Песчаные подушки обычно выполняют из средне или крупнозернистого песка (может использоваться и щебень).
Рис. 4.1. Песчаная подушка полностью прорезает слабый слой грунта
1 – песчаная подушка
Одна из основных целей устройства песчаной подушки – это уменьшить глубину заложения фундаментов при прорезке слабого слоя грунта (рис. 4.1). При большой мощности слабого слоя грунта (h1) экономически невыгодно заглублять фундамент на такую глубину. С целью уменьшения глубины заложения фундамента (h2) выполняют песчаную подушку, укладывая ее в распор со стенками котлована.
Песчаную подушку укладывают с заданной степенью плотности, обеспечивая, таким образом, передачу давления от фундамента на хороший грунт, что позволяет снизить величину возможных осадок.
Другая цель устройства песчаной подушки – это уменьшить интенсивность давления от фундамента на слабый слой грунта (рис. 4.2; 4.3).
Рис. 4.2. Песчаная подушка не полностью прорезает слабый слой грунта
1 – песчаная подушка
Рис. 4.3. Расчетная схема к определению размеров песчаной подушки
В этом случае фундамент опирается на песчаную подушку (хороший грунт), а ниже располагается слабый слой грунта. Возникает необходимость проверки слабого подстилающего слоя грунта. Такая проверка производится исходя из следующего условия:
(4.1)
где 
ордината эпюры природного давления грунта, приходящегося на кровлю слабого подстилающего слоя; ордината эпюры дополнительного (уплотняющего) давления грунта, приходящегося на кровлю слабого подстилающего слоя; 
– ордината эпюры вертикального напряжения, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта; Rсл. – расчетное сопротивление слабого слоя грунта в уровне низа подушки от условного фундамента.
|
|
Условие (4.1) позволяет запроектировать песчаную подушку, используя метод последовательных приближений:
1. Первоначально задаются высотой песчаной подушки (hп), исходя из геологических условий и планируемого производства работ;
2. Строят эпюры природного и дополнительного (уплотняющего) давлений грунта;
3. Вычисляют Rсл. – расчетное сопротивление слабого слоя грунта в уровне низа подушки от условного фундамента. Ширина подошвы условного фундамента определяется исходя из угла a – рассеивания напряжений, который принимается:
– a = 45° – для торфа; – a = 50…60° – для пылеватых песков;
4. Проверяется условие (4.1). В случаи выполнения данного условия, проектирование песчаной подушки считается выполнено верно. В противном случае – производится перепроектирование песчаной подушки, которое заключается, прежде всего, в изменении ее высоты.
В случае необходимости устройства песчаной подушки высотой hп > 1 м, ее ширина выбирается из условия равновесия в предельном состоянии по специально разработанной методике Б. И. Далматова.
Песчаные подушки могут устраиваться и с целью уменьшения глубины заложения фундаментов, проектируемых в пучинистых грунтах. В таком случае песчаная подушка, выполненная их крупнозернистого (не пучинистого) грунта – основания, выполняет роль замены пучинистого грунта на не пучинистый. Наиболее актуально выполнение таких мероприятий для районов с глубоким сезонным промерзанием, что позволяет существенно снизить глубину заложения фундаментов, получая в итоге экономический эффект.
|
|
Следует подчеркнуть, что песчаную подушку не рекомендуется устраивать при следующих условиях:
1. При наличии в пределах высоты подушки переменного уровня грунтовых вод и работы подушки как дренажа. В этом случае возможно проявление явления суффозии, а также заиливание подушки, что может привести к дополнительным осадкам фундаментов и превращения подушки в обычный пучинистый грунт;
2. При наличии в пределах высоты подушки напорных грунтовых вод и заложении подошвы фундамента выше расчетной глубины промерзания. В этом случае промерзание песчаной подушки может привести к пучению грунта подушки за счет действия напорных грунтовых вод.
Шпунтовые ограждения
Рис. 4.4. Схема конструктивного усиления с использованием шпунтовой обоймы:
1 – слабый грунт; 2 – хороший грунт; 3 – шпунт по периметру фундаментной плиты
Данное конструктивное мероприятие предназначено для исключения возможности выпора слабого слоя грунта из-под подошвы фундамента. В этом случае по периметру фундаментной плиты выполняется сплошная шпунтовая стенка, воспринимающая боковое давление грунта. В результате объем слабого сжимаемого грунта под подошвой фундамента становится ограниченным со всех сторон, что аналогично работе грунта в условиях компрессии и позволяет значительно повысить его несущую способность.
Количественный анализ рассмотренного метода усиления основания может быть дан на основе численного геотехнического моделирования данной инженерной задачи, с использованием метода конечных элементов.