Понятия об основаниях

Основанием называют массив грунта, расположенный под фундаментами и воспринимающий через них нагрузки от здания или сооружения.

Эти нагрузки вызывают в основании напряженное состояние (рис. 5.1.), которое при достижении определенного уровня может привести к деформациям как самого основания, так и фундаментов. Образующаяся в результате совместной работы основания и фундамента ниже подошвы фундамента зона деформаций – рабочая зона основания. Величина деформаций зависит от конструкции и формы фундамента в плане. Незначительные и равномерные деформации – осадки (рис. 5.1.) для зданий не опасны. Большие же и особенно неравномерные деформации – просадки (рис. 5.1.) опасны и ведут к образованию трещин, разрушению конструкций, авариям зданий и сооружений.

а б

Рис. 5.1. Основания зданий и сооружений: а – схема действующих сил при расчете фундамента: 1 – подошва фундамента; 2 – эпюра распределения вертикальных напряжений в грунте от внешнего давления; 3 – зона наибольших напряжений; 4 – граница области напряжений; 5 – горизонт грунтовых вод; б – деформации: 1 – осадка фундамента; 2 – просадка фундамента; Δh, Δh₁, Δh₂, – деформации

Поскольку от состояния оснований во многом зависят долговечность и эксплуатационные свойства зданий и сооружений, к ним при проектировании и строительстве предъявляют жесткие требования.

Основания должны иметь достаточную несущую способность, небольшую и равномерную сжимаемость, быть неподвижными. Материал основания должен быть однородным, не пучинистым, стойким к воздействию текучих и агрессивных вод, неблагоприятных биологических факторов.

Выбор и проектирование оснований следует производить исходя из результатов инженерно-технических, гидрогеологических и климатических изысканий, опыта строительства аналогичных объектов, характеристик возводимого здания или сооружения, местных условий в результате технико-экономического сравнения возможных вариантов решения.

Поверхностный слой грунта обычно не может быть основанием, так как ослаблен органическими примесями, разрыхлением, воздействием атмосферной влаги и переменных температур. Не разрешается укладывать фундаменты на промороженный грунт основания.

Грунты в качестве оснований могут быть использованы в естественном состоянии или с искусственным усилением. Соответственно различают естественные и искусственные основания.

Естественные основания – это грунты, которые в природном состоянии имеют достаточную несущую способность для восприятия нагрузки от здания. Качество естественного основания зависит от многих факторов, однако, в первую очередь, его определяет вид грунта, его влажность, уровень грунтовых вод и условия промерзания.

Грунты – геологические породы, образующие верхнюю часть земной коры, состоят из скелета, который составляют частицы породы, и пространства между ними – пор, заполненных в сухом грунте воздухом. Во влажном грунте воздух частично или полностью замещен водой. Грунт называют маловлажным, когда водой заполнено до 50% объема пор, очень влажным – до 80% и насыщенным, когда заполнено водой свыше 80% пор.

Влажность существенно влияет на несущую способность большинства грунтов. Чем выше влажность, тем меньше несущая способность грунта. Избыток влаги влечет за собой необходимость принятия мер по осушению грунтов для повышения их надежности и несущей способности.

Большое влияние на качество основания оказывает промерзание грунтов. Влажный грунт при замерзании увеличивается в объеме, что приводит к пучению, а значит неравномерным деформациям и разрушению фундаментов.

Строительные нормы и правила подразделяют грунты оснований зданий и сооружений на скальные и нескальные.

Скальные грунты залегают в виде сплошного или трещиноватого массива и имеют жесткие связи между зернами. Это изверженные, метаморфические и осадочные породы. В зависимости от временного сопротивления сжатию различают очень прочные скальные грунты (R_с>1200 кгс/м²), прочные (1200>R_р>500 кгс/м²), средней прочности (500>R_с>150 кгс/м²), малопрочные (150>R_с>50 кгс/м²) и полускальные с R_с<50 кгс/м². По коэффициенту размягчаемости при увлажнении скальные грунты могут быть неразмягчаемые (К_рз≥0,75) и размягчаемые (К_рз<0,75), а по степени выветрелости невыветрелые, слабовыветрелые, выветрелые и силь-новыветрелые (рухляки).

Скальные грунты, практически не сжимаемые при нагрузках от гражданских зданий, являются для них надежными основаниями. Расчет основания на скальных грунтах ведут только по первому предельному состоянию – по несущей способности (прочности).

В отличие от скальных нескальные грунты (крупнообломочные, песчаные, глинистые) более слабые и сжимаемые. Расчет основания на таких грунтах ведут по второму предельному состоянию и делают проверку несущей способности.

Крупнообломочные грунты – это грунты, содержащие по массе более 50% обломков кристаллических или осадочных пород с размерами более 2 мм. В зависимости от крупности частиц различают валунные, галечниковые (щебенистые) и гравийные (дресвяные) грунты (с преобладанием частиц соответственно более 200 мм, более 10 мм и более 2 мм).

В зависимости от гранулометрического состава изменяются несущая способность основания и другие его качества. При большом содержании песчаных или глинистых частиц характеристики основания можно определять по этим заполнителям.

Песчаные грунты, в сухом состоянии сыпучие, содержат в своем составе по массе менее 50% частиц более 2 мм и не обладают свойствами пластичности. В зависимости от крупности зерен пески могут быть гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые; по плотности сложения – плотные, средней плотности и рыхлые. Как и для крупнообломочных, для песчаных грунтов важной характеристикой является показатель неоднородности.

Гравелистые, крупные и средней крупности песчаные грунты достаточно прочны и устойчивы. Увлажнение снижает их прочность, а мелкие и пылеватые пески во влажном состоянии становятся ненадежными. В водонасыщенном состоянии они текучи, образуют «плывуны».

Глинистые грунты связные. В зависимости от показателя числа пластичности глинистые грунты подразделяют на супеси (0,01≤I_р≤0,07), суглинки (0,07≤I_р≤0,17) и глины (I_р>0,17).

В зависимости от плотности и влажности глинистые грунты могут находиться в различных состояниях, характеризующихся показателями консистенции I_L, колеблющимися в пределах от величины менее нуля для твердых и более единицы для текучих грунтов. В промежутках различают: для супесей – пластичное, для суглинков и глин – полутвердое тугопластичное, мягкопластичное и текучепластичное состояние.

В сухом и маловлажном состоянии глинистые грунты являются хорошим основанием. Увлажнение и промерзание ведет к пучинообразованию, и глинистые основания при увлажнении и отрицательных температурах становятся ненадежными.

Среди глинистых грунтов особые группы составляют илы, просадочные и набухающие грунты. Илы малопригодны в качестве основания. Просадочные лессовые и лессовидные грунты при замачивании водой дают под действием внешней нагрузки дополнительные осадки, что может привести к разрушению со­оружений. Некоторые глинистые грунты при замачивании водой увеличиваются в объеме – набухают, что создает угрозу разрушения конструкций фундаментов.

Проектирование оснований на илистых, просадочных и набухающих грунтах следует вести в соответствии со специальными нормами (СНиП II-15-74).

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 или 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 в 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. СНиП дает карты величин сезонного промерзания. Можно также определить эту величину по формулам, приводимым в курсе «Основания и фундаменты». СНиП дает нормативные глубины промерзания для глинистых грунтов. Чтобы получить значения для супесей, песков, мелких и пылеватых, эти глубины следует принимать с коэффициентом 1,2 (глинистые грунты промерзают при температуре -1 °С; супеси, пески и пылеватые – при -0,2°С; остальные же грунты – при 0°).Необходимо тщательное изучение условий промерзания грунтов и, при необходимости, применение специальных мер, защищающих фундаменты от пучения.

При вечномерзлых грунтах опасность представляет их неконтролируемое оттаивание под зданиями. При оттаивании мерзлый грунт теряет несущую способность, и неравномерные деформации приводят к разрушениям фундаментов и зданий. Поэтому при проектировании оснований зданий и сооружений на терри­тории распространения вечномерзлых грунтов должны быть учтены требования специальных норм 2.Чтобы исключить деформации оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов в качестве основания, возможно применение двух принципиальных решений. При первом вечномерзлые грунты основания сохраняют в мерзлом состоянии в течение все-, го срока эксплуатации здания. При втором производят оттаивание вечномерзлых грунтов до начала возведения и допускают их последующее оттаивание. И первый, и второй принципы весьма сложны в практическом применении и требуют от проектировщиков и строителей особого внимания. Выбор того или иного принципа зависит от конкретных условий.

Искусственные основания. Если грунты в природном состоянии на глубине заложения фундаментов не обладают достаточной несущей способностью, имеют повышенную сжимаемость и фильтрационную способность, необходимо их искусственное укрепление. Искусственное основание – результат укрепления грунта методами уплотнения, закрепления или замены.

Уплотнение может быть глубинное или поверхностное. Поверхностное уплотнение производят С помощью укатки, трамбования или вибрирования. В последнее время вытрамбовывание котлованов получило распространение как мера повышения несущей способности обычных оснований. Глубинное уплотнение может быть осуществлено песчаными или грунтовыми сваями, или с помощью взрывов.

Закрепление грунтов в зависимости от цели закрепления и вида грунта может быть выполнено способами силикатизации, смолизации, битумизации, глинизации и т.д. Возможно также термическое закрепление для лессовых грунтов. Цементация дает хорошие результаты для крупных и средних песков. Битумизация эффективна для песчаных, крупнообломочных и трещиноватых скальных пород. Замену грунта производят тогда, когда уплотнение и закрепление невозможны или неэффективны. При этом методе слой слабого грунта заменяют более прочным. Укладку нового основания следует производить послойно, с увлажнением и вибрированием или трамбованием.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: