Корзина
37 отзывов
+380 (67) 760-76-88
Контакты
ПП Будпостач: газобетон и газоблок по оптовой цене
Наличие документов
Знак Наличие документов означает, что компания загрузила свидетельство о государственной регистрации для подтверждения своего юридического статуса компании или физического лица-предпринимателя.
+380675486412kyivstar
+380677607688kyivstar
+380660875308мтс
+380662600001МТС
+380445675357укртелеком
Александр Здоров, Дарья, Виктория, Надежда, Оксана.
УкраинаКиевул. Бориспольская 10 ком 6 (Дом культуры Днепр) напротив радио завода
Карта

Фундаменты сведения о просадочных грунтах

Фундаменты сведения о просадочных грунтах, осадок грунтов (основания) фундамента, Морозное пучение грунтов, влияние оказываемое на фундаменты сооружений, Фундаменты на пучинистых и набухающих грунтах,Выпирание пород основания (грунта) из-под...

Фундаменты сведения о просадочных грунтах

Просадкой грунтов называется быстро протекающая осадка, возникающая при коренном изменении структуры грунтов вследствие избыточного увлажнения. Просадочные грунты относятся к структурно-неустойчивым грунтам, которые меняют свои физико-механические свойства при внешних воздействиях. Свойством просадки обладают обычно лёссы и лёссовидные суглинки. Вследствие наличия крупных пор эти грунты иногда называют макропористыми.

Просадочные лёссовые грунты обладают следующими свойствами: они состоят в основном из пылеватых частиц, имеют большую пористость (около 50 %) и малую влажность. На образцах грунта видны крупные поры (макропоры диаметром 0,5... 5,0 мм и более). В грунте содержится значительное количество карбонатов. При замачивании они быстро размокают и теряют первоначальную структуру. Расчет оснований, сложенных лёссовыми грунтами, выполняют по деформациям, которые равны сумме осадки от внешней нагрузки и просадки при замачивании. 

Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью, начальным просадочным давлением и начальной просадочной влажностью.

Относительная просадочность  — это относительная деформация грунта при его замачивании под нагрузкой. Она устанавливается при испытаниях грунтов при разных напряжениях, вызванных нагрузкой от фундамента и от собственного веса грунта.

В зависимости от условий проявления просадочности лёссовых грунтов различают два типа грунтовых условий:

•   I тип грунтовых условий, при которых просадка происходит в основном от действия внешней нагрузки, а просадка от собственного веса либо не происходит, либо ее значение не превышает 5 см;

•   II тип грунтовых условий, при которых просадка происходит от внешней нагрузки и собственного веса при значении просадки более 5 см.

Так как просадочность грунтов в пределах строительной площадки существенно меняется, для получения достоверных данных необходимо определить ее в разных точках как по простиранию, так и по глубине. В зависимости от величины значения при возможности замачивания выбирают тип фундамента и основания.

 

Для определения ожидаемой просадки необходимо иметь следующие исходные материалы:

•   напластование грунтов, относительная просадочность каждого слоя при любом интересующем давлении, положение уровня грунтовых вод;

•   размеры фундамента, глубина его заложения, давление по подошве.

Затем обычными методами определяются напряжения от собственного веса грунта и от дополнительной нагрузки, передаваемой фундаментом. Эпюра давлений от собственного веса строится на всю просадочную толщу до уровня до уровня грунтовых вод. Эпюра давлений от уплотняющей нагрузки (фундамента) строится на глубину, установленную нормами. Зная величину суммарных напряжений в каждом слое грунта и относительную просадочность при данном напряжении, находят величину просадки.

При определении просадки от собственного веса промежуточные значениях определяют интерполяцией.

 

Проектирование фундаментов на просадочных грунтах осуществляется в следующей последовательности:

а)  оцениваются инженерно-геологические условия, свойства грунтов, определяется тип грунтовых условий по просадочности:

б)  рассматриваются варианты устранения просадочных свойств грунтов, прорезки всей толщи грунтов глубокими фундамента
ми, комплекс водозащитных и конструктивных мероприятий;

в)  выбирается глубина заложения фундамента;

г)  определяются размеры фундамента на естественном основании;

д)  определяется возможная просадка основания;

е)  уточняются тип основания, глубина заложения, тип фундамента, размеры фундамента;

е)  в случае необходимости рассчитывается искусственное основание;

ж)  производится конструктивный расчет фундамента.

 

При анализе инженерно-геологических условий, в первую очередь, оценивают просадочные свойства грунтов. Возможность просадки от собственного веса и ее величина определяются в процессе изысканий путем опытного замачивания в полевых условиях. В зависимости от типа грунтовых условий назначаются мероприятия, обеспечивающие эксплуатационную пригодность сооружения.

При I типе просадка возможна только от веса сооружения при попадании воды непосредственно под фундаменты. Для исключения возможности такой просадки устраняют просадочность грунта в пределах деформируемой зоны. При II типе требуется осуществить дополнительные водозащитные или конструктивные мероприятия и устранить просадочные свойства грунта на всю глубину просадочной толщи.

При выборе глубины заложения фундаментов учитывают, что верхняя часть лёссовых грунтов часто разрыхлена землероями. Эту зону прорезают и закладывают фундаменты на отметке, где число ходов землероев — не больше двух на 1 м2 дна котлована.

При проектировании учитывают, что прорезка всего просадочного слоя снижает просадку до нуля. Рост стоимости фундамента при этом может быть компенсирован экономией на устройстве искусственного основания или водозащитных и конструктивных мероприятиях. Это устанавливается технико-экономическим сравнением вариантов. Устройство глубоких котлованов в просадочных грунтах технически не затруднено: грунты безводны, хорошо держат вертикальные откосы, разработка осуществляется обычными землеройными механизмами.

Предварительное определение размеров фундаментов на просадочном грунте производится так же, как на обычных непроса-дочных грунтах, с использованием расчетного сопротивления грунта.

При устройстве фундаментов в вытрамбованном ложе сначала забивают в грунт инвентарные пирамидальные или конические элементы (трамбовки), устраивая вытрамбованные котлованы, в которых затем бетонируют монолитные фундаменты или устанавливают сборные конструкции. Их применяют как в непросадочных, так и в просадочных грунтах. В первом случае эти фундаменты позволяют снизить расход материалов, во втором — устранить просадочные свойства грунтов.

Забивные блоки и трамбовки можно погружать в грунт с помощью обычных сваебойных агрегатов. Вытрамбованные котлованы также устраивают с помощью сбрасываемой с высоты 4...8 м трамбовки, получая глубину уплотнения в пределах 0,6... 3,0 м. После забивки блока или после трамбовки вокруг них образуется уплотненная зона грунта, что повышает несущую способность или устраняет просадочность.

Полученный трамбованием котлован заполняют бетоном или монтируют в него сборный фундамент. Такие фундаменты можно использовать подобно отдельно стоящим или свайным фундаментам: как столбчатые под колонны каркасных зданий и как ленточные под стены, в том числе прерывистые, с расчетным расстоянием между отдельными забивными блоками или блоками в вытрамбованных котлованах.

Рекомендуется использовать фундаменты в вытрамбованных котлованах в просадочных грунтах II типа, если суммарная величина деформации, определяемая просадкой от собственного веса грунта и осадкой от нагрузки, не превышает предельных значений, рекомендуемых нормами, а также для одноэтажных производственных и складских зданий с конструкциями, малочувствительными к неравномерным деформациям, с нагрузкой на отдельный фундамент не более 400 кН и просадкой от собственного веса грунта до 20 см.

В проект забивных фундаментов входят обычные данные, приведенные ранее для свайных фундаментов; в случае выполнения фундаментов с трамбованием грунта в проекте дополнительно указывают размеры предусматриваемых в результате трамбования котлованов, параметры используемых трамбовок (размеры, масса, высота сбрасывания, рекомендуемое количество ударов), рекомендуемую влажность трамбуемых грунтов, требуемое количество воды для увлажнения грунтов, ориентировочные размерыуплотненной зоны, расстояния между котлованами прерывистых ленточных фундаментов, размеры уширенной зоны основания, объем втрамбованного в грунт жесткого материала (бетона, щебня, песчано-гравийной смеси), расчетные прочностные и деформационные характеристики уплотненных грунтов, условное расчетное сопротивление и действующие нагрузки.

Конструктивные решения узлов опирания колонн или стен на фундаменты в виде забивных блоков или в вытрамбованном ложе аналогичны конструктивным решениям узлов для столбчатых, ленточных или свайных фундаментов: колонны могут заделываться в стакан, стены из штучных материалов опирают на фундаментные балки, а панельные — непосредственно на блоки фундамента. Фундаментные балки опирают непосредственно на фундаменты или на набетонки. Блоки прерывистых ленточных фундаментов размещают на расчетных расстояниях.

Расчетное сопротивление грунта основания забивных блоков или в вытрамбованном котловане находят как минимальное значение из двух расчетных сопротивлений:

1)  полученного с использованием прочностных характеристик уплотненных грунтов в водонасыщенном состоянии;

2)  определенного по формуле, по давлению на грунт природного сложения, подстилающего уплотненную зону.

Если при забивке трамбовки в дно котлована втрамбовывают жесткий насыпной материал (щебень, жесткий бетон и др.), то несущую способность такого фундамента с уширенным основанием определяют при полном замачивании просадочного грунта как наименьшее из значений несущей способности по жесткому материалу, втрамбованному в дно котлована, по уплотненному грунту в пределах зоны уплотнения, по грунту природной плотности и влажности, находящемуся ниже уплотненной зоны.

Осадки основания фундаментов определяют по схеме двухслойного основания из уплотненного слоя  и подстилающего просадочного грунта. Они определяются без учета сжатия жесткого материала, втрамбованного в грунт основания. Размер фундамента в плане принимается равным размерам поперечного сечения уширенного основания из жесткого материала в месте наибольшего уширения, глубина заложения — по низу уширенной части основания.

При проектировании фундаментов в грунтовых условиях II типа по просадочности применяют полный комплекс мероприятий по устранению просадочности, в том числе водозащитные и конструктивные мероприятия. Применяют следующие способы и мероприятия:

  1. устройство свайных фундаментов с прорезкой толщи просадочных грунтов;
  2. закрепление всей толщи просадочных грунтов различными методами;
  3. уплотнение грунтов грунтовыми сваями;
  4. устройство фундаментов из набивных свай с уширенной пятой, заведенных в нижележащий слой непросадочного грунта;
  5. уплотнение грунтов с помощью предварительного замачивания и подводных взрывов при последующем уплотнении трамбованием верхнего слоя грунта;
  6. водозащитные мероприятия для уменьшения вероятности замачивания оснований. При возведении легких зданий и сооружений можно полностью исключить возможность проникновения в основания фундаментов дождевых, хозяйственных и подземных вод путем планировки территории, устройства дерновых и асфальтовых покрытий. Для отвода дождевых вод в дождевую канализацию устраивают кюветы, канавы, лотки. Особое внимание следует обратить на удаление воды от фундаментов. Для этого обратную засыпку фундаментов тщательно трамбуют и устраивают водонепроницаемую отмостку, с которой вода отводится с помощью лотков в кюветы и канализацию;
  7. конструктивные мероприятия должны назначаться для исключения влияния неравномерных деформаций на здание: повышение прочности и пространственной жесткости или увеличение податливости зданий в стыках и швах.

 

Осадок грунтов (основания) фундамента.

  1. Метод расчета выбирают в соответствии с геологическим строением основания, гидрогеологическими условиями и характером сооружения (назначение, конструкция, класс).
  2. По признаку механических свойств горные породы делятся на три основные группы: рыхлые, скальные и полускальные.
  3. Рыхлые породы, в свою очередь, можно разделять по крупности составляющих их обломков или зерен на четыре группы: крупнообломочные (галечниковые, щебнистые, гравийные), мелкообломочные (пески), пылеватые или мучнистые и глинистые (суглинки, глины).
  4. Рыхлые породы испытывают невосстановимые деформации даже при тех малых давлениях, которые в строительной практике приходится на них передавать (даже только доли кг/см2). Исключение в этом отношении составляют некоторые плотные галечники и щебень прочных пород, которые, находясь в основании сооружений, не испытывают, однако, больших деформаций.
  5. Рыхлые породы совсем не имеют структурных связей, являясь сыпучими, или имеют коллоидные связи, иногда с небольшим участием слабых кристаллизационных связей, главным образом растворимых в воде.
  6. Скальными следует называть те породы, у которых в естественном состоянии, а также в состоянии насыщения водой предел упругости при сжатии значительно выше пределу давлений на основание, допустимых с точки зрения прочности); самого фундамента.
  7. К скальным относятся все породы с кристаллизационными структурными связями (изверженные и метаморфические породы, известняки и доломиты, многие песчаники с карбонатным и кварцевым цементом и т. п.) и часть пород с аморфными упругими связями (песчаники с опаловым цементом, кремнистые туфы и т. п.). Такие породы, как мергелистые известняки, туфовые известняки, гипсолиты, мел, слабые ракушечники и т. п., образуют переход к группе полускальных пород. Они имеют сравнительно высокую прочность, но вследствие легкой растворимости быстро разрушаются, если в них циркулирует вода по трещинам и крупным порам.
  8. В полускальных породах имеются одновременно упругие кристаллизационные или аморфные и пластичные коллоидные структурные связи. До известного предела сжатию сопротивляются, упругие связи, и полускальные породы деформируются пропорционально нагрузкам, и притом обратимо. Выше предела, когда упругие связи разрушаются, сжатию сопротивляются коллоидные связи и деформации происходят в результате необходимого уплотненна скелета, как у рыхлых пород. При выветривании или воздействии растворов, разрушающих упругие связи, полускальные породы деградируют и деформируются под действием сжимающих усилий как рыхлые породы. К полускальным породам относятся: мергели, опоки, глинистые мергели, глинистые сланцы, алевролиты, аргиллиты и т. п.
  9. При строительных расчетах деформаций пород (под воздействием сооружения) формулы механики должны соответствовать механической характеристике указанных основных групп пород. Выбор этих формул определяется тем, насколько можно уподобить породу тому или иному идеальному механическому телу: твердому, упругому, пластичному или дисперсному. Эти тела служат механическими моделями пород при строительных расчетах.
  10. Прочность скальных пород в основаниях сооружений на практике далеко не используется. Это видно из того, что предельно допускаемые напряжения намного меньше предела пропорциональности при сжатии. Поэтому при расчетах прочности сооружений, строящихся на скальных породах, учет возможных деформаций не имеет практического значения. Обычно в этих случаях при назначении допустимых нагрузок исходят из величины предельного сопротивления породы сжатию и выбранного коэффициента запаса.
  11. Надо, однако, иметь в виду, что величина модуля упругости, определяемая по данным испытания в лаборатории на кубических или цилиндрических образцах, выпиливаемых из абсолютно целого куска породы (без единой трещинки), не могут непосредственно быть применяемы при расчетах. Порода в естественных условиях никогда не бывает совершенно однородной и лишенной всяких трещин и трещинок. Поэтому упругие свойства породы в ее коренном залегании надо оценивать гораздо более низкими значениями величин, чем получаемые на лабораторных образцах. Вследствие неравномерного разрушения пород основания поведение их под давлением сооружения может быть неодинаковым. Поэтому скальные породы необходимо оценивать с точки зрения их состояния по всей площади основания. Оценка полускальных пород, если не предполагать возможность их деградации, и расчеты осадок возведенных на них сооружений производятся с помощью формул теории упругости. При расчетах для ответственных сооружений нужно обязательно проверять равномерность осадок для различных их частей.
  12. Многочисленные опыты по определению модулей полных и модулей упругих деформаций при сжатии опок и других полускальных пород показали, что величины тех и других модулей деформаций, вычисляемые в лаборатории для образцов в водонасыщенном состоянии, разнятся в некоторых случаях в 2—3 раза. Следовательно, деформация сжатия возрастает пропорционально не первой степени напряжения, а более высокой, т. е. возрастает значительно быстрее, чем следует по теории упругости. Естественно, что расчеты по формулам теории упругости с применением модуля упругости дают заниженные величины осадок сооружения.
  13. Методы, применяемые в лабораториях по изучению сопротивления строительных материалов, непригодны для определения деформаций полускальных пород. Испытания сжимаемости более слабых из полускальных пород (например, глинистых мергелей) надо производить на компрессионных приборах, рассчитывая модуль полной деформации так, как это делается для рыхлых пород, т. е. Сложнее обстоит дело с расчетами осадок сооружения на рыхлых породах. Как видно на диаграмме, линейную зависимость между напряжениями и деформациями сжатия даже при меньшей величине напряжения, чем бывает на практике, можно допускать для рыхлых пород только с большой условностью. Это и понятно, так как относящиеся к рыхлым породам пески и глины и промежуточные породы при сжатии не только деформируются как упругие тела, но и претерпевают структурные изменения в результате смещения частиц (уплотнение), а также изменения в составе и состоянии (при достаточно высоком коэффициенте водонасыщенности из пор может выжиматься вода).
  14. Сжимаемость и уплотнение определяются полевыми и лабораторными методами. Распределение напряжений в основании, определяется методами теории упругости и механики грунтов.
  15. Если породы основания в пределах активной (сжимающейся) зоны залегают несколькими слоями, то показатели сжимаемости, отставляемые в формулы при расчете осадки, должны определяться для пород каждого слой в отдельности. Затем определяют величину вертикального напряжения, передающегося веса сооружения на каждый слой. Для этого могут служить различные по точности методы.

 

Основные причины развития неравномерных осадок.

Вид осадки

Причины развития неравномерной осадки

Степень влияния указанных причин на развитие неравномерной осадки


Осадка от уплотнения грунта

  1. Выклинивание отдельных слоев грунта в пределах контура здания
  2. Линзообразное залегание отдельных видов грунта
  3. Неодинаковая мощность слоев грунта, залегающих в основании
  4. Неодинаковая плотность грунта или неравномерное распределение в грунте различных включений (торф и др.)
  5. Неодинаковые нагрузки на отдельные фундаменты и разные размеры фундаментов при равных контактных давлениях
  6. Неодинаковое влияние соседних фундаментов на осадку фундаментов в средних и крайних частях сооружения
  7. Неодновременное загружение фундаментов в период постройки сооружения
  8. Загружение отдельных фундаментов нагрузкой меньше проектной
  9. Неодинаковое набухание грунта вследствие причин, указанных в пп. 1...4

Основное влияние. Неравномерность осадки определяется расчетом


Вспучивание фундаментов из-за набухания грунта при уплотнении под нагрузкой

  • Откопка одного котлована на различную глубину
  • Большее набухание грунта под центральной частью котлована, чем под краями и углами
  • Различная продолжительность набухания грунта в отдельных частях котлована
  • Неодинаковое сопротивление грунта сдвигу вследствие причин, указанных в пп. 1 ...4

Незначительное влияние может быть при глубине котлована более5 м

Незначительное влияние при давлении на подошвеменьше 0,1 МПа


Осадка разрушения с пластическими деформациями

  • Неодинаковое развитие зон пластических деформаций вследствие причин, указанных в пп. 5, 7, 8
  • Воздействие метеорологических факторов: промерзание и опаива­ние грунта в основании при устройстве фундаментов и строительстве зданий; набухание и размягчение грунта в оснований при увлажнении его атмосферными водами; высыхание грунта в основании под воздействием солнечной радиации и ветра
  • Воздействие грунтовых вод: разрушение слоев грунта гидростатическимдавлением; разрушение грунта в результате гидродинамического воздействия; суффозия грунта потоком грунтовых вод в котлован или приямки

Большое влияние при недостатках в организации работ


Осадка разрушения вследствие нарушения структуры грунта при производстве работ

  • Динамическое воздействие на водонасыщенные, очень пористые пылеватые и глинистые грунты; при перемещении механизмов по дну котлована; при ударах землеройных машин о грунт (например, при разработке прочного или мерзлого грунта); при выполнении взрывных работ около возводимого сооружения

Небольшое влияние

 

Морозное пучение грунтов, влияние оказываемое на фундаменты сооружений.

В зависимости от уровня межпластовых вод пучинистые явления проявляются в течение сезона в разной степени. Если водонасыщенные слои находятся высоко, то пучинистые явления проявляются и зимой, и весной. В этом случае низкие зимние температуры и повышенная влажность грунта усилят пучение грунта. Если же грунтовые воды залегают глубоко, то увлажнение верхних слоев грунта "верховодкой" возникнет только при таянии снега весной, когда температура воздуха не такая низкая, как зимой. При таких условиях пучение грунта не будет столь значительным.

На большей территории России температура воздуха зимой опускается ниже 0° С и грунт промерзает в течение 2—9 месяцев. С наступлением отрицательной температуры воздуха каждый из элементарных слоев грунта находится последовательно в одной из следующих стадий.

  • Первая стадия (подготовительная) — охлаждение грунта до температуры, при которой лед в нем еще не образуется.
  • Вторая стадия (основная) — охлаждение грунта в пределах интенсивных фазовых переходов, когда происходит объемное увеличение воды при переходе ее в лед (замерзание) и перераспределение влаги (миграция). Эта стадия сопровождается морозным пучением грунта.
  • Третья стадия (переохлаждение) — уменьшение грунта в объеме (усадка на морозе) при дальнейшем понижении температуры.

Переход из одной стадии замерзания в другую происходит плавно. Каждой стадии охлаждения соответствуют вполне определенные физические процессы и связанные с ними изменения состояния и свойств грунта. Главную роль при этом играют процессы перемещения (миграции) и кристаллизации (замерзания) воды.

Одним из наиболее важных процессов, происходящих при промерзании грунта, требующих учета в проекте оснований и фундаментов, является увеличение его объема (как правило, неравномерное) и последующая осадка-просадка при оттаивании (также неравномерная), которые являются самой распространенной причиной деформаций различных зданий и сооружений (особенно малонагруженных) при производстве работ в зимнее время.

Морозное пучение грунта — это результат объемного расширения воды (примерно на 9%), находящейся в нем до промерзания и дополнительно мигрирующей к границе промерзания в процессе перехода воды из жидкого состояния в твердое (лед).

При замерзании даже всей поровой воды в грунте увеличение его объема не превышает 3...4% (закрытая система). В то же время в натуре объем грунта при его промерзании увеличивается на 10—50 и даже 100%. Рост объема грунта при промерзании (пучении) сопровождается резким увеличением влажности грунта с образованием в нем льда в виде линз и прослоек. Пучение грунта развивается вследствие притока (миграции) воды к фронту промерзания из нижележащих слоев (открытая система).

В природных условиях, и особенно в процессе строительства, вследствие неоднородности состава грунтов, распределения влаги, плотности, условий промерзания и ряда других факторов морозное пучение всегда бывает неравномерным, а поэтому опасным для сооружения, так как при этом возникают и неравномерные силы морозного пучения.

При положительной температуре грунты представляют собой обычно трехкомпонентную систему, состоящую из минеральных частиц, воды и воздуха (е). При отрицательной температуре грунты переходят в более сложную четырехкомпонентную систему. Лед в мерзлом грунте является цементирующим веществом между отдельными минеральными частицами. Кроме того, лед является заполнителем пор грунта и его разрыхлителем при промерзании (пучении).

Соотношение между свободной и связанной водой в грунтах различно и определяется, ее гидрофильностью (способностью минералов абсорбировать воду) и составом поровой воды. В пылевато-глинистых грунтах связанной воды гораздо больше по сравнению с грунтами, сложенными преимущественно частицами грубодисперсной фракции (крупнее 0,1 мм). В песках крупных и средних и крупнообломочных грунтах с заполнителем до 10% (по массе) этой воды немного и она не имеет практического значения.

Температурой начала замерзания считается наивысшая и наиболее устойчивая температура, наступающая вслед за температурным скачком и обусловленная кристаллизацией наименее связанной с минеральным скелетом воды в объеме грунта, охлажденного до температуры ниже нуля. Температура для разных грунтов различна (для песка 0° С, для глины —0,5...—1,5° С) и зависит в основном от влажности и наличия солей в растворенном виде. Так, температура начала замерзания суглинка при концентрации раствора солей и влажности 16% составляет —10°, при концентрации 23,1% — соответственно —21,1°, а незасоленного —1,0°. Эту особенность необходимо учитывать и принимать меры по понижению температуры начала замерзания грунта, находящегося вблизи фундамента или под ним.

Объем промерзающего грунта увеличивается в том случае, если его влажность превосходит расчетную «критическую» влажность, ниже значения которой прекращается перераспределение влаги в промерзающем грунте. Коэффициент водонасыщения грунта при его критической влажности равен примерно 0,90. Но эта зависимость выражает лишь предел влажности, характеризующей стабильное состояние грунта при его промерзании в условиях трехфазной системы, но не учитывает способность влаги к передвижению (миграции).

Интенсивность и глубина сезонного промерзания грунта в естественных условиях определяются большим количеством факторов: продолжительностью и суровостью зимнего периода (количество отрицательных градусо-дней), величиной снежного покрова, временем выпадения осадков (твердых и жидких), видом и составом грунта и его теплофизическими и влажностными характеристиками, естественной влажностью и ее динамикой во времени, наличием и характером растительного покрова, экспозицией местности, глубиной залегания подземных вод, рельефом местности и др. Многие из перечисленных факторов имеют региональное значение.

Такое большое количество определяющих факторов чрезвычайно затрудняет прогноз глубины промерзания и, следовательно, пучения грунта.

Во все время промерзания грунтов (основная стадия), особенно в области интенсивных фазовых переходов воды (при температуре от 0 до —5°), при некоторых условиях может происходить значительное перераспределение воды, содержащейся в грунте. Обычно в песках мелких и пылеватых, в пылевато-глинистых грунтах наблюдается подтягивание ее снизу вверх (миграция) к фронту охлаждения и промерзания.

Миграция воды в грунтах — явление очень сложное. На качественную сторону процесса миграции оказывают влияние многие факторы: гранулометрический и химико-минералогический состав грунтов; гидрофильность грунта; начальная влажность и наличие подтока воды извне к промерзающему грунту; плотность грунта; скорость и время промерзания; температура среды, при которой замерзает вода в грунте; величина приложенной нагрузки (давление); повторность циклов замерзания и оттаивания и др.

Миграция наблюдается только в гидрофильных (смачивающихся водой) замерзающих системах, Наиболее интенсивная миграция происходит в грунтах с малой скоростью промерзания и с высоким содержанием пылеватых фракций (размер частиц 0,05...0,005. Это объясняется тем, что грунты, содержащие в своем составе преобладающее количество (более 50%) пылеватых фракций, в природных условиях характеризуются высоким капиллярным поднятием и, следовательно, легкой отдачей воды и быстрым ее поглощением. Структурная связность этих грунтов очень слабая. Такие физические свойства грунтов создают наиболее благоприятные условия для льдовыделения в промерзающем грунте (пучение).

Наличие в глинистых грунтах большого количества коллоидных частиц сильно затрудняет передвижение воды по капиллярам, что резко ограничивает возможность большого накопления льда, образующегося за счет подтягивания воды по капиллярам из нижних слоев грунта к фронту промерзания. Кроме того, мелкодисперсные вшнистые грунты обладают большой удельной поверхностью частиц и за счет поверхностной энергии притягивают к себе воду; таким образом, эти грунты затрудняют кредвижение воды по тонким капиллярам к слою промерзания и, следовательно, уменьшают возможность накопления линз и прослоек льда.

В крупноскелетных промерзающих грунтах (крупнообломочные грунты с песчаным заполнением, пески крупные и средние) миграция практически отсутствует, что объясняется малой величиной удельной поверхности, наличием фильтрационных и других свойств (при любом положении уровня подземных вод). При промерзании таких грунтов происходит отжатые «поршневой эффект» воды из промерзающего слоя гидростатическими силами, развивающимися вследствие увеличения объема воды при замерзании, и не замерзшая еще вода перемещается от фронта промерзания — отжимается.

В свою очередь в крупноскелетных грунтах (супесчаных, суглинистых, глинистых моренах) при содержании в виде заполнителя частиц размером менее 0,1 мм более 10% по массе наблюдается интенсивная миграция влаги. В зависимости от положения уровня подземных вод эти грунты могут относиться к средне- и даже сильнопучинистым грунтам.

В песках мелких и пылеватых, в пылевато-глинистых грунтах (супесях, суглинках, глинах, особенно ленточных), промерзающих в условиях обводнения, наблюдается интенсивная миграция влаги. Перечисленные грунты при промерзании дают деформации до десятков сантиметров (например, ленточные глины Карелии — до 20 см на 1 метр промерзания) и причиняют значительные повреждения фундаментам зданий и сооружений. Надо помнить, что чем ближе уровень подземных вод к границе промерзания, тем большей степенью пучинистости обладают пылевато-глинистые грунты при прочих равных условиях.

Наиболее пучинистые грунты содержат пылеватых частиц от 30 до 80%. Дело в том, что подобные грунты имеют слабо выраженную текстуру и незначительное сцепление между цылеватыми частицами, поэтому при промерзании ледяные кристаллы в таких грунтах образуются внутри структурных элементов и вызывают значительные деформации морозного пучения. При увлажнении пылеватые грунты теряют сцепление между частицами, при промерзании в них образуется большое количество ледяных прослоек и линз.

На величину морозного пучения грунтов большое влияние оказывает плотность их сложения. Так, если грунты очень плотные, то при их промерзании наблюдается незначительное пучение (хотя все поры заполнены водой), поскольку такие грунты имеют малое количество воды и в них затруднена возможность ее передвижения при промерзании. В очень рыхлых грунтах много пор и пустот, которые обычно свободны от воды, и за счет этих пустот могут гаситься деформации пучения. Грунты средней плотности с полным заполнением всех пор водой при промерзании сильно увеличиваются в объеме, т. е. деформируются от морозного пучения.

Таким образом, решающим фактором, вызывающим пучинистость грунта, является его влажность перед промерзанием (предзимняя), с увеличением которой до определенного предела морозоопасность возрастает. При определении степени пучинистости грунта необходимо учитывать положение и возможное изменение уровня подземных вод. Степень пучинистости грунта в зоне капиллярного увлажнения (аэрации) зависит от вида грунта или заполнителя, его показателя текучести и ряда других факторов.

Следует помнить, что в условиях влажного климата Северо-Запада нарушение естественного сложения грунта при производстве земляных работ приводит к значительному дополнительному увлажнению оснований и обратных засыпок (пазух), а часто и к появлению «верховодки», не обнаруженной при изысканиях.

Незнание процессов, протекающих в грунте при промерзании — оттаивании, является причиной неправильного производства строительных работ нулевого цикла в зимнее время и как следствие этого — деформирования, как правило, малонагруженных (легких, законсервированных) зданий и сооружений.

Для прогнозирования характеристик пучения (относительной деформации пучения) грунтов необходимо установление ряда нормативных значений исходных показателей, к которым в первую очередь относятся:

  • зерновой (гранулометрический) состав грунта;
  • влажность грунта;
  • плотность скелета грунта;
  • плотность твердых частиц грунта;
  • пластичность грунта
  • положение уровня подземных вод;
  • средняя температура  и продолжительность периода промерзания;
  • мощность слоя промерзшего грунта.

 

Фундаменты на сильносжимаемых водонасыщенных грунтах.

Иногда здания и инженерные сооружения возводят на слабых грунтах, характеризуемых сильной и неравномерной сжимаемостью. При возведении зданий и сооружений, чувствительных к неравномерным осадкам, к сильносжимаемым относятся грунты, обладающие модулем общей деформации менее 5 МПа и имеющие коэффициент относительной сжимаемости около 0,015 см2/кг. К ним относятся насыпные грунты, илы, торфянистые и слабоуплотненные глинистые грунты (озерно-ледниковые ленточные глины и суглинки, супеси и суглинки, содержащие органику и др.). Эти грунты обладают неравномерной сжимаемостью, что затрудняет прогноз ожидаемых осадок. Осадка зданий на таких грунтах вызывается их уплотнением, вспучиванием или разрушением. Причины, приводящие к развитию неравномерных осадок, приведены далее.

Здания и сооружения с различной жесткостью и прочностью конструкций и узлов неодинаково чувствительны к неравномерным осадкам. Так, более гибкие сооружения, следующие за перемещением поверхности грунта, деформируются почти без дополнительных усилий в конструкциях. Например, разрезные балки (в покрытиях, перекрытиях) допускают неравномерную осадку опор (колонн) без возникновения дополнительных усилий. В жестких узлах каркасных зданий возникают дополнительные усилия при неравномерных осадках фундаментов, жесткие высокие сооружения (телевизионные башни, дымовые трубы, водонапорные башни и др.) при неравномерных деформациях основания сооружения испытывают крен.

Большая часть сооружений обладает конечной жесткостью, поэтому при различной податливости основания происходит частичное выравнивание осадок и одновременно перераспределение давления по подошве фундаментов, вызывающее концентрацию давления на участках, под которыми основание обладает большей жесткостью. Это приводит к возникновению дополнительных усилий в фундаментах и несущих конструкциях сооружений. Когда конструкции не способны воспринять дополнительные усилия, в них появляются трещины и в сечениях с трещинами резко снижается жесткость. Это способствует развитию неравномерных осадок, уменьшению концентрации давления по подошве фундаментов, действию дополнительных усилий в несущих конструкциях.

Перераспределение давления по подошве фундаментов при большой неоднородности грунтов основания зависит от размеров сооружения и распределения давления в плане; соотношения жесткостей сооружения и основания; степени неравномерности податливости основания по площади застройки; соотношения скорости возведения сооружения и увеличения его жесткости во времени, с одной стороны, и развития осадок и их неравномерности во времени — с другой стороны. Поэтому нужно хотя бы ориентировочно оценить возможное перераспределение давления по подошве фундаментов и возникающие при этом дополнительные усилия в конструкциях зданий. Вследствие сложности расчета неравномерно сжимаемого основания совместно со зданием можно назначить конструктивные мероприятия, направленные на уменьшение чувствительности конструкций к неравномерным осадкам.

Для уменьшения влияния ожидаемой неравномерности осадки принимают следующие меры: изменение заглубления подошвы фундаментов из расчета одинаковой мощности сильносжимаемого грунта ниже подошвы; изменение площади подошвы фундаментов с учетом будущих осадок; использование верхнего более плотного слоя в качестве распределительной подушки (при его наличии); замена верхнего слоя слабого слоя грунта на песчаную подушку; выполнение более глубокого подвала в части здания, осадка которой ожидается больше соседних частей.

При прогнозируемой осадке зданий более 15 см зданиям или отдельным блокам, опирающимся на более слабый грунт, придают строительный подъем, поднимая отметку подошвы фундамента на величину ожидаемой осадки; в месте примыкания внешних сетей к фундаментам предусматривают зазор не менее ожидаемой осадки; вводы и выпуски прокладывают в каналах, обеспечивающих нормальную эксплуатацию трубопроводов при неравномерной осадке; канализационные выпуски делают с уклонами, гарантирующими их работу после развития неравномерной осадки; зазор в осадочном шве делают из расчета возможного крена отдельных частей сооружений не менее 3 см, заполняя его упругим материалом.

 

При проектировании фундаментов на сильносжимаемых грунтах основное внимание уделяется оценке их сжимаемости и изменчивости этой характеристики. Особое внимание должно уделяться тщательности и полноте изысканий: испытаниям сжимаемости, определению структурной прочности сжатия, фильтрационных свойств, содержания органического вещества и степени его разложения в биогенных грунтах.

При неравномерной податливости основания здания испытывают прогиб, выгиб, или более сложную форму деформации, поэтому в конструкциях возникают дополнительные усилия.

Применяют следующие способы устройства фундаментов на сильносжимаемых водонасыщенных грунтах:

1) устройство железобетонных поясов в стенах или фундаментах. Эти пояса должны воспринимать изгибающие моменты, действующие на здание при его прогибе или перегибе вследствие неравномерной осадки основания. При таком расчете необходимо знать неравномерность осадок, чтобы выявить перераспределение контактных давлений, которое вызывает действие изгибающих моментов. Для определения неравномерности осадок нужны подробные данные по инженерно-геологическим изысканиям, которые дают возможность вычислить осадки и определить их неравномерность;

3)  устройство известковых свай с заполнением негашеной известью проделанных с помощью обсадных труб скважин, что ведет к ее гашению грунтовой водой и увеличению в объеме на 60...80% с уплотнением грунта;2)  устройство песчаных дрен в слабом грунте для уменьшения расстояния движения воды из глинистого слабого грунта в целях сокращения времени уплотнения основания. Песчаные дрены диаметром 400...600 мм и глубиной до 20 м выполняют на расстояниях 2,5 м и объединяют по верху горизонтальным дренирующим слоем в виде песчаной подушки толщиной до 1 м, причем для ускорения процесса отжатия воды сверху устраивают пригрузочную насыпь. Там, где нет песка, можно применять картонные дрены или дрены из других искусственных материалов. Вместо песчаных дрен можно устраивать песчаные сваи путем забивки стальных труб с последующим заполнением полости уплотняемым песчаным грунтом;

4)  выполнение дренирующих прорезей в виде траншей шириной 60...80 см и глубиной до 5,5 м, заполняемых песком, при большой площади уплотняемого основания толщиной до 7 м. Над прорезями также устраивается песчаная подушка;

5)  устройство песчаных подушек в целях сокращения глубины заложения подошвы фундаментов и передачи давления на большую площадь. Для устройства подушек используют среднезернистый или крупнозернистый песок, а также щебень, гравий или песчано-гравийные смеси. Размеры подушек определяют исходя из необходимости передачи на слабый грунт небольшого давления от фундаментов, меньшего, чем несущая способность слабого грунта;

6) выполнение жесткого сплошного фундамента под всем зданием, выравнивающего неравномерные осадки. Такой фундамент может быть выполнен коробчатым и «плавающим», учитывающим подъемную силу грунтовых вод;

7)  применение свайных фундаментов с развитой боковой поверхностью с учетом эффекта засасывания (вторичное повышение сопротивления во времени по боковой поверхности). Этот эффект нужно устанавливать экспериментально, путем статических испытаний свай на строительной площадке. При некоторых грунтовых напластованиях необходим учет отрицательного трения, если часть грунта, контактирующего с боковой поверхностью свай, будет испытывать большие осадки (будет стремиться переместиться вниз относительно боковой поверхности свай и зависать на боковой поверхности, создавая дополнительную нагрузку на сваю).

Фундаменты на пучинистых и набухающих грунтах.

Известны два вида грунтов, увеличивающих свой объем при внешних воздействиях и затем снижающих его при уменьшении этих воздействий: пучинистые и набухающие. Пучинистые грунты увеличивают свой объем при сезонном промерзании и резко уменьшают его при оттаивании (к ним относятся пески мелкие и пылеватые, суглинки, глины и увлажненные крупнообломочные грунты с содержанием более 30% частиц размером менее 0,1 мм).

Набухающие грунты (некоторые глинистые грунты) увеличивают свой объем (набухают) при повышенной влажности и уменьшают его при последующем снижении влажности. Напряжения при пучении грунтов велики, они вызывают подъем зданий и сооружений с последующей мгновенной (катастрофической) осадкой, ведущей к деформациям, трещинам, кренам и др.

Выбор конструкции фундамента на пучинистых промерзающих грунтах производят на основе технико-экономического сравнения вариантов фундаментов исходя из инженерно-геологических условий строительной площадки. При этом основными характеристиками пучинистых грунтов являются высота поднятия поверхности промерзшего грунта и относительное пучение.

Основным мероприятием, предотвращающим морозное пучение, является заложение подошвы ниже расчетной глубины промерзания. Но такое решение не исключает морозного пучения малонагруженных фундаментов, поэтому для таких фундаментов нужно применять мероприятия по исключению пучения (например, устройство подушек из непучинистых материалов, наклонных граней с прокладкой двух слоев изоляции для предотвращения действия больших касательных усилий). Можно применять фундаменты из забивных блоков и в вытрамбованных котлованах. При устройстве подушки используют песок крупный или средней крупности, мелкий щебень и др. Вместе с тем при технико-экономическом обосновании возможно применение малозаглублен-ных фундаментов на пучинистых грунтах при выполнении комплекса необходимых мероприятий.

При проектировании фундаментов назначается глубина заложения фундамента с учетом предупреждения промерзания и пучения грунта под подошвой; при применении подушки из непу-чинистого материала задаются размерами подошвы фундамента и толщиной подушки; рассчитывают основания и фундаменты (по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения, по деформации промерзающих грунтов).

Пучинистые промерзающие грунты в качестве оснований лучше не использовать. Но если в результате технико-экономического сравнения появится необходимость сокращения стоимости и времени работ, то может быть рассмотрен один из вариантов использования пучинистых промерзающих грунтов в качестве оснований малозаглубленных фундаментов, например с использованием грунтовой подушки. Для этого необходимо, во-первых, проверить условие, что среднее давление под подошвой фундамента не превышает расчетного сопротивления материала подушки, а давление по низу подушки — расчетного сопротивления грунта; во-вторых, проверить фундамент по устойчивости на воздействие касательных сил морозного пучения; в-третьих. определить деформации пучения ненагруженного основания; в-четвертых, после определения температурного режима и динамики сезонного промерзания рассчитать основание по деформациям пучения. Для снижения сил морозного пучения проводят мероприятия, осушающие грунт или не допускающие их водонасыщение в зоне сезонного промерзания и ниже этой зоны на глубине 2...3 м.

При малонагруженных фундаментах целесообразно применять конструктивные решения, направленные на снижение сил морозного пучения и деформаций конструктивных элементов зданий, а также приспособление зданий к неравномерным деформациям оснований. Боковые грани фундамента лучше выполнять наклонными. Для уменьшения влияния касательных сил пучения выполняют обратную засыпку непучинистым грунтом или покрывают боковые поверхности изолирующим от смерзания материалом. Для снижения чувствительности к возможным неравномерным осадкам устраивают армированные пояса в фундаментах из сборных блоков. При возведении малозаглубленных столбчатых фундаментов фундаментные балки необходимо укладывать с зазором между ними и грунтом, величина которого не меньше расчетной величины подъема ненагруженного грунта при пучении. Этот зазор должен быть заполнен непучинистым грунтом.

При проектировании фундаментов на набухающих грунтах

необходимо учитывать возможное набухание при подъеме уровня грунтовых вод; набухание и усадку грунтов в результате изменения водно-теплового режима, усадку грунтов в процессе их высыхания. На величину набухания оказывают влияние влажность и плотность грунтов. Увеличение начальной влажности способствует уменьшению набухания; с увеличением начальной плотности линейно возрастает набухание грунта. Основными характеристиками набухающих грунтов являются давление набухания, влажность набухания, относительное набухание при заданном давлении; относительная усадка при высыхании/

Нормативные значения относительного набухания и относительной усадки определяют по результатам лабораторных опытов при невозможности бокового расширения или по данным полевых испытаний.

При расчете оснований из набухающих грунтов деформации уплотнения основания от внешней нагрузки и возможную осадку от уменьшения влажности суммируют. Подъем основания при набухании грунтов рассчитывают в предположении полной стабилизации осадок уплотнения грунтов от внешней нагрузки.  Если расчетные деформации оснований больше допустимых, то вводят водозащитные мероприятия (планировку территории со стоком атмосферных вод в канализацию, организованный отвод воды с кровель, устройство отмосток с уклоном не менее 3° и др.); предварительное замачивание набухающих грунтов в пределах всей зоны или ее части; устройство компенсирующих песчаных подушек; замену набухающего грунта не набухающим полностью или частично; полную или частичную прорезку фундаментами слоя набухающих грунтов.

 

Выпирание пород основания (грунта) из-под фундаментов.

  1. Кроме расчетов осадок, необходимо проверять устойчивость основания против выпирания пород из-под фундамента. Породы могут выпирать из-под фундамента или штампа, если напряжения в них превосходят предел упругости. Тогда в основании появляются участки с пластическими деформациями. Развитие этих деформаций создает угрозу целости основания, а следовательно и сооружения. Для определения условий их возникновения и границ их распространения применяется теория пластичности. Согласно этой теории размеры пластических деформаций зависят от свойств породы, величины вертикальных нагрузок и от конструкции фундамента – его ширины и заглубления.
  2. С возрастанием вертикальных нагрузок на подошву фундамента зоны пластических деформаций увеличиваются, а для случая наибольшей из трех взятых нагрузок сливаются под серединой подошвы. Это делает сооружение неустойчивым. Поскольку нагрузки от сооружения бывают приложены к основанию на некоторой глубине, так как фундамент своей подошвой давит.
  3. Напряженное состояние в любой точке основания можно определить, пользуясь теорией упругости. Для простоты предположим, что порода является вполне однородной на различных глубинах и неслоистой (последнее освобождает от учета направления текстуры).
  4. Если произвести расчет для трех различных нагрузок, передаваемых на рыхлую породу, через штамп, установленный на ее поверхности, то получим характеристику напряженного состояния породы в основании. В случае нагрузок, приложенных к поверхности, пластические области открыты, так что порода из них может быть выжата, а при заглубленном фундаменте они замкнутся и выпирание из них пород невозможно. Но и в последнем случае при достаточно больших нагрузках пластические зоны, образующиеся по обеим сторонам под подошвой фундамента, сомкнутся под ее серединой и сооружение окажется неустойчивым.
  5. Сложнее обстоит дело, когда порода в основании сооружения, например плотные глины, испытывает не только упругие деформации.
  6. Поэтому, вместо формул, в которых предполагалось, что боковое выпирание происходит по плоским поверхностям, начали разрабатывать методы расчета устойчивости песчаных пород в основании сооружений в предположении криволинейной поверхности скольжения. Для этих расчетов необходимо иметь две основные характеристики пород: объемный вес и угол внутреннего трения.
  7. В неоднородном основании, при наличии в нем прослоев и линз с разным сопротивлением сдвигу или разным относительным сопротивлением вдоль и поперек слоистости, форма поверхности скольжения будет в различной степени отклоняться от ее формы в однородном основании.
  8. При рассмотрении зон пластических деформаций основание предполагается песчаным. Песок, как известно, обладает способностью сохранять свою структуру при сжатии даже значительными усилиями, если боковое выпирание его невозможно (например, песок в обойме). Если не произойдет раздробления зерен песка при этом, то не будет и сдвигов.
  9. Говоря вообще, поверхность скольжения может переходить из одной породы в другую (пересекать граничную поверхность контакта), если угол встречи поверхности скольжения с поверхностью наслоения будет меньше угла сопротивления сдвигу по контакту двух слоев или вообще вдоль ориентированной текстуры. В противном случае поверхность скольжения пройдет по более слабой породе (по контакту).

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о крышах ( виды, материал, как лутше выбрать)

Статьи Все о Фундаменте

Статьи по газобетону ( газоблоку ), газобетонных блоков, газосиликатнных блоков

Новости, статьи, слухи, факты, разное и по чу-чуть

Статьи по кирпичу ( рядовому, лицевому,облицовочному,клинкерному, шамотному, силикатному,)

facebook twitter

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о Фундаменте

Другие статьи