Понятие об основаниях, их классификация

 

Геологические породы, залегающие в верх­них слоях земной коры, используемые в строительных целях, называются грунтами. Грунты представляют собой скопление частиц (зерен) различной величины, между которыми находятся поры (пустоты). Эти час­тицы образуют так называемый скелет грунта.

Грунты, непосредственно воспринимающие нагрузки от здания или сооружения, называ­ются основанием.

Основание, способное вос­принять нагрузку от здания или сооружения без укрепления (усиления) грунтов, называ­ет ся естественным основанием.

Основание, способное воспринять нагрузку от здания или сооружения только после проведения мер по укреплению (усилению) грунтов, называется искусственным основанием.

Естественные основания. Грунты, исполь­зуемые в качестве естественных оснований здании и сооружений, подразделяются в за­висимости от геологического происхождения, минералогического состава, физико-механи­ческих показателей на скальные и нескаль­ные.

К нескаль­ным относятся: крупнообломоч­ные, песчаные и глинистые.

Скальные грунты представляют собой вулканические (изверженные), метаморфиче­ские и осадочные породы с жесткой связью между зернами минералов (спаянные и сце­ментированные). Такие грунты залегают в виде сплошного массива или трещиновато­го слоя, образующего подобие сухой кладки. К скальным грунтам относятся граниты, базальты, песчаники, известняки. Под нагрузкой от здания и сооружения они (за исключением сильно выветрившихся рухляков или водорастворимых скальных пород) не сжимаются и являются наиболее прочными основаниями зданий и сооружений. К во­дорастворимым и размягчаемым в воде ска­листым породам относятся гипсы, ангидриты, глинистые сланцы, некоторые виды песча­ников.

Крупнообломочные грунты представляют собой несцементированные скальные грунты, содержащие более 50% по весу обломков кристаллических или осадочных пород. Такие грунты из крепких

неразмываемых пород слабо сжимаются под нагрузкой и также мо­гут быть прочным основанием для зданий и сооружений.

В зависимости от крупности зерен различаются: щебенистые (гравелистые) крупнообломочные грунты при преоб­ладании щебня или гравия крупнее 10 мми дресвяные — при преобладании щебня или гравия от 2 до 10 мм.

Песчаныегрунты, сыпучие в сухом виде, состоят преимущественно из округленных частиц (зерен) крупностью от 0,05 до 2 мм, являющихся конечным результатом распада каменных пород. В зависимости от крупности частиц пески разделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. В зависимости от плотности сложения или пористости песчаные грунты бывают плотные, средней плотности и рыхлые. В за­висимости от степени влажности или степени заполнения объема пород различают песчаные грунты маловлажные, влажные и на­сыщенные водой. Увлажнение песчаных грун­тов снижает их несущую способность, причем снижение тем больше, чем меньше размеры частиц грунта. Особенно сильно влияет на снижение несущей способности грунта ув­лажнение мелкозернистых и пылеватых пес­ков с глинистыми и илистыми примесями. Эти грунты в водонасыщенном состоянии ста­новятся текучими, и потому их называют плывунами; возведение здании па таких грун­тах создает значительные затруднения. Пес­чаные грунты из гравелистых, крупных и средней крупности песков малосжимаемы и при достаточной мощности слоя служат прочным и устойчивым основанием зданий и сооружений.

Глинистые грунты — результат разложе­ния горных пород с преимущественным со­держанием глинозема — относят к связным грунтам, так как частицы их скреплены сила­ми внутреннего сцепления. Они состоят из мельчайших минеральных плоских частиц раз­мером менее 0,005 мми толщиной менее 0,001 мм,а также песка и иногда раститель­ных остатков. Эти примеси уменьшают водо­непроницаемость глины и ее прочность. В за­висимости от количества содержащихся в грунте глинистых частиц и песка, а также пластичности грунта различают супеси, су­глинки и глины. Глинистые грунты пластич­ны, то есть, способны при добавке воды перехо­дить из твердого состояния в пластичное, а при дальнейшем увлажнении — в текучее состояние. От степени влажности существен­но зависят строительные свойства глинистых грунтов. В сухом и маловлажном состоянии они служат хорошим основанием для зданий Iи сооружений, но несущая их способность в разжиженном состоянии значительно сни­жается.

Расширение воды при замерзании в порах глинистых грунтов основания вызывает уве­личение объема грунта, или, как говорят, «пучение». При замерзании влажных глинис­тых грунтов основания силы пучения бывают настолько велики, что они "приподнимают фундаменты и могут явиться причиной де­формации фундаментов и здания. Поэтому глубиназаложения фундаментов от уровня земли на глинистых грунтах должна быть, как правило, не менее глубины промерзания грунта.

Среди глинистых грунтов особые группы составляют илы, просадочные инабухающие грунты. Илы малопригодны в качестве осно­ваний. Просадочные лессовые и лессовидные грунты при замачивании водой дают под дей­ствием внешней нагрузки дополнительные осадки, что может привести к разрушению со­оружений. При проектировании зданий и сооружений на таких грунтах необходимо выполнять специальные мероприятия по их укреплению.

Качество основания в значительной мере зависит от однородности слагающих его грун­тов и горизонтальности напластований. Неод­нородность грунтов особенно опасна при на­сыпных основаниях, которые могут иметь раз­личный состав, плотность и сложение. Воз­можность применения насыпных грунтов в ка­честве оснований должна решаться в каждом случае конкретно. Наклонные напластования могут привести к оползням при загружении пластов дополнительной массой здания или со­оружения.

Особым случаем проектирования основа­ний является устройство его над подрабаты­ваемыми территориями — над шахтами, руд­никами пли естественными пещерами, когда при нагружении возможны просадки пластов, лежащих над выработками.

Грунтовые воды, заполняющие поры грун­тов основания, влияют на выбор типов фунда­ментов, их размеры, глубину заложения, гид­роизоляцию и другие водозащитные меропри­ятия. Для проектирования основания необхо­димо иметь данные об уровне грунтовых вод, его возможном изменении: сезонном, многолет­нем, в результате строительства и эксплуата­ции зданий и сооружений; о характере этих вод — их подвижности, химическом составе, напоре и т. д.

Изменение уровня грунтовых вод может иметь своим последствием изменение струк­туры грунта, его набухание, пучение, размыва­ние и т.д. Следует помнить, что увлажнение основания может быть не только в пределах уровня грунтовых вод, но и значительно вы­ше— в результате капиллярного поднятия во­ды. При диаметре капилляров 0,005 мм высо­та поднятия воды может составить: для мел­ких песков—0,1—0,5 м, пылеватых—0,5— 2 м, суглинков—5—15 м, для глин —5—50 м.

Подвижные воды при соответствующих скоростях перемещения могут размывать грунт основания или материал фундамента. Агрессивные примеси в воде могут разруши­тельно действовать и на грунт, и на фунда­мент. Напорные грунтовые воды затрудняют выполнение гидроизоляции фундаментов, ос­ложняют эксплуатацию подвалов.

Промерзание грунтов. На обширных тер­риториях нашей страны верхние слои грунта значительную часть года имеют отрицатель­ную температуру. Грунты, хотя бы часть во­ды и которых находится в замерзшем состоя­нии, называют мерзлыми. Различают сезонно-мерзлые и вечномерзлые грунты. Сезонномерзлые промерзают на определенную глубину только в зимний период. Вечномерзлые оттаи­вают на определенную глубину в летний пе­риод. Глубина сезонного промерзания зависит от климатических условий и вида грунта. Можно также определить эту величину по формулам, приводимым в курсе «Основа­ния и фундаменты».

Искусственные основания. Несущую способность слабого грунта можно увеличить путем: уплотнения, закрепления или замены слабого грунта на более проч­ный (рис. 4.1). Уплотняют грунты: укаткой, трамбованием, вибрацией и устройством грунтовых свай.

 

Рис.4.1. Грунтовые искусственные основания:

а – грунтовая свая; б – песчаная подушка; в – усиление грунта

силикатизацией (цементизацией); 1 – слабый грунт; 2 – песчаная

подушка; 3- зона уплотнного грунта силикатизацией (цементизацией);

4 – инъекторы d = 20-40 мм; 5 – фундамент.

 

Укатка грунта катками уплотняет его на 15—20 см, а трамбование падающими механическими трамбовка­ми — на глубину до 1,5—2,0 м, причем в последнем случае несущая способность увеличивается до 30%.

Крупнообломочные и крупнозернистые песчаные грунты хорошо уплотняются поверхностными вибраторами. Укатка, трамбование и вибрирование относятся к поверхностному уплотнению грунтов.

Глубинное уплотнение грунтов производят глубинными вибраторами или с помощью грунтовых свай (путем заполнения заготовленных скважин песком или грунтом с послойным трамбованием его до необхо­димой плотности). Длина свай может достигать 15 м.

Закрепление грунтов производят: силикатизацией, цементированием илибитумизацией — путем нагнетания по трубам в грунт соответст­вующих эмульсий. Применение одного из трех указанных способов определяется видом грунтов.

Силикатизацией (нагнетание в грунт через трубы жидкого стекла и хлористого кальция) можно закрепить песчаные пылеватые грунты, плывуны.

Цементированием (нагнетание в грунт цементного молока) закреп­ляют гравелисгые крупно- и среднезернистые грунты.

Битумизация применяется для закрепления сильно трещиноватых скальных и песчаных пород и песчаных грунтов. После затвердева­ния эмульсии в порах грунта происходит его окаменение.

Замена слабого грунта более плотным производится устройством песчаных или щебеночных подушек. Песчаная подушка выполняется из среднезернистого или крупнозернистого песка с увлажнением и уплотнением его при укладке. Подушка распределяет давление от фундамента на большую площадь слабого грунта и уменьшает его за счет своей упругости.

Термический способ укрепления грунта состоит в нагнетании в толщу грунта под дав­лением через трубы воздуха, нагретого до 600-800° С, или в сжигании горючих продук­тов, подаваемых в герметически закрытую скважину под давлением. Термический спо­соб глубинного уплотнения грунта применяют для устранения просадочных свойств лёссо­вых грунтов па глубину 10—15 м.Обожжен­ный грунт образует фильтрующий слой, сквозь который вода может проникнуть через толщу просадочного грунта на устойчивый непросадочный грунт. Обожженный грунт приобретает свойства керамического тела, не намокает и не набухает.