Тема 3.3. Основания и фундаменты

Грунт — горная порода или почва, представляющая собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени и используемую как основание, среда или материал для возведения зданий и сооружений.

Все нагрузки, действующие на здание, в том числе и собствен­ный вес здания, через фундаменты передаются на грунт. Грунт, непосредственно воспринимающий эти нагрузки, называется осно­ванием. Надежность и прочность основания являются важнейшими условиями для нормальной эксплуатации здания.

Грунт, способный в своем природном состоянии выдержать на­грузку от возведенного здания, называется естественным основа­нием.

Искусственное основание — искусственно уплотненный или уп­рочненный грунт, который в природном состоянии не обладает до­статочной несущей способностью.

Вследствие давления, передаваемого зданием на основание, грунты под фундаментом испытывают значительные сжимающие усилия. Под действием этих усилий грунты равномерно уплот­няются. Такие равномерные деформации, называемые осадкой грунта, вызывают осадку фундаментов.

Неравномерные деформации фунта, происходящие в результа­те уплотнения и, как правило, существенного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственной массы грунта и других факторов (замачивания просадочного грунта, подтаивания линз льда в грунте и т.д.), называют просадками. Они могут вызвать повороты фундаментов вплоть до разрушения. Про­садки оснований недопустимы.

Для того чтобы осадки не оказали опасных воздействий на работающие под нагрузкой конструкции, а также не повлияли на условия эксплуатации зданий, установлены предельные величины деформаций основания и напряжений в грунте, возникающих под подошвой фундаментов. Допустимые величины осадок в зависи­мости от вида здания составляют от 80 до 150 мм.

Грунт, работающий как основание здания, должен удовлетво­рять следующим требованиям: обладать достаточной несущей спо­собностью, а также малой и равномерной сжимаемостью (слабые, непрочные грунты или сильно сжимаемые вызывают большие и не­равномерные осадки здания, приводящие к его повреждению и раз­рушению); не подвергаться пучению, т.е. увеличению объема при замерзании влаги, находящейся в его порах (выбирают глубину за­ложения фундамента, которая зависит от глубины промерзания грунта в районе строительства); не размываться и не растворяться грунтовыми водами (образуется пористость основания, которая сни­жает его несущую способность); не допускать просадок (возникает при недостаточной мощности слоя грунта основания, если под ним расположен слабый грунт); не допускать оползней (возникают при наклонном расположении пластов грунта); не должны обладать ползучестью —длительными незатухающими деформациями под нагрузкой.

Виды грунтов иих свойства

Скальные грунты — залегают в виде сплошного массива (грани­ть!, кварциты, известняки) или в виде трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы, не подвержены пучению, являются надежным основанием.

Крупнообломочные — несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). К ним относятся: щебень, галька, гравий. Эти грунты малосжимаемы, во­доустойчивы, непучинисты, являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный грунт.

Песчаные — состоят из частиц от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, сред­ней крупности, мелкие, пылеватые.

Пески гравелистые, крупные, средней крупности под нагрузкой равномерно сжимаются, поэтому осадка сооружения быстро пре­кращается, при замерзании не вспучиваются и являются прочным и надежным основанием.

Пески мелкие и пылеватые при увлажнении и последующем за­мерзании становятся пучинистыми, несущая способность при ув­лажнении уменьшается.

Глинистые — связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм. Несущая способность зависит от влажности. В сухом и маловлажном состоянии воспринимают значительные нагрузки, при увлажнении несущая способность снижается. Отличаются дли­тельной осадкой под нагрузкой и вспучиванием при замерзании.

Лессовые — глинистые грунты с содержанием большого коли­чества пылеватых частиц и наличием крупных пор. Эти грунты в су­хом состоянии обладают достаточной несущей способностью. При увлажнении структура лессовых грунтов разрушается, и под действием нагрузки образуются просадки. При использовании таких фунтов в качестве оснований требуются специальные меры по укреплению и защите от увлажнения.

Насыпные — образовавшиеся искусственно при засыпке овра­гов, прудов, местных свалок. Эти грунты неоднородны по структуре, обладают неравномерной сжимаемостью. Для использования таких грунтов в качестве оснований необходимы исследования их несу­шей способности.

Для выбора надежного основания на отведенном под строитель­ство участке производят геологические и гидрогеологические иссле­дования, чтобы определить вид, мощность пластов, их физические и механические свойства, положение уровня грунтовых вод.

В зависимости от этажности здания и местных условий глубина исследования составляет от 6 до 15 м и более. Исследование осущест­вляется бурением скважин или рытьем шурфов (колодцев) и лабо­раторными анализами образцов грунтов. Грунтовые воды (при их наличии) подвергают химическому анализу, так как они могут быть агрессивными. Результаты исследования заносят в специальные журналы, после чего составляют чертежи вертикальных разрезов (колонок) буровых скважин. По этим данным составляют геоло­гический профиль грунтового массива с указанием полных харак­теристик пластов грунта и положения уровня грунтовых вод, что позволяет правильно выбрать основание под здание.

Если грунт на участке строительства не удовлетворяет предъяв­ляемым требованиям, то устраивают искусственные основания. Такие основания при возведении зданий на слабых грунтах устраи­вают путем их искусственного упрочнения или заменой слабого грунта. Упрочнение грунта может быть осуществлено следующими способами:

• уплотнением — пневматическими трамбовками ил и трамбовоч­ными плитами массой от 2 до 4 т. Этот способ применяют в слу­чае, если фунты недостаточно плотные, а также при насыпных фунтах. Если грунты песчаные или пылеватые, то для их уплот­нения применяют поверхностные вибраторы. Этот способ явля­ется более эффективным, так как грунт уплотняется быстрее;

• силикатизацией — для закрепления песков, лессовых грунтов. Для этого в песчаный фунт поочередно нагнетают растворы жид­кого стекла и хлористого кальция, для закрепления пылеватых песков — раствор жидкого стекла, смешанного с раствором фосфорной кислоты, а для закрепления лессов — только раствор жидкого стекла. В результате нагнетания указанных растворов фунт по истечении определенного времени приобретает значительно большую несущую способность;

• цементацией — нагнетанием в грунт по трубам жидкого цемент­ного раствора или цементного молока, которые, затвердевая в порах грунта, придают ему камневидную структуру. Цементацию используют для укрепления гравелистых, крупных и среднезернистых песков;

• обжигом — путем сжигания горючих продуктов, подаваемых в специально устраиваемые скважины под давлением. Этот спо­соб используют для закрепления лессовых грунтов;

• заменой слабого грунта на более прочный. Замененный слой грунта называют подушкой. При небольшой нагрузке на осно­вание применяют песчаные подушки из крупного или средней крупности песка. Толщина подушки принимается по расчету.

Поиск по сайту: