций сочетание усилий, возникающих от каждого отдельного вида деформаций, если отдельные виды деформаций земной поверхности при подработке достигают своих максимальных значений в разное время.

5.5.7 Расчетные схемы сооружений, используемые для определения усилий и деформаций в их конструкциях, должны отражать с целесообразной степенью точности действительные условия работы сооружений и особенности их взаимодействия с основанием. В необходимых случаях они должны учитывать: пространственную работу, геометрическую и физическую нелинейность, а также ползучесть материалов конструкций.

Нелинейные факторы работы строительных конструкций необходимо учитывать комплексно: физическую и конструктивную нелинейность, переменный характер нагружения и др. Без достоверной оценки степени влияния отдельных факторов на величину усилий в конструкциях односторонний учет какого-либо одного фактора не допускается.

При невозможности учета указанных выше нелинейных факторов с использованием конечно-элементных расчетов, следует применять инженерные методики, основанные на использовании численных методов расчета конструкций сооружений и оценки напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов. Указанные методики основаны на использовании "контактных" моделей - для описания взаимодействия конструкции и основания и методов строительной механики - для определения усилий в поверхностных конструкциях. При этом предполагаемую к использованию расчетную модель следует предварительно верифицировать на примере реального здания или сооружения на подрабатываемой территории с имеющимися результатами наблюдений за его осадками в результате деформации основания от подработки.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.5.8 Конструкции следует рассчитывать на воздействия от подработки, исходя из условия совместной работы основания и сооружения.

В зависимости от значений контактных напряжений (нормальных и касательных на контакте основания с фундаментом) модель основания следует принимать в виде:

1. а) линейно-упругой системы;

2. б) нелинейно-неупругой системы, отражающей нелинейную связь между деформациями и нагрузками на основание в стабилизированном состоянии грунта, различие в деформационных свойствах основания при нагружении и разгрузке, нарушение контакта между фундаментом и основанием;

3. в) реологической системы, отражающей деформационные свойства основания для различных моментов времени в течение строительного и эксплуатационного периодов (в нестабилизированном состоянии грунта).

Модели основания для расчета следует выбирать с учетом конструктивных особенностей, назначения здания (сооружения) и указаний, приведенных в 5.5.9.

Деформационные свойства основания на контакте с фундаментами допускается определять одновременно с применением двух коэффициентов жесткости основания: при сжатии - , при сдвиге - либо одного из них.

5.5.9 Для выбора модели основания следует произвести расчет с использованием модели основания в виде линейно-упругой системы.

Если полученные в результате этого расчета значения нормальных и касательных напряжений на отдельных участках контакта основания с фундаментом удовлетворяют условиям:

,                    (5.3)

то расчет допускается производить с использованием линейно-упругой системы.

В формуле (5.3):

- начальное нормальное давление на основание от сооружения, действующее до появления воздействий от подработки;

- расчетное сопротивление грунта основания, определяемое согласно требованиям СП 22.13330;

- предельное значение касательного напряжения по подошве фундамента, определяемое согласно требованиям СП 22.13330;

- площадь контакта основания с фундаментом, на которой превышены напряжения и ;

, - площади контакта основания с фундаментом, на которых проявляются соответственно нормальные и касательные напряжения.

Если условия (5.3) не удовлетворяются, то следует произвести расчет с использованием модели основания в виде нелинейно-неупругой системы.

5.5.10 Усилия, возникающие в несущих конструкциях зданий и сооружений от воздействий горизонтальных деформаций основания, следует определять в зависимости от конструктивных особенностей здания (сооружения), глубины заложения его фундамента, площади контакта с грунтом, физико-механических свойств грунтов основания, в том числе и изменения их в процессе подработки, действующих нагрузок с учетом:

1. а) сдвигающих сил по подошве фундаментов или сил трения по шву скольжения (см. 5.5.11 и таблицу 5.6);

2. б) сдвигающих сил по боковым поверхностям фундаментов;

3. в) нормального давления сдвигающегося грунта на лобовые поверхности фундаментов.

5.5.11 Коэффициенты трения по шву скольжения допускается принимать в соответствии с таблицей 5.6.

Таблица 5.6

5.5.12 При проектировании зданий и сооружений с учетом возможности их выравнивания в процессе эксплуатации с помощью домкратов следует выполнять расчет конструкций на воздействие неравномерных деформаций основания и в стадии выравнивания. Расчетом на выравнивание следует проверять несущую способность и устойчивость конструкций фундаментно-подвальной части зданий, воспринимающих сосредоточенную нагрузку от выравнивающих устройств, и глубину заложения фундаментов, включая проверку на устойчивость основания при передаче на него давления от выравнивающих устройств.

5.5.13 При величинах деформаций земной поверхности на подрабатываемых территориях: 1 мм/м, 20 км, 3 мм/м и 1 см меры защиты зданий и сооружений, за исключением железобетонных емкостей для жидкостей и некоторых типов технологического оборудования, как правило, не требуются.

5.5.14 Размеры деформационного шва между отсеками должны удовлетворять условиям:

на уровне подошвы фундамента

;                                                      (5.4)

на уровне карниза

;                                                    (5.5)

- расстояние между центрами смежных отсеков бескаркасных зданий (сооружений) и каркасных зданий с фундаментами, соединенными связями-распорками или иными конструктивными решениями фундаментов в направлении, перпендикулярном деформационному шву, или расстояние между центрами блоков жесткости каркасных зданий с несвязанными фундаментами (рисунок 5.1);

- расстояние от подошвы фундамента до верха стены (в отсеке с меньшей высотой);

- взаимное расчетное угловое перемещение смежных отсеков от деформаций основания, определяемое по формулам:

для площадок с плавными деформациями земной поверхности

,                                                              (5.6)

здесь - радиус кривизны вогнутости земной поверхности;

для площадок, где проявляются сосредоточенные деформации (уступы)

,                                                                 (5.7)

здесь - длина меньшего отсека; значение не должно превышать расстояния между уступами.

5.5.15 Особенности проектирования и расчетов зданий и сооружений с типовыми конструктивными схемами приведены в приложениях В - каркасные здания, Г - бескаркасные здания, Д - инженерные сооружения и трубопроводы.

5.5.16 Предельные значения совместной деформации поверхности подрабатываемой территории и сооружения устанавливаются исходя из необходимости соблюдения:

1. а) технологических или архитектурных требований к деформации сооружения (изменение проектных уровней и положений сооружения в целом, отдельных его элементов и оборудования, включая требования к нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъемных устройств элеваторов и т.п.);

2. б) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения.

6.1.1 Исходными данными по грунтовым условиям, необходимыми при проектировании зданий и сооружений на просадочных грунтах, наряду с инженерно-геологическим строением, гидрогеологическими условиями, основными физико-механическими характеристиками грунтов и другими являются следующие специфические характеристики:

1. а) просадочности грунтов (относительная просадочность , начальное просадочное давление , начальная просадочная влажность ) см. 6.1.2;

2. б) характеристики площадок, сложенных просадочными грунтами, согласно 6.1.3;

3. в) деформационные параметры оснований, представленных просадочными грунтами, согласно 6.1.4, 6.1.5.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.1.2 Специфическими характеристиками просадочных грунтов, определяемыми по ГОСТ 23161 являются:

• относительная просадочность , представляющая собой отношение изменения толщины слоя грунта без возможности его бокового расширения до и после его замачивания под заданным давлением к его первоначальной толщине в природном залегании, которая должна определяться при полном водонасыщении грунтов, в интервале изменения давления от минимального , равного вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от собственного веса с учетом частичной срезки (насыпи) при вертикальной планировке, до максимального , равного сумме вертикальных напряжений на той же глубине от собственного веса грунта с учетом планировочной насыпи и нагрузки от фундаментов, полов, технологического оборудования и т.п. (), т.е. . К просадочным следует относить грунты при 0,01;

• начальное просадочное давление , представляющее собой минимальное давление на грунт (от или ), при котором при полном водонасыщении начинает проявляться его просадка. За величину принимается давление, при котором по результатам компрессионных испытаний 0,01;

• начальная просадочная влажность - эта минимальная влажность, при которой в просадочных грунтах от вертикальных напряжений или начинают проявляться просадочные свойства (0,01). Используется в случаях неполного водонасыщения грунтов при экранировании застраиваемой площадки, капиллярного подъема влаги, медленной инфильтрации поверхностных вод, замачивания (увлажнения) грунтов через маловодопроницаемый экран из уплотненного глинистого грунта.

6.1.3 Специфическими характеристиками площадок, сложенных просадочными грунтами, являются:

• величина просадочной толщи , определяемая от существующей или спланированной (срезкой либо подсыпкой) поверхности до кровли непросадочного слоя грунта, для которого < 0,01;

• величина возможной просадки грунта от его собственного веса в пределах просадочной толщи до или после выполнения вертикальной планировки.

тип грунтовых условий по просадочности, который подразделяется на следующие типы:

6.1.4 Основания, сложенные просадочными грунтами при I типе грунтовых условий, характеризуются следующими деформационными параметрами:

• степенью изменчивости сжимаемости основания ;

• средним значением модуля деформации просадочного грунта или средней осадкой основания, ;

• максимальной осадкой ;

• относительной разностью деформации основания ;

• коэффициентом жесткости основания при сжатии .

Примечания.

6.1.5 При проектировании зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах при II типе грунтовых условий, необходимо учитывать следующие виды деформаций (рисунки 6.1 и 6.2):

• просадку как от собственного веса грунта , так и от внешней нагрузки ;

• горизонтальные перемещения земной поверхности и основания в пределах криволинейных частей просадочной воронки;

• относительные горизонтальные деформации растяжения или сжатия ;

• наклон и кривизну земной поверхности или основания;

• дополнительную осадку в пределах зоны дополнительного сжатия подстилающих просадочную толщу непросадочных грунтов, происходящую за счет изменения напряженного состояния и влажности грунтового массива;

• деформации склонов в результате потери неустойчивости.

6.1.6 Расчетной характеристикой оснований при расчете конструкций зданий и сооружений на просадочных грунтах с II типом грунтовых условий наряду с приведенными в 6.1.4, 6.1.5 также является радиус кривизны , вычисляемый по И.19 приложения И.

6.2.1 Площадки, намеченные под строительство, необходимо располагать на участках:

• с минимальной глубиной просадочных толщ, ;

• с минимальными значениями возможных величин просадок грунтов от их собственного веса ;

• с деградированными просадочными грунтами;

• с подстилающими просадочную толщу малосжимаемыми грунтами, позволяющими эффективно применять наиболее надежные свайные фундаменты или фундаменты глубокого заложения, обеспечивающие полную прорезку просадочной толщи, а также уплотненные, закрепленные, армированные массивы.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.2.2 Проекты планировки и застройки жилых зданий и промышленных предприятий, а также отдельных зданий и сооружений должны предусматривать максимальное сохранение естественных условий стока поверхностных вод. Размещение сооружений, затрудняющих отвод поверхностных вод, не допускается.

На участках с II типом грунтовых условий по просадочности с повышенными величинами просадочной толщи следует, как правило, предусматривать планировку срезкой грунтов, особенно в случаях возможности перевода их в I тип по просадочности или располагать здания и сооружения с глубокими подвалами и подземными этажами.

Планировку застраиваемых площадок и отдельных участков подсыпкой грунтов с выполнением планировочной насыпи следует выполнять только на пониженных участках и местах рельефа, при наличии оврагов, ложбин и т.п. и, как правило, в случаях, когда исключается перевод грунтовых условий из I во II тип по просадочности, а при II типе грунтовых условий не происходит существенного ухудшения условий строительства.

6.2.3 При рельефе местности в виде крутых склонов планировку застраиваемой территории следует осуществлять террасами. Отвод воды с террас необходимо производить как по кюветам, устроенным в основаниях откосов, так и по быстротокам.

6.2.4 Здания и сооружения с мокрыми технологическими процессами следует располагать в пониженных частях застраиваемой территории, на участках с пониженными величинами просадочной толщи и просадки , а также на участках с дренирующим слоем, подстилающим просадочную толщу. Указанные сооружения, как правило, должны находиться на расстоянии от других сооружений, равном: не менее 1,5 толщины просадочного слоя в грунтовых условиях I типа по просадочности, а также II типа по просадочности при наличии водопроницаемых подстилающих грунтов; не менее 3-кратной толщины просадочного слоя в грунтовых условиях II типа по просадочности при наличии маловодопроницаемых подстилающих грунтов.

6.2.5 Расстояния от возможных постоянных источников замачивания грунтов до сооружений при II типе грунтовых условий допускается не ограничивать при условии полного устранения просадочных свойств грунтов, в пределах площади расположения зданий и сооружений, включая полосу шириной не менее 0,2 вокруг них, а также при условии полной прорезки всей толщи просадочных грунтов сваями, уплотненными, закрепленными массивами или фундаментами глубокого заложения.

6.3.1 Проектирование зданий и сооружений для строительства на просадочных грунтах при возможности их замачивания необходимо осуществлять с применением одного из следующих мероприятий:

1. а) устранения просадочных свойств грунтов:

   • на площадках с I типом грунтовых условий по просадочности - путем уплотнения тяжелыми трамбовками, устройства грунтовых подушек, вытрамбовывания котлованов, закрепления грунтов;

   • на площадках с II типом грунтовых условий по просадочности - путем глубинного уплотнения грунтовыми сваями, предварительным замачиванием, в том числе с глубинными взрывами, закреплением, армированием грунтовых толщ набивными, забивными сваями, столбами из закрепленного грунта.

2. б) прорезки просадочной толщи грунтов забивными, набивными, буровыми сваями и фундаментами глубокого заложения с опиранием их на подстилающие непросадочные грунты повышенной несущей способности, залегающие ниже глубины и (см. рисунок 6.1);

3. в) комплекса мероприятий, включающего:

   • устранение просадочных свойств грунтов в пределах зоны (см. рисунок 6.1) по аналогии с приведенным выше для площадок с I типом по просадочности;

   • водозащитные мероприятия, выполняемые с целью снижения вероятности замачивания грунтов основания, исключения интенсивного замачивания на всю просадочную толщу и полного проявления просадки грунта от собственного веса, контроля за состоянием водонесущих коммуникаций, обеспечения своевременного устранения источников замачивания и т.п.;

   • конструктивные мероприятия, рассматриваемые в разделе 6.4, направленные на повышение прочности жестких зданий и сооружений или увеличение податливости зданий и сооружений гибкой конструкции, обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений в случаях возникновения неравномерных деформаций грунтов оснований.

6.3.2 В состав водозащитных мероприятий входят: соответствующая компоновка генплана; планировка застраиваемой территории; устройство в процессе устранения просадочных свойств грунтов в зоне маловодопроницаемого экрана под зданиями и сооружениями; качественная засыпка пазух котлованов и траншей; выполнение вокруг зданий и сооружений уширенных отмосток; прокладка внутренних и внешних водоводов с исключением возможности утечек из них воды, обеспечением свободного их осмотра и ремонта; отвод аварийных вод за пределы зданий, сооружений и инженерных коммуникаций и др.

6.3.3 При проектировании зданий и сооружений I и II уровней ответственности, предназначенных для строительства на площадках с грунтовыми условиями I типа по просадочности, следует, как правило, предусматривать полное устранение просадочных свойств грунтов в пределах верхней зоны просадки (6.3.1, а ) или полную прорезку просадочной толщи методами, указанными в 6.2.1. В этих случаях проектирование конструкций следует осуществлять, как на обычных непросадочных грунтах без дополнительных конструктивных и водозащитных мероприятий.

6.3.4 При проектировании зданий и сооружений, предназначенных для строительства на площадках с грунтовыми условиями II типа по просадочности, в целях уменьшения деформаций оснований следует применять, как правило, полное устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи, мероприятия по переводу грунтовых условий из II в I тип по просадочности, либо прорезку просадочной толщи с применением методов, указанных в 6.2.1, 6.3.1, б .

Размеры и несущую способность уплотненных, закрепленных и армированных массивов грунта, а также свай или фундаментов глубокого заложения при полной прорезке просадочных толщ следует назначать с учетом дополнительных нагрузок от сил отрицательного трения, возникающих при просадке окружающих их грунтов от собственного веса.

При невозможности или нецелесообразности (по технико-экономическим показателям) выполнения мероприятий по переводу грунтовых условий из II в I тип по просадочности (см. примечание), полного устранения просадочных свойств грунтов II типа по просадочности (6.3.1, а ), полной прорезки просадочных грунтов II типа (см. 6.2.1, 6.3.1, б ) необходимо применять комплекс мероприятий по 6.3.1, в ; объем и состав строительных мер защиты при этом определяются на основе расчета по предельным состояниям конструкций зданий и сооружений с учетом воздействия неравномерных деформаций основания от просадки грунтов (6.4.1-6.4.23).

Примечание - Перевод грунтовых условий из II в I тип по просадочности осуществляется путем уплотнения грунтов предварительным замачиванием, в том числе с глубинными взрывами, а также частичной срезкой толщи просадочных грунтов, устройством подземных этажей, выполняемых по приложению К.

6.4.1 При проектировании зданий и сооружений на просадочных грунтах:

1. а) с полным устранением их просадочных свойств (6.3.1, а ), а также при их полной прорезке с применением методов, указанных в 6.2.1 могут применяться практически любые конструктивные схемы и архитектурно-планировочные решения, используемые при строительстве на непросадочных грунтах и в обычных (не особых) условиях;

2. б) при II типе грунтовых условий на основе применения комплекса мероприятий (см. 6.3.1, в ) наиболее целесообразно применять конструкцию зданий и сооружений, запроектированных:

   • по жесткой или комбинированной конструктивной схемам, т.е. с несущими стенами и в том числе с внутренним каркасом или каркасные из монолитного железобетона, либо каркасные с фундаментно-подземной частью, запроектированной по жесткой конструктивной схеме, например в виде железобетонной фундаментной плиты, перекрестных ленточных фундаментов с монолитными железобетонными стенами и перекрытием над подвальной (подземной) частью;

3. в) по податливой конструктивной схеме на основе применения комплекса мероприятий (см. 6.3.1, в ) при II типе грунтовых условий допускается только при соответствующем обосновании и, как правило, в случаях, если здания и сооружения относятся к III (пониженному) уровню ответственности или к II уровню ответственности и при возможной просадке грунтов от собственного веса <10 см, а также дополнительных осадках подстилающих грунтов 10 см.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.4.2 При проектировании зданий и сооружений согласно 6.4.1, б по жесткой конструктивной схеме в случае возможных деформаций оснований следует предусматривать исключение возможности взаимного смещения отдельных элементов несущих конструкций, возникновения трещин в них, а также в ограждающих и других конструкциях за счет:

• разделения зданий и сооружений деформационными швами на отдельные отсеки;

• усиления отдельных элементов несущих конструкций и связей между ними;

• устройства в стенах железобетонных поэтажных поясов;

• устройства горизонтальных дисков жесткости из железобетонных элементов в уровне перекрытий и покрытий;

• устройства фундаментов зданий и сооружений в виде сплошных плит, перекрестных лент-балок, балок-стен и т.п.

Примечание - Приведенные выше мероприятия частично могут применяться при проектировании зданий и сооружений по 6.4.1, а на просадочных грунтах с II типом грунтовых условий - при 10 см в случаях полного устранения просадочных свойств грунтов и 5 см при полной их прорезке согласно 6.2.1.

6.4.3 При проектировании зданий и сооружений в соответствии с 6.4.1, в по податливой конструктивной схеме следует предусматривать возможность приспособления конструкций без появления в них дополнительных усилий к неравномерным деформациями земной поверхности за счет:

• введения шарнирных и податливых связей между элементами несущих и ограждающих конструкций;

• снижения жесткости несущих конструкций;

• введения гибких вставок и компенсационных устройств;

• увеличения зазоров между соединяемыми конструкциями.

Указанные меры необходимо применять с таким расчетом, чтобы обеспечивались:

• достаточная площадь опирания элементов конструкций при деформациях основания;

• воздухо- и водонепроницаемость стыков между отдельными взаимоперемещающимися элементами конструкций;

• устойчивость элементов конструкций при деформациях основания.

6.4.4 При проектировании по комбинированной конструктивной схеме при необходимости следует предусматривать сочетание мероприятий по жесткой (см. 6.4.2) и податливой (см. 6.4.3) схемам с применением различных конструктивных схем подземной и надземной частей, включающим:

• для зданий и сооружений, запроектированных по податливой конструктивной схеме, как правило, устройство фундаментов по жесткой конструктивной схеме;

• для многоэтажных зданий и сооружений, запроектированных по жесткой конструктивной схеме иногда с устройством фундаментов подземной части по податливой конструктивной схеме.

Части зданий и сооружений, запроектированных по жесткой конструктивной схеме, должны быть рассчитаны на возможные неравномерные просадочные деформации.

6.4.5 Здания и сооружения сложной формы в плане, проектируемые по 6.4.1, б и 6.4.1, в , необходимо разделять деформационными швами на отсеки прямоугольной или близкой к ней, простой формы. Высоту зданий и сооружений в пределах отсека следует принимать одинаковой, а длину отсеков - по расчету в зависимости от расчетных величин просадочных деформаций, физико-механических свойств грунтов основания, принятой конструктивной схемы, технологических требований по эксплуатации зданий и сооружений.

Деформационные швы между отсеками должны разделять смежные отсеки зданий и сооружений по всей высоте, включая кровлю и фундаменты, обеспечивая свободный наклон или поворот отсека при деформациях основания. Ширину деформационного шва следует рассчитывать согласно указаниям 6.4.6 в зависимости от высоты и длины отсека и особенностей грунтовых условий.

Примечание - На просадочных грунтах с I типом грунтовых условий фундаменты под несущие стены и колонны у деформационных швов при разностях нагрузок на них не более чем в 1,2 раза допускается выполнять сплошными без их разрезки.

6.4.6 Ширину деформационного шва между отсеками зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой при проектировании на основе комплекса мероприятий следует определять по формулам:

на уровне подошвы фундамента при

,                                            (6.1)

на уровне подошвы фундамента при

,                                                         (6.2)

на уровне карниза

,                                               (6.3)

где - значение относительной горизонтальной деформации, определяемое по формуле (И.21) приложения И;

- длина отсека здания;

- расчетная длина криволинейного участка просадки грунта от собственного веса, определяемая по формуле (И.14) приложения И;

- высота здания от подошвы фундамента до верха стены;

- величина просадки грунта от его собственного веса;

- коэффициент условий работы, учитывающий совместную работу здания с основанием, принимаемый равным при и 1 при .

Ширина деформационного шва между отсеками должна быть не менее:

• при 10 м 10 см;

• при 30 м 30 см;

• при 3010 определяется интерполяцией.

6.4.7 Шахты лифтов следует проектировать с учетом возможных наклонов и горизонтальных перемещений, вызываемых просадками грунтов от их собственного веса, возникающих на площадках с II типом грунтовых условий.

В случаях, когда расчетные отклонения стен шахт от вертикальной плоскости превышают допустимые, установленные государственными стандартами для лифтов, проектами следует предусматривать возможность регулирования горизонтального положения лифта в шахте, в связи с чем размеры ее в плане должны быть увеличены на 0,5 ширины деформационного шва, вычисляемой по формуле (6.3).

6.4.8 Примыкающие к зданиям инженерные сооружения следует отделять от зданий деформационными швами, ширина которых определяется согласно указаниям, приведенным в 6.4.5 и 6.4.6.

6.4.9 Для прокладки вводов и выводов инженерных коммуникаций в фундаментах, стенах подвалов или подземных частей зданий и сооружений, проектируемых на просадочных грунтах с II типом по просадочности на основе применения комплекса мероприятий, следует предусматривать отверстия или проемы высотой, при которой расстояние от их верха до верха трубы составляет не менее 0,25 - расчетной величины просадки от собственного веса и не менее - предельного значения средней осадки проектируемого здания или сооружения, а от низа трубы до подошвы фундамента не менее - 0,2 м.

6.4.10 При проектировании на просадочных грунтах с II типом грунтовых условий на основе применения комплекса мероприятий одноэтажных каркасных зданий и сооружений, оборудованных мостовыми, козловыми и другими кранами, следует предусматривать рихтовку подкрановых путей, подъем металлических колонн на величину 0,5 или 0,5 в вертикальном направлении, и 0,25 - возможного горизонтального перемещения головки кранового рельса, вычисляемого по формуле (6.4.3) с учетом указаний приложения К.

6.4.11 Фундаменты под технологическое оборудование на просадочных грунтах с II типом по просадочности следует проектировать с учетом необходимости и возможности коррекции его положения в вертикальном и горизонтальном направлениях на величины, установленные требованиями по его эксплуатации, а также возможных деформаций грунтов оснований с учетом принимаемых по 6.3.1 мероприятий.

6.4.12 В проектах зданий и сооружений, возводимых в грунтовых условиях II типа по просадочности должны содержаться указания по выполнению геотехнического мониторинга.

Основные требования к расчету

6.4.13 Конструкции зданий и сооружений, проектируемых на просадочных грунтах, следует рассчитывать в соответствии с ГОСТ 27751 по двум группам предельных состояний: первой - по несущей способности; второй - по деформациям.

При этом должны учитываться предельные состояния, вызванные нагрузками на конструкции от здания и сооружения, а также вследствие изменения физико-механических характеристик и развития неравномерных деформаций просадочных грунтов в основании в виде их просадок и горизонтальных перемещений.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.4.14 Расчет конструкций на особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных нагрузок и воздействий от просадки грунтов, следует производить на наиболее неблагоприятные сочетания, воздействий (6.4.15-6.4.17), возникающих при аварийном замачивании сверху из линейных, ограниченных в плане источников замачивания или площадных, а также при подъеме уровня подземных вод. В случае применения методов и фундаментов, обеспечивающих полную прорезку просадочной толщи: свайных фундаментов, уплотненных, закрепленных, армированных массивов, или фундаментов глубокого заложения следует учитывать дополнительные нагрузки на них от сил отрицательного трения.

Совместные деформации основания и сооружения на просадочных грунтах не должны превышать предельных значений, которые устанавливаются исходя из необходимости соблюдения:

• технологических или архитектурных требований к деформации сооружения (включая требования к соблюдению проектных уровней и положения сооружения в целом, нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъемных устройств элеваторов и т.п.) - ;

• требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружений, - .

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.4.15 Напряженно-деформированное состояние конструкций зданий и сооружений, проектируемых для строительства на просадочных грунтах, должно определяться на основе их совместных расчетов с основанием.

При выборе расчетных схем деформирования основания и выполнении расчетов допускается применять один из следующих методов:

1. а) с использованием математического моделирования с помощью компьютерных лицензированных программ, позволяющих моделировать просадочные деформации грунтового массива и учитывать взаимодействие фундаментной конструкции с деформирующимся основанием, в том числе свайным;

2. б) с использованием замкнутых решений и эмпирических формул, основанных на результатах экспериментальных исследований, прошедших проверку в практике проектирования и рекомендованных нормативными документами.

6.4.16 При математическом моделировании следует использовать корректные расчетные схемы и модели определения напряжений и деформаций (МКЭ, МКР, МГЭ), опытные и расчетные данные о распространении воды в просадочных грунтах из линейных, площадных и других источников замачивания, данные о физико-механических характеристиках грунтов и их изменения в результате наложения полей влажности и напряжений. Моделировать просадочные деформации от собственного веса грунта следует в увлажненном массиве грунта, в пределах которого вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давление и относительная просадочность превышает 0,01. Размеры и конфигурацию увлажненного массива грунта, в пределах которого моделируются просадки при замачивании грунтов из линейных и площадных источников замачивания допускается определять по рисунку 6.2 с учетом данных приложения И (И.5).

При этом просадки следует учитывать при замачивании грунтов из линейных и площадных источников замачивания, шириной не менее, соответственно, 1 и 2 м.

Численное моделирование просадок в увлажненном массиве грунта при действующих в нем напряжениях от собственного веса грунтов, нагрузки фундаментов, веса планировочных насыпей и других нагрузок в первом приближении допускается двумя возможными путями:

• сопоставительным расчетом напряженно-деформированного состояния массива просадочного грунта с его модулем деформации при природной влажности и в водонасыщенном состоянии (по аналогии с определением просадочности при испытании по методу двух кривых);

• заданием в расчетной схеме массива водонасыщенного просадочного грунта объемных деформаций, соответствующих объемным деформациям ожидаемой просадки.

6.4.17 При использовании для определения напряженно-деформируемого состояния оснований, а также конструкций зданий и сооружений, замкнутых решений и эмпирических формул для расчетов оснований по первой и второй группам предельных состояний допускается применять условные расчетные схемы замачивания грунтов и развития просадочных деформаций (рисунок 6.2), основанные на результатах полевых крупномасштабных исследований и регламентированных действующими нормативными документами.

6.4.18 При выборе схем деформаций основания в результате локального замачивания просадочных грунтов необходимо рассматривать, как правило, два основных случая расположения источника замачивания: первый - под серединой здания или сооружения; второй - под торцом здания и сооружения (рисунки 6.3, 6.4).

6.4.19 В грунтовых условиях I типа по просадочности расчетную схему вертикальных перемещений основания с не устраненной или частично устраненной просадочностью грунтов в верхней деформируемой зоне (см. рисунок 6.1) следует принимать с учетом просадки грунтов при совместном воздействии внешней нагрузки, передаваемой фундаментами здания или сооружения, и собственного веса грунтов, а также изменения их физико-механических характеристик ниже зоны и принимать в виде основания переменной жесткости (с участками неравномерной просадки в зонах замачивания грунтов). Длину участков (см. рисунок 6.3) основания переменной жесткости следует определять в зависимости от глубины заложения фундаментов, глубины расположения источника замачивания, зоны просадки грунта , величины угла растекания воды в стороны и других факторов по приложению И.

Схему изменения жесткости основания при местном его замачивании допускается принимать по линейному закону от минимального до максимального значений коэффициентов жесткости (см. рисунок 6.3). Значения коэффициентов и определяются согласно приложению И.

6.4.20 Здания и сооружения, проектируемые для строительства в грунтовых условиях II типа по просадочности, следует рассчитывать при наиболее неблагоприятном расположении просадочной воронки по отношению к зданию или сооружению (см. рисунки 6.2, 6.3):

1. а) под серединой здания или сооружения при с кривизной вогнутости и относительными горизонтальными деформациями сжатия минус в средней части воронки и кривизной выпуклости и относительными горизонтальными деформациями растяжения плюс на краях воронки;

2. б) под зданием и сооружением при с кривизной вогнутости и относительными горизонтальными деформациями сжатия минус ;

3. в) под торцом здания или сооружения с кривизной выпуклости и относительными горизонтальными деформациями растяжения плюс .

Примечание - При просадке грунта от собственного веса при 20 см горизонтальные деформации земной поверхности в расчетах конструкций зданий и сооружений, относящихся к III уровню ответственности, допускается не учитывать.

6.4.21 Отдельные виды деформаций земной поверхности (горизонтальные перемещения, наклоны и др.) при расчете конструкций допускается не учитывать, если установлено, что усилия от таких деформаций достаточно малы по сравнению с усилиями от других (основных) видов нагрузок и воздействий.

6.4.22 Расчетные схемы деформаций зданий и сооружений, используемые для определения усилий и деформаций в их конструкциях, должны отражать с требуемой степенью точности действительные условия работы зданий и сооружений и особенности их взаимодействия с основанием. В необходимых случаях они должны учитывать: пространственную работу, геометрическую и физическую нелинейность, а также ползучесть материалов конструкций.

Нелинейные факторы работы строительных конструкций необходимо учитывать комплексно: физическую и конструктивную нелинейность; переменный характер нагружения и др. Без достоверной оценки степени влияния отдельных факторов на величину усилий в конструкциях односторонний учет какого-либо одного фактора не допускается.

6.4.23 Конструкции следует рассчитывать на воздействия от просадки грунтов и изменения их физико-механических характеристик, исходя из условия совместной работы основания здания либо сооружения.

В зависимости от значений нормальных и касательных напряжений, действующих на контакте основания с фундаментом, модель основания допускается принимать в виде:

1. а) линейно-упругой системы;

2. б) нелинейно-неупругой системы, отражающей нелинейную связь между деформациями и нагрузками на основание в стабилизированном состоянии грунта, различие в деформационных свойствах основания при нагружении и разгрузке, нарушении контакта между фундаментом и основанием;

3. в) реологической системы, отражающей деформационные свойства основания для различных моментов времени в течение строительного и эксплуатационного периодов (в нестабилизированном состоянии грунта).

Деформационные свойства основания на контакте с фундаментами допускается определять с применением одного коэффициента жесткости основания при сжатии - , а при одновременном учете вертикальных и горизонтальных деформаций дополнительно с применением коэффициента жесткости основания при сдвиге - , определяемых согласно приложению И.

6.4.24 При определении усилий в конструкциях зданий и сооружений от воздействия просадок грунтов от собственного веса величиной 0,3 м необходимо:

1. а) выполнять расчет на совместное воздействие вертикальных (просадок , относительных разностей их и др.) и горизонтальных перемещений, принимая при этом в качестве расчетных суммарные усилия, возникающие одновременно в конструкциях от этих перемещений;

2. б) при наличии данных, согласно которым отдельные виды деформаций поверхности основания достигают своих максимальных значений, одновременно вызывая в конструкциях усилия одного знака (усилия складываются) два усилия от этих видов деформаций суммировать по формуле (6.4) и три усилия по формуле (6.5):

   ;                                                       (6.4)

        
   ,                                                   (6.5)

   
   где , , - усилия от различных видов деформаций поверхности основания (например, вертикальных и горизонтальных перемещений при просадке, а также от сейсмики, оползней и т.п.).

6.4.25 Расчетные схемы зданий и сооружений, используемые для определения усилий и деформаций в их конструкциях должны отражать с целесообразной степенью точности действительные условия работы зданий и сооружений и особенности их взаимодействия с основанием. В необходимых случаях они должны учитывать: пространственную работу, геометрическую и физическую нелинейность, а также ползучесть материалов конструкций.

Нелинейные факторы работы строительных конструкций необходимо учитывать комплексно: физическую и конструктивную нелинейность, переменный характер нагружения и др. Без достоверной оценки степени влияния отдельных факторов на величину усилий в конструкциях односторонний учет какого-либо одного фактора не допускается.

При невозможности учета указанных выше нелинейных факторов, следует применять инженерные методики, основанные на использовании численных методов расчета конструкций зданий и сооружений, и оценки напряженно-деформируемого состояния грунтовых оснований. Указанные методики основаны на использовании "контактных моделей" - для описания взаимодействия конструкций и основания, и методов строительной механики - для определения усилий в конструкциях.

6.4.26 Для выбора модели основания следует произвести расчет с использованием модели основания в виде линейно-упругой системы.

Если полученные в результате этого расчета значения нормальных и касательных напряжений на отдельных участках контакта основания с фундаментом удовлетворяют условиям

;                                                     (6.6)

на участке ;

или на участке ,

то расчет допускается производить с использованием линейно-упругой системы.

В формуле (6.6)

- начальное нормальное давление на основание от сооружения, действующие до появления просадки;

- расчетное сопротивление грунта основания , определенное согласно требованиям СП 22.13330;

- предельное значение касательного напряжения, кПа, по подошве фундамента, определяемое согласно требованиям СП 22.13330;

- площадь, м, контакта основания с фундаментом на которой превышены напряжения и ;

и - площади, м, контакта основания с фундаментом, на которых проявляются соответственно нормальные и касательные напряжения.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.4.27 Усилия, возникающие в несущих конструкциях зданий и сооружений от воздействия горизонтальных деформаций грунтов оснований при просадках их от собственного веса, следует определять в зависимости от конструктивных особенностей подземной части здания или сооружения, глубины заложения их фундаментов, площади контакта с грунтом, физико-механических свойств грунтов основания, в том числе и изменения их в процессе строительства и эксплуатации, действующих нагрузок на фундаменты с учетом:

1. а) сдвигающих сил по подошве фундаментов;

2. б) сдвигающих сил по боковым поверхностям фундаментов;

3. в) нормального давления сдвигающегося грунта на лобовые поверхности фундаментов.

6.4.28 При проектировании зданий и сооружений в необходимых случаях следует учитывать наряду с рихтовкой подкрановых путей, лифтовых шахт и других конструкций, возможность выравнивания отдельных конструкций, отсеков, отрезанных осадочными швами, и в целом зданий и сооружений в процессе их эксплуатации путем подъема их домкратами или наоборот опускания путем частичного выбуривания грунта под фундаментом, либо регулируемым замачиванием просадочных грунтов под всем зданием или сооружением. В связи с этим следует выполнять соответствующие дополнительные расчеты конструкций на неравномерные деформации основания и в стадии выравнивания.

Расчетом на выравнивание следует также проверять несущую способность и устойчивость фундаментно-подвальной части зданий, воспринимающих сосредоточенную нагрузку от выравнивающих устройств (домкратов, включая проверку на устойчивость основания при передаче на него давления от выравнивающих устройств).

Примечание - Расчеты на воздействия просадок грунтов конструкций зданий и сооружений III уровня ответственности, а также объектов массового строительства, по которым имеется достаточный положительный опыт строительства и эксплуатации в местных грунтовых условиях допускается не производить.

а - комбинированной конструктивной системы; б - связевой системы

Рисунок В.1 - Схемы рам каркасов многоэтажных зданий

При выборе конструктивных систем многоэтажных каркасных зданий следует отдавать предпочтение каркасам с укрупненными сетками колонн.

1 - колонна; 2 - шарнирно-опертый ригель; 3 - закладная деталь ригеля; 4 - нижняя и верхняя связевые пластины; 5 - закладная деталь колонны

Рисунок В.2 - Конструкция узла сопряжения ригелей с колонной

а-е - типы соединений элементов каркаса

Рисунок В.3 - Схемы поперечных рам одноэтажных каркасных зданий

а-в - типы соединений элементов каркаса

Рисунок В.4 - Схемы продольных рам одноэтажных каркасных зданий (с применением и без применения кранов)

Таблица B.1

Таблица В.2

1 Выравнивание зданий и сооружений, как мера защиты от воздействия неравномерных деформаций основания не исключает применения других мер защиты (конструктивных, подготовки основания и пр.).

2 Принципиальные конструктивные решения проектов зданий и сооружений, разрабатываемые с учетом их выравнивания, следует согласовывать с организацией, специализирующейся в этой области, и заказчиком.

И.1 Просадка грунтов основания при интенсивном замачивании сверху на больших площадях, а также при подъеме уровня подземных вод определяется по формуле

,                                                       (И.1)

где - относительная просадочность -го слоя грунта, определяемая при его полном водонасыщении по ГОСТ 23161;

- толщина -го слоя грунта, см;

- коэффициент, определяемый в соответствии с указаниями И.2;

- число слоев, на которые разбиты зоны просадки грунтов и , (см. рисунок 5.1).

При расчете просадок грунтов по формуле (И.1):

• учитываются только слои грунта, имеющие относительную просадочность 0,01, а слои грунта имеющие 0,01 исключаются из рассмотрения;

• просадочную толщу и зоны просадки и следует разбивать на отдельные слои в соответствии с литологическим разрезом толщиной не более 2 м, в пределах которых изменение суммарных вертикальных напряжений не должны превышать 200 кПа.

И.2 Коэффициент , входящий в формулу (И.1), при ширине фундамента 12 м принимается равным единице для всех слоев грунта в пределах зоны просадки; при 3 м вычисляется по формуле:

,                                               (И.2)

где - среднее давление по подошве фундамента, кПа;

- начальное просадочное давление -го слоя, кПа, принимаемое равным давлению , при котором относительная просадочность 0,01;

- давление, равное 100 кПа.

При 3 м12 м определяется интерполяцией.

При определении просадки грунта от собственного веса следует принимать 1.

И.3 При устранении просадочных свойств грунтов в пределах только верхней части деформируемого слоя путем уплотнения тяжелыми трамбовками или устройства грунтовой подушки из суглинков или глины с созданием маловодопроницаемого экрана относительную просадочность ниже залегающего просадочного грунта принимают при неполном водонасыщении () и определяют по формуле

,                                  (И.3)

где - влажность грунта в природном залегании (эта и последующие влажности в долях единицы);

- влажность, соответствующая полному водонасыщению грунта;

- начальная просадочная влажность;

- относительная просадочность при полном водонасыщении грунта.

И.4 Толщина деформационной зоны просадки принимается равной (см. рисунок 6.1) толщине слоя грунта от подошвы фундамента до глубины, на которой суммарные вертикальные напряжения, или глубине, где значения .

И.5 Длина участка , м, (см. рисунок 6.3), на котором просадка грунта в пределах верхней деформируемой зоны от нагрузки фундамента изменяется от нуля до ее полной величины, принимается равной:

,                                                    (И.4)

где - толщина зоны, м, водонасыщенного грунта от дна источника замачивания до нижней границы зоны ;

- коэффициент, учитывающий увеличение (или уменьшение) угла распространения воды в стороны от границы источника замачивания, вследствие слоистости грунтов основания и принимаемый равным для:

• однородных толщ грунтов 1;

  неоднородных в случаях залегания:

  • сверху грунтов с меньшим коэффициентом фильтрации, в том числе при устройстве маловодопроницаемого экрана 0,7, а с большим 1,4;

  • при многослойных (более трех слоев) 1,72.

- угол распространения воды в стороны от источника замачивания, принимаемый равным для: лессовидных супесей и лессов 35°; лессовидных суглинков 50°; а в случаях уплотнения их тяжелыми трамбовками или укаткой в грунтовых подушках с повышающим коэффициентом соответственно 1,5 и 1,3.

И.6 Коэффициенты жесткости основания, принимаемого в виде линейно-деформируемого полупространства, определяются по нижеприведенным формулам в случаях выполнения фундаментов на:

1. а) грунтах естественного сложения при:

   природной влажности:

   ,                                                           (И.5)

   полном водонасыщении под источником замачивания в пределах деформируемой зоны :

   ,                                                        (И.6)

2. б) уплотненных просадочных грунтах в пределах всей деформируемой зоны при их:

   природной влажности:

   ,                                                             (И.7)

   полном водонасыщении уплотненных и подстилающих их грунтов:

   ,                                                           (И.8)

3. в) уплотненных просадочных грунтах в пределах только верхней части деформируемой зоны на глубину при:

   природной влажности:

   ,                                                          (И.9)

   полном водонасыщении уплотненных, просадочных и подстилающих их грунтов:

   ,                                                  (И.10)

4. г) на участках по пункту а-в длиной при изменении осадок и просадок при увлажнении грунтов основания по линейному закону,

   ,                                               (И.11)

   
   где и - коэффициенты жесткости оснований на грунтах естественного сложения, соответственно, при природной влажности и полном водонасыщении, кПа/м;

5. и - то же, на уплотненных просадочных грунтах в пределах всей деформируемой зоны , соответственно, при природной влажности и полном водонасыщении;

6. и - то же, на уплотненных просадочных грунтах только в верхней части деформируемой зоны , соответственно, при природной влажности и полном водонасыщении;

   - среднее давление по подошве фундамента, кПа;

   - осадка фундамента, м, на просадочном грунте естественного сложения при природной влажности, вычисляемая по СП 22.13330;

   - просадка фундамента, м, на грунте естественного сложения, вычисляемая по формуле (И.1);

7. и - осадка фундамента, м, на уплотненном грунте на глубину соответственно при его природной влажности и полном водонасыщении;

8. и - осадка фундамента, м, на уплотненном грунте в пределах верхней части деформационной зоны соответственно при его природной влажности и полном водонасыщении;

   - просадка фундамента, м, ниже уплотненного грунта в верхней части деформируемой зоны;

9. и - соответственно осадка и просадка фундамента, м, на участке в точке, расположенной на расстоянии от края источника замачивания.

Примечание - При применении свайных фундаментов с полной прорезкой просадочных грунтов I типа по просадочности расчеты конструкций зданий и сооружений III уровня ответственности на возможные просадки грунтов допускается не выполнять.

И.7 Расчет оснований и конструкций зданий и сооружений на просадочных грунтах, относящихся к II типу грунтовых условий, а также I типа в случаях, когда при выполнении планировочной насыпи I тип переходит во II тип следует выполнять на максимальные величины просадки грунтов от собственного веса, проявляющиеся при прогнозируемом источнике интенсивного замачивания шириной или возможные величины просадок , возникающие при ширине источника замачивания , но принимаемой не менее 2 м.

Максимальные величины просадки грунтов от собственного веса вычисляются по формуле (И.1), в которой коэффициент принимается равным 1, а относительная просадочность в случае устройства маловодопроницаемого экрана под зданием и сооружением определяется по формуле (И.3).

Возможную просадку грунта от собственного веса при прогнозируемом замачивании грунта основания сверху малых площадей определяемой по формуле

.                                               (И.12)

И.8 Величина просадки от собственного веса грунта в различных точках кривой развития (на участках ) определяется по формуле (см. рисунки 6.2 и 6. 4)

,                                        (И.13)

где - расстояние, м, от центра замачиваемой площади (при ) или начала горизонтального участка просадки грунта (при ) до точки, в которой определяется величина просадки (при );

- расчетная длина, м, криволинейного участка просадки грунта от собственного веса, определяемая по формуле

,                                           (И.14)

здесь - величина просадочной толщи, м, от дна источника замачивания до нижней ее границы;

и - то же, что и в формуле (И.4).

И.9 Относительные разности просадок оснований фундаментов от собственного веса грунтов определяются по формулам для зданий и сооружений:

1. а) с жесткой конструктивной схемой

   ,                                   (И.15)

2. б) податливой конструкции

   ,                                    (И.16)

   
   где и - соответственно средние просадки, см, противоположных торцов здания или сооружения, либо отдельных их блоков, разрезанных осадочными швами, вычисляемые с учетом И.7 и И.8;

   - коэффициент условий работы, учитывающий совместную работу здания и сооружения с его основанием и принимаемый равным

   при ,                                     (И.17)

3. 1 при ;

   - ширина, м, здания или сооружения либо отдельных их блоков;

   - то же, что и в формуле (И.14);

4. и - средние просадки, м, соответственно фундаментов 1 и 2 зданий и сооружений податливой конструкции;

   - расстояние, м, между фундаментами 1 и 2;

   - коэффициент, принимаемый равным единице.

И.10 Относительная величина кренов зданий и сооружений жесткой конструктивной схемы определяется по формуле (И.15), а абсолютные значения, см, по формуле

,                               (И.18)

где - высота, см, здания или сооружения от подошвы фундамента до верхней их точки.

И.11 Относительная величина крена отдельных фундаментов зданий и сооружений податливой конструкции вычисляется по формуле (И.15), в которой и - просадки двух противоположно расположенных точек (торцов) фундамента с расстояниями между ними, равной его ширине или длине.

Абсолютные значения кренов определяются по формуле (И.18), в которой - высота от подошвы фундамента до рассматриваемой точки столба или стены.

И.12 Условный радиус кривизны просадочной воронки в случае замачивания грунта сверху из линейного источника (при 12 м), используемый иногда при предварительных расчетах конструкций зданий и сооружений, определяется по формуле

,                                               (И.19)

где и - то же, что и в формуле (И.13)

- коэффициент, принимаемый равным , м.

И.13 Величина горизонтальных перемещений , см, на поверхности грунта на расстоянии при просадке от собственного веса, вызванной замачиванием грунта по И.7, на криволинейных участках , просадки его (см. рисунки 6.2 и 6.4), определяется по формуле

,                                        (И.20)

где - величина относительных горизонтальных деформаций, принимаемая равной

,                                       (И.21)

- расчетная полудлина, м, криволинейного участка просадки грунта (см. рисунки 6.2 и 6.4), принимаемая равной ;

- то же, что и в формуле (И.13).

И.14 Дополнительную осадку и зону дополнительного сжатия подстилающих просадочную толщу водонасыщенных (0,9) глинистых и песчаных грунтов следует определять по требованиям СП 22.13330.

Дополнительную осадку маловлажных глинистых грунтов и структурно-связанных пылеватых и мелких песков допускается вычислять по формуле

,                     (И.22)

где и - средние вертикальные напряжения в -м слое грунта от его собственного веса соответственно при природной влажности и полном водонасыщении в пределах зоны ;

- толщина -го слоя грунта, на которые разбита зона ;

- средние вертикальные дополнительные напряжения в -м слое грунта в водонасыщенном состоянии в пределах зоны (см. рисунок 1);

и - модули деформации -го слоя подстилающего непросадочного грунта в пределах зоны соответственно при полном водонасыщении и природной влажности.

Примечания.

И.15 При II типе грунтовых условий по просадочности коэффициент жесткости основания, принимаемого в виде линейно-деформируемого полупространства, в случаях устранения просадок в верхней зоне уплотнением или прорезкой ее сваями, определяется по формулам:

1. а) при полном устранении просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи по 6.3.1, а и влажности:

   уплотненного грунта

   ,                                                         (И.23)

   соответствующей полному водонасыщению

   ;                                                      (И.24)

2. б) при полной прорезке просадочных грунтов свайными фундаментами и влажности грунтов основания соответствующей:

   природному состоянию

   ,                                                (И.25)

   полному водонасыщению

   ;                                              (И.26)

3. в) при частичном устранении просадочных свойств грунтов от их собственного веса для каркасных одноэтажных зданий и сооружений податливой конструкции II и III уровней ответственности и влажности:

   уплотненного грунта

   ,                                              (И.27)

   соответствующей полному водонасыщению

   ,                                    (И.28)

4. г) на участках по а-б длиной , при изменении от максимального значения при природной влажности до полного водонасыщения

   ,                                     (И.29)

   
   где обозначения коэффициентов жесткости , осадок , просадок , дополнительных осадок подстилающего слоя соответствуют содержанию данного пункта.

Примечания.

а - с техническим подпольем (без подземных этажей) на свайном фундаменте; б - с подземной частью на свайном фундаменте; в - с подземной частью на естественном основании и плитном фундаменте ("плавающее здание"); 1 - здания; 2 - техническое подполье; 3 - подземная часть здания; 4 - буронабивные сваи; 5 - забивные сваи; 6 - фундаментная плита (ростверк); 7 - шов скольжения; - нагружающие силы бокового трения просадочного грунта; - силы сопротивления по боковой поверхности свай; - расчетное сопротивление под нижним концом свай

Рисунок К.1 - Схемы зданий на просадочных грунтах с II типом грунтовых условий по просадочности

Отрывка котлована приводит к снижению величин (см. рисунок К.1):

• просадочной толщи благодаря понижению верхней ее границы, а также часто и подъема ее нижней границы за счет разгрузки нижележащих грунтов;

• просадки грунтов от собственного веса вследствие уменьшения величины просадочной толщи и относительной просадочности грунтов при снижении в них вертикальных напряжений;

• дополнительной осадки подстилающих непросадочных грунтов за счет снижения вертикальных напряжений на них от собственного веса грунта .

Кроме этого, при устройстве заглубленной подземной части возможен перевод грунтовых условий под зданием или сооружением из I типа в непросадочные грунты, а из II типа в I тип по просадочности (см. рисунок К.2).

а - эпюры вертикальных напряжений на глубине - уровень дна выемки или котлована; б - то же, на глубине ; в - кривая просадки грунта и фундамента при подъеме уровня подземных вод; г - то же, при замачивании через дно выемки или днища подземной части здания.

1 - глубокая выемка; 2, 3 - соответственно котлован (подземная часть) и надземная часть здания; 4 - вертикальные напряжения от собственного веса грунта от уровня планировки; 5 - то же, от дна выемки 1 или котлована 2; 6 - вертикальные напряжения с учетом влияния собственного веса грунта, расположенного за пределами выемки 1 или котлована 2; 7 , 8 - вертикальные напряжения соответственно от веса здания и эксплуатационных нагрузок на перекрытия и подземной части стилобата на глубине ; 9 , 10 - суммарные напряжения от собственного веса грунта и веса здания и эксплуатационных нагрузок на перекрытия на глубине соответственно под зданием и стилобатом; 11 - кривая изменения по глубине начального просадочного давления

Рисунок К.2 - Схемы к расчету просадок: I - грунта при устройстве глубокой выемки; II - фундамента подземной части здания или сооружения