|
Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры и используемые в строительных целях, называют грунтами. Грунты предстаиляют собой скопление частиц различной величины, между которыми находятся поры (пустоты). Прочность сцепления между частицами грунта во много раз меньше прочности самих частиц. Эти частицы образуют скелет грунта,
Основанием называют массив грунта, расположенный под фундаментом и воспринимающий нагрузку от здания. Основания бывают двух видов: естественные и искусственные,
Естественным основанием называют грунт, залегающий под фундаментом и способный в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведен-ного здания.
Искусственным основанием называют искусственно уплотненный или упрочненный грунт, который в природном состоянии не обладает достаточной несущей способностью по глубине заложения фундамента.
Нагрузка, передаваемая фундаментом, вызывает в грунте основания напряженное состояние и деформирует его.
На рис, 4.1 показана, примерная форма напряженного объема грунта. Как видно из рисунка, глубина и ширина напряженной зоны значительно превышают ширину фундамента.
По мере углубления ниже фундамента область распространения напряжений увеличивается до определенного значения, а их абсолютная величина снижается, и постепенно область распространения напряжений уменьшается. На глубине более 6b грунт практически не испытывает напряжений.
Действующие нагрузки деформируют основания, вызывая осадку здания.
Рис. 4.1. Напряженная дона грунта основания под подошвой фундамента:
b - ширина фундамента, Р — нагрузка от здания, передаваемая фундаментом на основание
В соответствии с изложенным грунты, составляющие основание, должны отвечать следующим требованиям: обладать достаточной несущей способностью, а также малой и равномерной сжимаемостью (большие и неравномерные осадки здания могут привести к его повреждению и даже разрушению); не быть пучинистыми, т. е. иметь свойство увеличения объема при замерзании влаги в лорах грунта (в соответствии с этим требованием выбирают глубину заложения фундамента, которая должна быть согласована с глубиной промерзания грунта в районе строительства); не размываться и не растворяться фунтовыми водами, что также приводит к снижению прочности основания и появлению непредусмотренных осадок здания; не допускать просадок и оползней.
Просадки могут произойти при недостаточной мощности слоя фунта, принятого за основание, если под ним располагается грунт, имеющий меньшую прочность (более слабый грунт). Оползни фунта могут возникнуть при наклонном расположении пластов грунта, ограниченных крутым рельефом местности.
Главное же внимание при проектировании уделяется вопросу обеспечения равномерности осадок. При этом необходи-мо прежде всего учитывать, что нагрузка от здания может вызнать рам рушение основания при его недостаточной несущей способности. С другой стороны, основание может и не разрушиться, но осадка здания окажется столь неравномерной, что в стенах здания появятся трещины, а в конструкциях возникнут усилия, могущие привести к аварийному состоянию всего здания или его части.
Грунты оснований зданий и сооружений не должны обладать свойством ползучести, т. е. способностью к длительной незатухающей деформации под нагрузкой. Классическим примером этого является почти 800-летняя осадка Пизанской башни, строившейся более 200 лет (рис. 4,2). Грунтовые воды оказывают значительное влияние на структуру, физическое состояние и механические свойства грунтов, понижая несущую способность основания.
Рис 4.2 Разрез Пизанской башни
Если же в грунте содержатся легко растворимые в воде вещества (например, гипс), возможно выщелачивание его, что влечет за собой увеличение пористости основания и снижение его несущей способности. Для этого в необходимых случаях понижают уровень грунтовых вод, Когда скорость движения грунтовых вод такова, что возможно вымывание частиц мелкозернистых грунтов, необходимо применять меры по защите основания. Для этого устраивают вокруг здания специальное шпунтовое ограждение или дренаж,
Каковы же основные виды грунтов и их свойства?
Грунты разнообразны по своему составу, структуре и характеру залегания. Принята следующая строительная классификация грунтов:
Скальные — залегают в виде сплошного массива (граниты, кварциты, песчаники и т. д.) или в виде трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочными и надежными основаниями. Трещиноватые слои скальных грунтов менее прочны.
Крупнообломочные — несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). К ним можно отнести гравий, щебень, гальку, дресву. Эти грунты являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой.
Песчаные — состоят из частиц крупностью от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности,
Частицы грунта крупностью от 0,05 до 0,005 мм называют пылеватыми. Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых. Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым.
Глинистые — связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение. Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку. Глинистые грунты делятся на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10...30%) и супеси (З...10%).
Лёссовые (макропористые) — глинистые грунты с содержанием большого количества пылеватых частиц и наличием крупных пор (макропор) в виде вертикальных трубочек, видимых невооруженным глазом. Эти грунты в сухом состоянии обладают достаточной прочностью, но при увлажнении способны давать под нагрузкой большие осадки. Они относятся к просадочным грунтам и при возведении на них зданий требуют надлежащей защиты оснований от увлажнения. С органическими примесями (растительный грунт, ил, торф, болотный торф) неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают значительной сжимаемостью. В качестве естественных оснований под здания непригодны.
Насыпные — образовавшиеся искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки и т. п. Обладают свойством неравномерной сжимаемости, и в большинстве случаев их нельзя использовать в качестве естественных оснований под здания. В практике встречаются также намывные грунты, образовавшиеся в результате очистки рек и озер. Эти грунты называют рефулированными насыпными грунтами. Они являются хорошим основанием для зданий.
Плывуны — образуются мелкими песками с илистыми и глинистыми примесями, насыщенными водой. Они непригодны как естественные основания. Основания должны обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость здания, поэтому нормами предусмотрены допустимые величины осадок здания (80...150 мм в зависимости от вида здания).
По СНиП II —15—74 определяют также предельную нагрузку, которую можно передать на грунт основания. Давление, вызываемое этой предельной нагрузкой, называют условным расчетным давлением (R).
Нормами установлены следующие значения условного расчетного давления на основания при глубине заложения от 1 до 2,5 м и ширине подошвы фундамента от 0,6 до 1,5 м: для глинистых грунтов — от 0,1 до 0,6 МПа, а суглинков — от 0,1 до 0,3 МПа (в зависимости от влажности и пористости); для песчаных грунтов — от 0,1 до 0,6 МПа (в зависимости от их крупности и влажности); для супесей — от 0,2 до 0,3 МПа (в зависимости от влажности и плотности); для крупнообломочных грунтов — от 0,3 до 0,6 МПа (в зависимости от крупности частиц); для скальных грунтов допускается принимать Ч2 сопротивления образцов на сжатие в водонасышенном состоянии.
Этими данными пользуются только для предварительного расчета размеров фундаментов зданий.
Обычно производят тщательные геологические и гидрогеологические исследования грунтов, с тем чтобы определить их физические и механические свойства, а также принять соответствующее решение о конструкциях здания. Для этого определяют вид и мощность отдельных пластов грунта, В зависимости от этажности здания и местных условий глубина исследования колеблется в пределах от 6 до 15 м и более,
Исследование или разведку грунтов производят путем бурения или шурфования (рис. 4.3, а) и лабораторными анализами образцов пластов грунта. Если в зоне фундаментов обнаружены грунтовые воды, то необходимо провести их химический анализ, так как эти воды могут быть агрессивными и оказывать разрушающее воздействие на материал фундаментов.
Рис, 4.3. Пример геологического разреза участка строительства здания: а — план расположения скважин, б—колонка буровой скважины; в — геологический профиль грунтового массива, УВГВ — уровень верхних грунтовых вод, УИГВ — уровень низких грунтовых вод
Результаты геологических и гидрогеологических исследований заносят в специальные журналы, после чего составляют чертежи вертикальных разрезов (колонок) буровых скважин или шурфов и по ним — геологического профиля грунтового массива с указанием полных характеристик пластов грунта и положения уровня грунтовых вод, что дает основание для принятия необходимых решений (рис. 4.3, б, г).
Если грунт на участке строительства не удовлетворяет предъявляемым требованиям, а здание необходимо возводить именно в этом месте, то устраивают искусственные основания. Такие основания при возведении зданий на слабых фунтах устраивают путем их искусственного упрочнения или заменой слабого грунта более прочным. Упрочнение грунта может быть осуществлено следующими способами :
1. Уплотнением — пневматическими трамбовками (иногда с втрамбовагжем щебня или гравия) или трамбовочными плитами массой от 2 до 4 т, которые имеют вид усеченного конуса с диаметром основания не менее I м (из железобетона, стали или чугуна). Этот способ применяют в случае, если грунты недостаточно плотные, а также при насыпных грунтах. Для уплотнения больших площадей используют катки массой 10... 15 т. Если грунты песчаные или пылеватые, то для их уплотнения применяют также поверхностные вибраторы. Необходимо отметить, что этот метод ниляется более эффективным, так как грунт уплотняется быстрее.
2. Силикатизацией — для закрепления песков, пылеватых песков (плывуиов) и лёссовых грунтов. Для этого в песчаный грунт поочередно нагнетают растворы жидкого стекла и хлористого кальция, для закрепления пылеватых песков — раствор жидкого стекла, смешанного с раствором фосфорной кислоты, а для закрепления лёссов — только раствор жидкого стекла. В результате нагнетания указанных растворов грунт по истечении определенного времени каменеет и имеет значительно большую несущую способность.
3. Цементацией — путем нагнетания в грунт по трубам жидкого цементного раствора или цементного молока, которые, затвердевая в порах грунта, придают ему камневидную структуру. Цементацию применяют для укрепления гравелистых, крупных и среднезернистых песков.
4. Обжигом (термическим способом) — путем сжигания горючих продуктов, подаваемых в специально устраиваемые скважины под давлением. Этот способ используют для укрепления лёссовых просадочных грунтов,
Если уплотнить или закрепить грунт затруднительно, слой слабого грунта заменяют более прочным. Замененный слой грунта называют подушкой. При небольшой нагрузке на основание применяют песчаные подушки из крупного или средней крупности песка. Толщина полушки должна быть такой, чтобы давление на нижележащий слабый слой фунта не превышало его нормативного сопротивления.
|
Гражданские здания и их конструкции