Фундаменти відомості про просідаючих грунтах

Фундаменти відомості про просідаючих грунтах

Просіданням грунтів називається швидко протікає осаду, що виникає при докорінній зміні структури грунтів внаслідок надмірного зволоження. Просадні грунти відносяться до структурно-нестійких грунтах, які змінюють свої фізико-механічні властивості при зовнішніх впливах. Властивістю осідання мають зазвичай леси і лесовидні суглинки. Внаслідок наявності великих пір ці грунти іноді називають макропористыми.

Просадні лесові грунти володіють наступними властивостями: вони складаються в основному з пилуватих частинок, мають велику пористість (близько 50 %) і малу вологість. На зразках ґрунту видно великі пори (макропори діаметром 0,5... 5,0 мм і більше). У грунті міститься значна кількість карбонатів. При замочуванні вони швидко розмокають і втрачають первісну структуру. Розрахунок основ, складених лессовыми ґрунтами, виконують по деформаціям, які дорівнюють сумі опади від зовнішнього навантаження і осідання при замочуванні.

Просадні грунти характеризуються відносною просадочностью, початковим просадочным тиском і початкової просадочной вологістю.

Відносна просадочность — це відносна деформація грунту при його замочуванні під навантаженням. Вона встановлюється при випробуваннях грунтів при різних напругах, викликаних навантаженням від фундаменту і від власної ваги грунту.

В залежності від умов прояву просідання лесових ґрунтів розрізняють два типу грунтових умов:

• I тип грунтових умов, при яких відбувається осідання в основному від дії зовнішнього навантаження, а просідання від власної ваги або не відбувається, або її значення не перевищує 5 см;

• ІІ тип грунтових умов, при яких відбувається осідання від зовнішнього навантаження і власної ваги при значенні осідання більше 5 див.

Так як просадочность ґрунтів у межах будівельного майданчика істотно змінюється, для отримання достовірних даних необхідно визначити її в різних точках як по простяганню, так і по глибині. В залежності від величини значення при можливості замочування вибирають тип фундаменту і підстави.

Для визначення очікуваної осідання необхідно мати такі вихідні матеріали:

• нашарування грунтів, відносна просадочность кожного шару при будь-якому цікавить тиску, положення рівня грунтових вод;

• розміри фундаменту, глибина його заставляння, тиск по підошві.

Потім звичайними методами визначаються напруження від власної ваги грунту і від додаткового навантаження, що передається фундаментом. Епюра тисків від власної ваги будується на всю просадочную товщу до рівня до рівня ґрунтових вод. Епюра тисків від ущільнюючої навантаження (фундаменту) будується на глибину, встановлену нормами. Знаючи величину сумарних напруг у кожному шарі ґрунту і відносну просадочность при даному напрузі, знаходять величину осідання.

При визначенні просідання від власної ваги проміжні значеннях визначають інтерполяцією.

Проектування фундаментів на просадочних грунтах здійснюється в наступній послідовності:

а) оцінюються інженерно-геологічні умови, властивості ґрунтів, визначається тип грунтових умов за просіданням:

б) розглядаються варіанти усунення просадних властивостей грунтів, руйнування всієї товщі грунтів глибокими фундаменту
ми, комплекс водозахисних і конструктивних заходів;

в) вибирається глибина закладення фундаменту;

г) визначаються розміри фундаменту на природній основі;

д) визначається можлива просадка підстави;

е) уточнюються тип підстави, глибина закладення, тип фундаменту, розміри фундаменту;

е) у разі необхідності розраховується штучне підставу;

ж) проводиться конструктивний розрахунок фундаменту.

При аналізі інженерно-геологічних умов, в першу чергу, оцінюють просадні властивості грунтів. Можливість просідання від власної ваги та її величина визначаються в процесі досліджень шляхом досвідченого замочування в польових умовах. В залежності від типу грунтових умов призначаються заходи, що забезпечують експлуатаційну придатність споруди.

При I типі просадка можлива тільки від ваги споруди при попаданні води безпосередньо під фундаменти. Для виключення можливості такої осідання усувають просадочность грунту в межах деформівного зони. При II типі потрібно здійснити додаткові водозахисні або конструктивні заходи і усунути просадні властивості ґрунту на всю глибину просадочной товщі.

При виборі глибини закладення фундаментів враховують, що верхня частина лесових грунтів часто розпушена землероями. Цю зону прорізають і закладають фундаменти на позначці, де число ходів землероев — не більше двох на 1 м2 дна котловану.

При проектуванні враховують, що прорізання всього просадного шару знижує просадку до нуля. Зростання вартості фундаменту при цьому може бути компенсовані економією на пристрої штучного підстави або водозахисних і конструктивних заходах. Це встановлюється техніко-економічним порівнянням варіантів. Пристрій глибоких котлованів у просідаючих грунтах технічно не складно: грунти безводны, добре тримають вертикальні укоси, розробка здійснюється звичайними землеройными механізмами.

Попереднє визначення розмірів фундаментів на просадочном грунті проводиться так само, як на звичайних непроса-дочных грунтах, з використанням розрахункового опору грунту.

При влаштуванні фундаментів у вытрамбованном ложі спочатку забивають у грунт інвентарні пірамідальні або конічні елементи (трамбування), влаштовуючи вытрамбованные котловани, в яких потім бетонують монолітні фундаменти або встановлюють збірні конструкції. Їх застосовують як у непросадних, так і просідаючих грунтах. У першому випадку ці фундаменти дозволяють знизити витрату матеріалів, у другому — усунути просадні властивості грунтів.

Забивні блоки і трамбування можна занурювати в грунт за допомогою звичайних сваебойных агрегатів. Вытрамбованные котловани також влаштовують за допомогою скидається з висоти 4...8 м трамбування, отримуючи глибину ущільнення в межах 0,6... 3,0 м. Після забивання блоку або після трамбування навколо них утворюється ущільнена зона ґрунту, що підвищує несучу здатність або усуває просадочность.

Отриманий трамбуванням котлован заповнюють бетоном або монтують у нього збірний фундамент. Такі фундаменти можна використовувати подібно окремо стоять або пальових фундаментів: як стовпчасті під колони каркасних будівель і як стрічкові під стіни, в тому числі переривчасті, з розрахунковим відстанню між окремими забивними блоками або блоками в вытрамбованных котлованах.

Рекомендується використовувати фундаменти вытрамбованных котлованах у просадочних ґрунтах ІІ типу, якщо сумарна величина деформації, що визначається просіданням від власної ваги грунту і осадкою від навантаження, не перевищує граничних значень, які рекомендуються нормами, а також для одноповерхових виробничих і складських будівель з конструкціями, малочувствительными до нерівномірних деформацій, з навантаженням на окремий фундамент не більше 400 кН і просіданням від власної ваги грунту до 20 см.

У проект забивних фундаментів входять звичайні дані, наведені раніше для пальових фундаментів; у разі виконання фундаментів з трамбуванням ґрунту в проекті додатково вказують розміри передбачаються в результаті трамбування котлованів, параметри використовуваних трамбівок (розміри, маса, висота скидання, рекомендована кількість ударів), рекомендовану вологість трамбуемых грунтів, необхідна кількість води для зволоження грунтів, орієнтовні размерыуплотненной зони, відстані між котлованами переривчастих стрічкових фундаментів, розміри розширеної зони підстави, обсяг втрамбованного в грунт жорсткого матеріалу (бетону, щебеню, піщано-гравійної суміші), розрахункові міцнісні і деформаційні характеристики ущільнених грунтів, умовне розрахункове опір і діючі навантаження.

Конструктивні рішення вузлів обпирання колон або стін на фундаменти у вигляді забивних блоків або в вытрамбованном ложі аналогічні конструктивних рішень вузлів для стовпчастих, стрічкових або пальових фундаментів: колони можуть кріпитися в склянку, стіни з штучних матеріалів спирають на фундаментні балки, а панельні — безпосередньо на блоки фундаменту. Фундаментні балки спирають безпосередньо на фундаменти або на набетонки. Блоки переривчастих стрічкових фундаментів розміщують на розрахункових відстанях.

Розрахунковий опір грунту основи забивних блоків або в вытрамбованном котловані знаходять як мінімальне значення з двох розрахункових опорів:

1) отриманого з використанням характеристик ущільнених ґрунтів у водонасиченому стані;

2) визначеного за формулою, по тиску на грунт природного складання, підстилаючого ущільнену зону.

Якщо при забиванні трамбування в дно котловану втрамбовують жорсткий насипний матеріал (щебінь, жорсткий бетон і ін), то несучу здатність такого фундаменту з розширеним підставою визначають при повному замочуванні просадного грунту як найменше із значень несучої здатності з жорсткого матеріалу, втрамбованному в дно котловану, по ущільненому ґрунті в межах зони ущільнення, по ґрунту природної щільності і вологості, що знаходиться нижче ущільненої зони.

Опади підстави фундаментів визначають за схемою двошарової основи з ущільненого шару і підстильного просадного грунту. Вони визначаються без урахування стиснення жорсткого матеріалу, втрамбованного в грунт підстави. Розмір фундаменту в плані приймається рівним розмірами поперечного перерізу уширенного підстави з жорсткого матеріалу в місці найбільшого розширення, глибина закладання — по низу розширеної частини основи.

При проектуванні фундаментів у ґрунтових умовах II типу за просіданням застосовують повний комплекс заходів по усуненню просідання, в тому числі водозахисні та конструктивні заходи. Застосовують наступні способи і заходи:

1. пристрій пальових фундаментів з прорезкой товщі просадних грунтів;
2. закріплення всієї товщі просадних грунтів різними методами;
3. ущільнення грунтів ґрунтовими палями;
4. пристрій фундаментів з набивних паль з розширеною п'ятою, заведених в нижележащий шар непросадочного ґрунту;
5. ущільнення грунтів з допомогою попереднього замочування і підводних вибухів при подальшому ущільненні трамбуванням верхнього шару грунту;
6. водозахисні заходи для зменшення ймовірності замочування підстав. При зведенні легких будівель і споруд можна повністю виключити можливість проникнення в підстави фундаментів дощових, господарських і підземних вод шляхом планування території, влаштування дернових і асфальтових покриттів. Для відведення дощових вод у дощову каналізацію влаштовують кювети, канави, лотки. Особливу увагу слід звернути на видалення води від фундаментів. Для цього зворотну засипку фундаментів ретельно трамбують і влаштовують водонепроникну вимощення, з якої вода відводиться за допомогою лотків у кювети і каналізацію;
7. конструктивні заходи повинні призначатися для виключення впливу нерівномірних деформацій на будівлю: підвищення міцності і просторової жорсткості або збільшення податливості будівель в стиках і швах.

Осад грунтів (підстави) фундаменту.

1. Метод розрахунку вибирають згідно з геологічною будовою підстави, гідрогеологічними умовами і характером споруди (призначення, конструкція, клас).
2. За ознакою механічних властивостей гірські породи поділяються на три основні групи: пухкі, скельні і полускальные.
3. Пухкі породи, в свою чергу, можна поділяти за крупності складових їх уламків або зерен на чотири групи: великоуламкові (галечникові, щебнисті, гравійні), мелкообломочные (піски), пилові або борошнисті і глинисті (суглинки, глини).
4. Пухкі породи відчувають невідновні деформації навіть при тих малих тисках, які в будівельній практиці доводиться на них передавати (навіть тільки частки кг/см2). Виняток у цьому відношенні становлять деякі щільні галечники та щебінь міцних порід, які, перебуваючи в основі споруд, не відчувають, проте, великих деформацій.
5. Пухкі породи зовсім не мають структурних зв'язків, будучи сипучими, або мають колоїдні зв'язку, іноді з невеликою участю слабких кристалізаційних зв'язків, головним чином розчинних у воді.
6. Скельними слід називати ті породи, у яких в природному стані, а також в стані насичення водою межа пружності при стиску значно вище межі тисків на основу, допустимих з точки зору міцності); самого фундаменту.
7. До скельних відносяться всі породи з кристаллизационными структурними зв'язками (вивержені і метаморфічні породи, вапняки і доломіти, багато пісковики з карбонатним і кварцовим цементом тощо) і частина порід з аморфними пружними зв'язками (пісковики з опаловим цементом, кременисті туфи тощо). Такі породи, як мергелістих вапняки, туфові вапняки, гипсолиты, крейда, слабкі черепашники і т. п., утворюють перехід до групи напівскельних порід. Вони мають порівняно високу міцність, але внаслідок легкої розчинності швидко руйнуються, якщо в них циркулює вода по тріщинах і великими порами.
8. У напівскельних породах є одночасно пружні кристаллизационные або аморфні і пластичні колоїдні структурні зв'язки. До відомої межі чинять опір стисненню, пружні зв'язки, і полускальные породи деформуються пропорційно навантаженням, і притому оборотно. Вище межі, коли пружні зв'язки руйнуються, чинять опір стисненню колоїдні зв'язку та деформації відбуваються в результаті необхідного уплотненна скелета, як у пухких порід. При вивітрюванні або дії розчинів, що руйнують пружні зв'язку, полускальные породи деградують і деформуються під дією стискаючих зусиль як пухкі породи. До полускальным порід відносяться: мергелі, опоки, глинисті мергелі, глинисті сланці, алевроліти, аргіліти тощо

1. При розрахунках будівельних деформацій порід (під впливом споруди) формули механіки повинні відповідати механічній характеристиці зазначених основних груп порід. Вибір цих формул визначається тим, наскільки можна уподібнити породу того чи іншого ідеального механічного тіла: твердому, пружній, пластичному або дисперсному. Ці тіла служать механічними моделями порід при будівельних розрахунках.
2. Міцність скельних порід у підставах споруд на практиці далеко не використовується. Це видно з того, що гранично допустимі напруги набагато менше межі пропорційності при стисненні. Тому при розрахунках міцності споруд, що будуються на скельних породах, облік можливих деформацій не має практичного значення. Зазвичай в цих випадках при призначенні допустимих навантажень виходять з величини граничного опору породи стиску і обраного коефіцієнта запасу.
3. Треба, однак, мати на увазі, що величина модуля пружності, визначається за даними випробування в лабораторії на кубічних або циліндричних зразках, выпиливаемых з абсолютно цілого шматка породи (без жодної тріщини), не можуть безпосередньо бути застосовувана при розрахунках. Порода в природних умовах ніколи не буває абсолютно однорідною і позбавленою всяких тріщин і тріщин. Тому пружні властивості породи у її корінному заляганні треба оцінювати набагато більш низькими значеннями величин, що отримуються на лабораторних зразках. Внаслідок нерівномірного руйнування порід підстави поведінку їх під тиском споруди може бути неоднаковим. Тому скельні породи необхідно оцінювати з точки зору їх стану по всій площі основи. Оцінка напівскельних порід, якщо не припускати можливість їх деградації, розрахунки осад зведених на них споруд виробляються з допомогою формул теорії пружності. При розрахунках для відповідальних споруд потрібно обов'язково перевіряти рівномірність осад для різних їх частин.
4. Численні досліди по визначенню модулів повних і модулів пружних деформацій при стисненні опок та інших напівскельних порід показали, що величини тих і інших модулів деформацій, обчислювані в лабораторії для зразків у водонасиченому стані, різняться в деяких випадках в 2-3 рази. Отже, деформація стиснення зростає пропорційно не першого ступеня напруги, а більш високої, тобто зростає значно швидше, ніж випливає з теорії пружності. Природно, що розрахунки за формулами теорії пружності з застосуванням модуля пружності дають занижені величини осад споруди.
5. Методи, що застосовуються в лабораторіях для вивчення опору будівельних матеріалів, непридатні для визначення деформацій напівскельних порід. Випробування стисливості більш слабких з напівскельних порід (наприклад, глинистих мергелів) треба виробляти на компресійних приладах, розраховуючи модуль повної деформації так, як це робиться для пухких порід, тобто Складніше йде справа з розрахунками осад споруди на пухких породах. Як видно на діаграмі, лінійну залежність між напруженнями і деформаціями стиснення навіть при меншій величині напруги, що буває на практиці, можна допускати для пухких порід тільки з великою умовністю. Це і зрозуміло, так як відносяться до пухким порід піски і глини та проміжні породи при стисканні не тільки деформуються як пружні тіла, але і перетерплюють структурні зміни в результаті зміщення часток (ущільнення), а також зміни в складі та стані (при досить високому коефіцієнті водонасичення з часу може витискуватися вода).
6. Стиснення і ущільнення визначаються польовими і лабораторними методами. Розподіл напружень в основі, визначається методами теорії пружності і механіки грунтів.
7. Якщо породи підстави в межах активної (стисненої зони залягають кількома шарами, то показники стисливості, отставляемые у формули при розрахунку опади, повинні визначатися порід для кожного шар окремо. Потім визначають величину вертикального напруги, що передається ваги споруди на кожен шар. Для цього можуть слугувати різні по точності методи.

Основні причини розвитку нерівномірних осад.

Морозного здимання грунтів, вплив чиниться на фундаменти споруд.

В залежності від рівня міжпластових вод пучіністие явища проявляються протягом сезону різною мірою. Якщо водонасичені шари знаходяться високо, то пучіністие явища проявляються і взимку, і навесні. У цьому випадку низькі зимові температури та підвищена вологість грунту посилять пучение грунту. Якщо ж грунтові води залягають глибоко, то зволоження верхніх шарів ґрунту "верховодка" виникне лише при таненні снігу навесні, коли температура повітря не така низька, як взимку. При таких умовах пучение грунту не буде настільки значним.

На більшій території Росії температура повітря взимку опускається нижче 0° С і грунт промерзає протягом 2-9 місяців. З настанням мінусової температури повітря кожний з елементарних шарів грунту знаходиться послідовно в одній з наступних стадій.

• Перша стадія (підготовча) — охолодження ґрунту до температури, при якій лід в ньому ще не утвориться.
• Друга стадія (основна) — охолодження грунту в межах інтенсивних фазових переходів, коли відбувається об'ємне збільшення води при переході її в лід (замерзання) і перерозподіл вологи (міграція). Ця стадія супроводжується морозним обдиманням грунту.
• Третя стадія (переохолодження) — зменшення грунту в обсязі (усадка на морозі) при подальшому зниженні температури.

Перехід з однієї стадії замерзання до іншої відбувається плавно. Кожній стадії охолодження відповідають цілком певні фізичні процеси і пов'язані з ними зміни стану і властивостей грунту. Головну роль при цьому відіграють процеси переміщення (міграції) і кристалізації (замерзання) води.

Одним з найбільш важливих процесів, що відбуваються при промерзанні ґрунту, потребують врахування у проекті основ і фундаментів, є збільшення його обсягу (як правило, нерівномірний) і подальша осаду-просадка при відтаванні (також нерівномірна), які є найпоширенішою причиною деформацій різних будівель і споруд (особливо малонавантажених) при виробництві робіт в зимовий час.

Морозний пучение грунту — це результат об'ємного розширення води (приблизно на 9%), що знаходиться в ньому до промерзання і додатково мігруючої до межі промерзання в процесі переходу води з рідкого стану в твердий (лід).

При замерзанні навіть всієї порової води в ґрунті збільшення його обсягу не перевищує 3...4% (закрита система). У той же час в натурі об'єм грунту при його промерзанні збільшується на 10-50 і навіть 100%. Зростання об'єму ґрунту при промерзанні (здутті) супроводжується різким збільшенням вологості ґрунту з утворенням у ньому льоду у вигляді лінз і прошарків. Пучение грунту розвивається внаслідок припливу (міграції) води до фронту промерзання з нижчих шарів (відкрита система).

В природних умовах, і особливо в процесі будівництва, внаслідок неоднорідності складу грунтів, розподілу вологи, щільності, умов промерзання і ряду інших факторів морозний пучение завжди буває нерівномірним, а тому небезпечним для спорудження, так як при цьому виникають і нерівномірні сили морозного пученія.

При позитивній температурі грунти являють собою зазвичай трикомпонентну систему, що складається з мінеральних частинок, води і повітря (е). При негативній температурі грунти переходять у більш складну чотирикомпонентну систему. Лід в мерзлому грунті є цементуючою речовиною між окремими мінеральними частинками. Крім того, лід є заповнювачем пір грунту і його розпушувачем при промерзанні (здутті).

Співвідношення між вільною та зв'язаною водою грунтах різна і визначається, її гидрофильностью (здатність мінералів абсорбувати воду) і складом порової води. У пилувато-глинистих грунтах зв'язаної води набагато більше, порівняно з ґрунтами, складеними переважно частками грубодисперсной фракції (більше 0,1 мм). В пісках великих і середніх та великоуламкових грунтах із заповнювачем до 10% (по масі) цієї води трохи і вона не має практичного значення.

Температурою початку замерзання вважається найвища і найбільш стійка температура, наступає слідом за температурним стрибком і обумовлена кристалізацією найменш пов'язаної з мінеральним кістяком води в об'ємі ґрунту, охолодженого до температури нижче нуля. Температура для різних грунтів різна (для піску 0° С, для глини -0,5...-1,5° С) і залежить в основному від вологості та наявності солей в розчиненому вигляді. Так, температура початку замерзання суглинку при концентрації розчину солей і вологості 16% становить -10°, при концентрації 23,1% — відповідно -21,1°, а незасоленного -1,0°. Цю особливість необхідно враховувати і вживати заходів по зниженню температури початку замерзання грунту, що знаходиться поблизу фундаменту або під ним.

Обсяг промерзающего грунту збільшується в тому разі, якщо його вологість перевищує розрахункову «критичну» вологість, нижче якої припиняється перерозподіл вологи в промерзающем грунті. Коефіцієнт водонасичення ґрунту при його критичній вологості дорівнює приблизно 0,90. Але ця залежність виражає лише межа вологості, що характеризує стабільний стан грунту при його промерзанні в умовах трифазної системи, але не враховує здатність вологи до пересування (міграції).

Інтенсивність і глибина сезонного промерзання ґрунту в природних умовах визначаються великою кількістю факторів: тривалістю і суворістю зимового періоду (кількість негативних градусо-днів), величиною снігового покриву, часом випадання опадів (твердих і рідких), видом і складом грунту і його теплофізичними і вологісними характеристиками, природною вологістю і її динамікою в часі, наявністю і характером рослинного покриву, експозицією місцевості, глибиною залягання підземних вод, рельєфом місцевості та ін. Багато хто з перерахованих факторів мають регіональне значення.

Така велика кількість визначальних чинників надзвичайно ускладнює прогноз глибини промерзання і, отже, пученія грунту.

Під час промерзання грунтів (основна стадія), особливо в області інтенсивних фазових переходів води (при температурі від 0 до -5°), при деяких умовах може відбуватися значне перерозподіл води, що міститься в грунті. Зазвичай в пісках дрібних і пилуватих, в пилувато-глинистих грунтах спостерігається підтягування її знизу вверх (міграція) до фронту охолодження і промерзання.

Міграція води в грунтах — явище дуже складне. На якісну сторону процесу міграції впливають багато факторів: гранулометричний та хіміко-мінералогічний склад ґрунтів; гідрофільність ґрунту; початкова вологість і наявність підтікання води ззовні до промерзающему грунту; щільність ґрунту; швидкість і час промерзання; температура середовища, при якій замерзає вода в ґрунті; величина прикладеного навантаження (тиск); повторність циклів замерзання і відтавання та ін.

Міграція спостерігається тільки в гідрофільних (змочуються водою) замерзаючих системах, Найбільш інтенсивна міграція відбувається в грунтах з малою швидкістю промерзання і з високим вмістом пилуватих фракцій (розмір часток 0,05...0,005. Це пояснюється тим, що ґрунти, що містять у своєму складі переважну кількість (більше 50%) пилуватих фракцій, в природних умовах характеризуються високим капілярним підняттям і, отже, легкої віддачею води і швидким її поглинанням. Структурна зв'язність цих ґрунтів дуже слабка. Такі фізичні властивості ґрунтів створюють найбільш сприятливі умови для льдовыделения в промерзающем грунті (здимання).

Наявність у глинистих грунтах великої кількості колоїдних частинок сильно ускладнює пересування води по капілярах, що різко обмежує можливість великого накопичення льоду, що утворюється за рахунок підтягування води по капілярах з нижніх шарів ґрунту до фронту промерзання. Крім того, дрібнодисперсні вшнистые грунти володіють великою питомою поверхнею частинок і за рахунок поверхневої енергії притягують до себе воду; таким чином, ці грунти ускладнюють кредвижение води по тонких капілярах до шару промерзання і, отже, зменшують можливість накопичення лінз і прошарків льоду.

У крупноскелетных промерзають грунтах (великоуламкові грунти з піщаним заповненням, піски крупні і середні) міграція практично відсутня, що пояснюється малою величиною питомої поверхні, наявністю фільтраційних і інших властивостей (при будь-якому положенні рівня підземних вод). При промерзанні таких ґрунтів відбувається віджаті «поршневий ефект» води з промерзающего шару гидростатическими силами, які розвиваються внаслідок збільшення об'єму води при замерзанні, і не замерзла ще вода переміщується від фронту промерзання — віджимається.

У свою чергу в крупноскелетных грунтах (супіщаних, суглинистих, глинистих моренах) при вмісті у вигляді заповнювача частинок розміром менше 0,1 мм більше 10% за масою спостерігається інтенсивна міграція вологи. В залежності від положення рівня підземних вод ці ґрунти можуть ставитися до середньо - і навіть сильнопучинистым грунтів.

У пісків дрібних і пилуватих, в пилувато-глинистих грунтах (супісках, суглинках, глинах, особливо стрічкових), промерзають в умовах обводнення, спостерігається інтенсивна міграція вологи. Перераховані ґрунти при промерзанні дають деформації до десятків сантиметрів (наприклад, стрічкові глини Карелії — до 20 см на 1 метр промерзання) і завдають значні пошкодження фундаментів будівель і споруд. Треба пам'ятати, що чим ближче рівень підземних вод до межі промерзання, тим більшим ступенем пучинистости мають пилувато-глинисті ґрунти при інших рівних умовах.

Найбільш пучіністие грунти містять пилуватих частинок від 30 до 80%. Справа в тому, що подібні ґрунти мають слабко виражену текстуру та незначне зчеплення між цылеватыми частками, тому при промерзанні крижані кристали в таких грунтах утворюються всередині структурних елементів і викликають значні деформації морозного пученія. При зволоженні пилуваті ґрунти втрачають зчеплення між частинками, при замерзанні в них утворюється велика кількість крижаних прошарків і лінз.

На величину морозного здимання грунтів великий вплив має щільність їх складання. Так, якщо грунти дуже щільні, то при їх замерзанні спостерігається незначне пучение (хоча всі пори заповнені водою), оскільки такі ґрунти мають малу кількість води і в них утруднена можливість її пересування при промерзанні. В дуже пухких грунтах багато пор і пустот, які зазвичай вільні від води, і за рахунок цих пустот можуть гаситися деформації осідання. Грунти середньої щільності з повним заповненням всіх пор водою при промерзанні сильно збільшуються в обсязі, тобто деформуються від морозного здимання.

Таким чином, вирішальним чинником, що викликає пучинистість грунту, його вологість перед промерзанням (предзимняя), із збільшенням якої до певної межі морозоопасность зростає. При визначенні ступеня пучинистости грунту необхідно враховувати положення і можливу зміну рівня підземних вод. Ступінь пучинистости грунту в зоні капілярного зволоження (аерації) залежить від виду грунту або заповнювача, його показника текучості та ряду інших факторів.

Слід пам'ятати, що в умовах вологого клімату Північно-Заходу порушення природного складення ґрунту при виробництві земляних робіт призводить до значного додаткового зволоження підстав і зворотних засипок (пазух), а часто і до появи «верховодки», не виявленої при вишукуваннях.

Незнання процесів, що протікають у ґрунті при промерзанні — відтаванні, є причиною неправильного виробництва будівельних робіт нульового циклу в зимовий час і як наслідок цього — деформування, як правило, малонавантажених (легких, законсервованих) будівель і споруд.

Для прогнозування характеристик здимання (відносної деформації пученія) ґрунтів необхідно встановлення низки нормативних значень вихідних показників, до яких в першу чергу відносяться:

• зерновий (гранулометричний) склад ґрунту;
• вологість грунту;
• щільність скелету ґрунту;
• щільність твердих частинок грунту;
• пластичність ґрунту
• положення рівня підземних вод;
• середня температура і тривалість періоду промерзання;
• потужність шару промерзлого грунту.

Фундаменти на сильнозжимаючих водонасичених грунтах.

Інколи будівлі та інженерні споруди зводять на слабких грунтах, характеризуються сильною і нерівномірною стисливістю. При зведенні будівель і споруд, чутливих до нерівномірних осідань, до сильносжимаемым відносяться ґрунти, які мають модуль загальної деформації менше 5 МПа і мають коефіцієнт відносної стисливості близько 0,015 см2/кг. До них відносяться насипні грунти, мули, торф'янисті і слабоуплотненные глинисті грунти (озерно-льодовикові стрічкові глини і суглинки, супіски і суглинки, що містять органіку та ін). Ці ґрунти мають нерівномірну стисливість, що ускладнює прогноз очікуваних осад. Осадка будівель на таких грунтах викликається їх ущільненням, спученням або руйнуванням. Причини, що призводять до розвитку нерівномірних осад, наведені далі.

Будівлі та споруди з різною жорсткістю і міцністю конструкцій і вузлів неоднаково чутливі до нерівномірним опадів. Так, більш гнучкі споруди, наступні за переміщенням поверхні грунту, деформуються майже без додаткових зусиль в конструкціях. Наприклад, розрізні балки (в покриттях, перекриттях) допускають нерівномірне осідання опор (колон) без виникнення додаткових зусиль. У жорстких вузлах каркасних будівель виникають додаткові зусилля при нерівномірних осіданнях фундаментів, жорсткі високі споруди (телевізійні вежі, димові труби, водонапірні башти та ін) при нерівномірних деформаціях основи споруди відчувають крен.

Більша частина споруд має кінцевою твердістю, тому при різній податливості основи відбувається часткове вирівнювання осад і одночасно перерозподіл тиску по підошві фундаментів, викликає концентрацію тиску на ділянках, під якими підстава володіє більшою жорсткістю. Це призводить до виникнення додаткових зусиль у фундаментах і несучих конструкціях споруд. Коли конструкції не здатні сприйняти додаткові зусилля, у них з'являються тріщини, і в перетинах з тріщинами різко знижується жорсткість. Це сприяє розвитку нерівномірних осад, зменшення концентрації тиску по підошві фундаментів, дії додаткових зусиль в несучих конструкціях.

Перерозподіл тиску по підошві фундаментів при великій неоднорідності грунтів основи залежить від розмірів споруди і розподілу тиску в плані; співвідношення жорсткостей споруди і основи; ступеня нерівномірності податливості основи по площі забудови; співвідношення швидкості зведення споруди та збільшення його жорсткості у часі, з одного боку, і розвитку осад і їх нерівномірності у часі — з іншого боку. Тому потрібно хоча б орієнтовно оцінити можливий перерозподіл тиску по підошві фундаментів і виникаючі при цьому додаткові зусилля в конструкціях будівель. Внаслідок складності розрахунку нерівномірно стисливого підстави спільно з будівлею можна призначити конструктивні заходи, спрямовані на зменшення чутливості конструкцій до нерівномірним опадів.

Для зменшення впливу очікуваної нерівномірності опади вживають такі заходи: зміна заглиблення підошви фундаментів з розрахунку однакової потужності сильносжимаемого грунту нижче підошви; зміна площі підошви фундаментів з урахуванням майбутніх осад; використання верхнього більш щільного шару в якості розподільної подушки (при його наявності); заміна верхнього шару слабкого шару ґрунту на піщану подушку; виконання більш глибокого підвалу в частині будівлі, осаду якої очікується більше сусідніх частин.

При прогнозованій осадкою будинків понад 15 см будівель або окремим блокам, що спирається на більш слабкий грунт, надають будівельний підйом, піднімаючи позначку підошви фундаменту на величину очікуваної опади; у місці примикання зовнішніх мереж до фундаментів передбачають зазор не менше очікуваної опади; вводи і випуски прокладають в каналах, що забезпечують нормальну експлуатацію трубопроводів при нерівномірному осіданні; каналізаційні випуски роблять з ухилами, що гарантують їх роботу після розвитку нерівномірного осідання; зазор в осадовому шві роблять з розрахунку можливого крену окремих частин споруд не менше 3 см, заповнюючи його пружним матеріалом.

При проектуванні фундаментів на сільносжімаемих грунтах основна увага приділяється оцінці їх стисливості і мінливості цієї характеристики. Особливу увагу має приділятися ретельності й повноти досліджень: випробувань стисливості, визначення структурної міцності стиснення, фільтраційних властивостей, вмісту органічної речовини і ступеня його розкладання в біогенних грунтах.

При нерівномірному податливості основи будівлі відчувають прогин, вигин, або більш складну форму деформації, тому в конструкціях виникають додаткові зусилля.

Застосовують наступні способи влаштування фундаментів на сильнозжимаючих водонасичених грунтах:

1) пристрій залізобетонних поясів в стінах або фундаментах. Ці пояси повинні сприймати згинальні моменти, діючі на будівлю при його прогині або перегині внаслідок нерівномірного осідання підстави. При такому розрахунку необхідно знати нерівномірність осад, щоб виявити перерозподіл контактних тисків, яка викликає дію згинальних моментів. Для визначення нерівномірності осад потрібні докладні дані щодо інженерно-геологічних вишукувань, які дають можливість обчислити опади і визначити їх нерівномірність;

3) пристрій вапняних паль з заповненням негашеним вапном виконаних з допомогою обсадних труб свердловин, що веде до її гасінню грунтовою водою і збільшення в об'ємі на 60...80% з ущільненням ґрунту;2) пристрій піщаних дрен в слабкому ґрунті для зменшення відстані руху води з глинистого слабкого грунту в цілях скорочення часу ущільнення основи. Піщані дрени діаметром 400...600 мм і глибиною до 20 м виконують на відстані 2,5 м і об'єднують по верху горизонтальним дренирующим шаром у вигляді піщаної подушки товщиною до 1 м, причому для прискорення процесу віджимання води зверху влаштовують пригрузочную насип. Там, де немає піску, можна застосовувати картонні дрени або дрени з інших штучних матеріалів. Замість піщаних дрен можна влаштовувати піщані палі шляхом забивання сталевих труб з наступним заповненням порожнини уплотняемым піщаним грунтом;

4) виконання дренуючих прорізів у вигляді траншей шириною 60...80 см і глибиною до 5,5 м, заповнених піском, при великій площі ущільнюваного підстави товщиною до 7 м. Над прорізами також влаштовується піщана подушка;

5) пристрій піщаних подушок в цілях скорочення глибини закладення підошви фундаментів і передачі тиску на велику площу. Для влаштування подушок використовують середньозернистий або грубозернистий пісок, а також щебінь, гравій або піщано-гравійні суміші. Розміри подушок визначають виходячи з необхідності передачі на слабкий грунт невеликого тиску від фундаментів, меншого, ніж несуча здатність слабкого грунту;

6) виконання жорсткого суцільного фундаменту під всім будинком, вирівнюючого нерівномірні опади. Такий фундамент може бути виконаний коробчатим і «плаваючим», що враховують підйомну силу грунтових вод;

7) застосування пальових фундаментів з розвиненою бічною поверхнею з урахуванням ефекту засмоктування (вторинне підвищення опору в часі по бічній поверхні). Цей ефект слід встановлювати експериментально, шляхом статичних випробувань паль на будівельному майданчику. При деяких ґрунтових напластованиях необхідний облік негативного тертя, якщо частина грунту, що контактує з бічною поверхнею палі, буде відчувати великі опади (буде прагнути переміститися вниз щодо бічній поверхні паль і зависати на бічній поверхні, створюючи додаткове навантаження на палю).

Фундаменти на рухливих і набухаючих грунтах.

Відомі два види ґрунтів, які збільшують свій об'єм при зовнішніх впливах і потім знижують його при зменшенні цих впливів: пучіністие набубнявілі. Пучинисті ґрунти збільшують свій об'єм при сезонному промерзанні і різко зменшують його при відтаванні (до них відносяться піски дрібні та пилуваті, суглинки, глини і зволожені великоуламкові грунти з вмістом понад 30% часток розміром менше 0,1 мм).

Набухаючі грунти (деякі глинисті ґрунти) збільшують свій об'єм (набухають) при підвищеній вологості і зменшують його при подальшому зниженні вологості. Напруги при обдиманні грунтів великі, вони викликають підйом будівель і споруд з подальшою миттєвої (катастрофічною) осадкою, що веде до деформацій, тріщин, крену та ін.

Вибір конструкції фундаменту на пучинистих промерзають грунтах виробляють на основі техніко-економічного порівняння варіантів фундаментів виходячи з інженерно-геологічних умов будівельного майданчика. При цьому основними характеристиками пучинистих грунтів є висота підняття поверхні промерзлого грунту і відносне пучение.

Основним заходом, що запобігає морозний пучение, є закладення підошви нижче розрахункової глибини промерзання. Але таке рішення не виключає морозного пученія малонавантажених фундаментів, тому для таких фундаментів потрібно застосовувати заходи по виключенню здимання (наприклад, пристрій подушок з непучиністих матеріалів, похилих граней з прокладкою двох шарів ізоляції для запобігання дії великих дотичних зусиль). Можна застосовувати фундаменти із забивних блоків та вытрамбованных котлованах. При влаштуванні подушки використовують пісок крупний або середньої крупності, дрібний щебінь та ін Разом з тим при техніко-економічному обгрунтуванні можливе застосування малозаглублен-них фундаментів на пучинистих грунтах при виконанні комплексу необхідних заходів.

При проектуванні фундаментів призначається глибина закладення фундаменту з урахуванням запобігання промерзання і пученія грунту під підошвою; при застосуванні подушки з непу-чинистого матеріалу задаються розмірами підошви фундаменту і товщиною подушки; розраховують підстави і фундаменти (по стійкості і міцності на вплив сил морозного пученія, по деформації промерзають ґрунтів).

Пучіністие грунти промерзають в якості підстав краще не використовувати. Але якщо в результаті техніко-економічного порівняння з'явиться необхідність скорочення вартості і часу, то може бути розглянуто один з варіантів використання рухливих промерзають грунтів як підстав малозаглубленных фундаментів, наприклад з використанням грунтової подушки. Для цього необхідно, по-перше, перевірити умову, що середнє тиск під підошвою фундаменту не перевищує розрахункового опору матеріалу подушки, а тиск по низу подушки — розрахункового опору грунту; по-друге, перевірити фундамент по стійкості на дію дотичних сил морозного здимання; в-третіх. визначити деформації пученія ненавантаженого основи; по-четверте, після визначення температурного режиму і динаміки сезонного промерзання розрахувати підставу деформацій пученія. Для зниження сил морозного пученія проводять заходи, осушающие грунт або не допускають їх водонасичення в зоні сезонного промерзання і нижче цієї зони на глибині 2...3 м.

При малонавантажених фундаментах доцільно застосовувати конструктивні рішення, спрямовані на зниження сил морозного пученія і деформацій конструктивних елементів будівель, а також пристосування будівель до нерівномірних деформацій підстав. Бічні грані фундаменту краще виконувати похилими. Для зменшення впливу дотичних сил пученія виконують зворотну засипку непучиністим грунтом або покривають бічні поверхні ізолюючим від змерзання матеріалом. Для зниження чутливості до можливих нерівномірних осідань влаштовують армовані пояси у фундаментах із збірних блоків. При зведенні малозаглубленных стовпчастих фундаментів фундаментні балки необхідно укладати з зазором між ними і грунтом, величина якого не менше розрахункової величини підйому ненавантаженого при обдиманні грунту. Цей зазор повинен бути заповнений непучиністим грунтом.

При проектуванні фундаментів на набухаючих грунтах

необхідно враховувати можливе набухання при підйомі рівня ґрунтових вод; набухання і усадку ґрунтів внаслідок зміни водно-теплового режиму, усадку грунтів у процесі їх висихання. На величину набрякання впливають вологість і щільність грунтів. Збільшення початкової вологості сприяє зменшенню набухання; із збільшенням початкової щільності лінійно зростає набухання грунту. Основними характеристиками набухаючих грунтів є тиск набухання, вологість набухання, відносне набухання при заданому тиску; відносна усадка при висиханні/

Нормативні значення відносного набухання і відносної усадки визначають за результатами лабораторних дослідів при неможливості бокового розширення або за даними польових випробувань.

При розрахунку підстав з набухаючих грунтів деформації ущільнення основи від зовнішнього навантаження і можливу осадку від зменшення вологості підсумовують. Підйом підстави при набуханні ґрунтів розраховують в припущенні повної стабілізації осад ущільнення грунтів від зовнішнього навантаження. Якщо розрахункові деформації підстав більше допустимих, то вводять водозахисні заходи (планування території зі стоком атмосферних вод в каналізацію, організований відвід води з покрівлі, влаштування підмосток з ухилом не менше 3° і ін); попереднє замочування набухаючих грунтів в межах всієї зони або її частини; пристрій компенсуючих піщаних подушок; заміну набухає грунту не набухающим повністю або частково; повну або часткову прорізом фундаментами шару набухаючих грунтів.

Випинання порід підстави (ґрунту) з-під фундаментів.

1. Крім розрахунків осад, необхідно перевіряти стійкість підстави проти випирання порід з-під фундаменту. Породи можуть випирати з-під фундаменту або штампа, якщо напруги в них перевершують межу пружності. Тоді на підставі з'являються ділянки з пластичними деформаціями. Розвиток цих деформацій створює загрозу цілості підстави, а отже і споруди. Для визначення умов їх виникнення і меж їх поширення застосовується теорія пластичності. Згідно цієї теорії розміри пластичних деформацій залежать від властивостей породи, величини вертикальних навантажень від конструкції фундаменту – його ширини і заглиблення.
2. Із зростанням вертикальних навантажень на підошву фундаменту зони пластичних деформацій збільшуються, а для випадку найбільшою з трьох узятих навантажень зливаються під серединою підошви. Це робить споруду нестійким. Оскільки навантаження від споруди бувають додані до основи на деякій глибині, так як фундамент своєї підошвою тисне.
3. Напружений стан в будь-якій точці основи можна визначити, користуючись теорією пружності. Для простоти припустимо, що порода є цілком однорідної на різних глибинах і неслоистой (останнє звільняє від обліку напрямку текстури).
4. Якщо зробити розрахунок для трьох різних навантажень, що передаються на пухку породу, через штамп, встановлений на її поверхні, то отримаємо характеристику напруженого стану породи в підставі. У разі навантажень, прикладених до поверхні, пластичні області відкриті, так що порода з них може бути вичавлена, а при заглибленому фундаменті вони замкнуться й випирання з них порід неможливо. Але і в останньому випадку при досить великих навантаженнях пластичні зони, що утворюються по обидва боки під підошвою фундаменту, зімкнуться під її серединою і споруду виявиться нестійким.
5. Складніше йде справа, коли порода в основі споруди, наприклад щільні глини, відчуває не тільки пружні деформації.
6. Тому, замість формул, в яких передбачалося, що бічне випинання відбувається з плоским поверхням, почали розробляти методи розрахунку стійкості піщаних порід у підставі споруд в припущенні криволінійної поверхні ковзання. Для цих розрахунків необхідно мати дві основні характеристики порід: об'ємна вага і кут внутрішнього тертя.
7. У неоднорідному підставі, при наявності в ньому прошарків і лінз з різним опором зрушенню або різним відносним опором вздовж і поперек шаруватості, форма поверхні ковзання буде різною мірою відхилятися від її форми в однорідному підставі.
8. При розгляді зон пластичних деформацій підстава передбачається піщаним. Пісок, як відомо, має здатність зберігати свою структуру при стисненні навіть значними зусиллями, якщо бічне випинання його неможливо (наприклад, пісок в обоймі). Якщо не станеться подрібнення зерен піску при цьому, то не буде і зрушень.
9. Кажучи взагалі, поверхня ковзання може переходити з однієї породи на іншу (перетинати граничну поверхню контакту), якщо кут зустрічі поверхні ковзання з поверхнею нашарування буде менше кута опору зрушенню по контакту двох шарів або взагалі вздовж орієнтованої текстури. В іншому випадку поверхня ковзання пройде з більш слабкою породі (по контакту).

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)