Естественные основания

Естественные основания составляют грунты, прочностные и деформационные характеристики которых позволяют воспринимать нагрузку без их предварительного укрепления (усиления), в результате которого меняются физические и химические свойства грунта.

В качестве естественных оснований могут работать следующие грунты.

  • 1. Скальные грунты. Являются наиболее прочными естественными основаниями, не деформирующимися под нагрузкой. Из природных грунтов это граниты, базальты, известняки.
  • 2. Нескальные грунты:
    • а) крупнообломочные (размер частиц 2... 10 мм и более);
    • б) пески гравелистые, крупные и средней крупности малосжимаемы (рис. 3.2); служат прочным и недеформативным основанием даже при увлажнении (увлажнение мелкозернистых песков снижает их несущую способность тем больше, чем меньше размеры частиц грунта);
    • в) глинистые грунты {глины, супеси, суглинки) (рис. 3.3), находящиеся в твёрдом состоянии, служат прочным основанием; однако эти грунты при увлажнении способны переходить из твёрдого состояния в пластичное и даже в текучее: эту особенность стоит подчеркнуть, так как на большей части России именно с этими грунтами приходится иметь дело при строительстве.
Модели микроструктуры глинистых частиц

Рис. 3.3. Модели микроструктуры глинистых частиц:

а — ячеистое сложение (наиболее рыхлые грунты, например, илы); б — текстура «книжный домик»; в — стопочная текстура

Необходимо уточнить, что все перечисленные нескальные грунты могут использоваться в качестве естественных оснований. Но не всё так просто. Необходимы полевые и лабораторные исследования, по результатам которых делают вывод о деформационных свойствах грунтов и об их несущей способности. Отсюда выделим две группы.

  • 1. Основания, сложенные грунтами, характеристики и состояние которых позволяют использовать их в природном состоянии.
  • 2. Основания, сложенные грунтами (втом числе и теми, которые относятся к 1 группе), состояние которых не позволяет их использовать без предварительно проведённых мероприятий по улучшению их прочностных и деформационных характеристик.

Есть ещё ряд особых грунтов, которые можно использовать в качестве естественного основания либо без мероприятий, повышающих их прочностные и деформационные характеристики, либо только после проведения таких мероприятий. Вот некоторые из этих грунтов.

1. Насыпные грунты. В зависимости от состава и характера происхождения различают на собственно насыпные грунты, отходы производства и бытовые отходы. Насыпные грунты после их самоуплотнения могут быть использованы в качестве естественного основания. Процесс самоуплотнения, продолжительность которого зависит от гранулометрического состава и способа отсыпки, составляет от нескольких месяцев до 30 лет.

Насыпные грунты состоят из минералов природного происхождения, первоначальная структура которых была изменена в результате разработки и вторичной укладки. Например, при устройстве фундаментов вынимают грунт, возводят конструкцию фундамента, а затем грунт возвращают на место. Эта операция носит название обратной засыпки. Разработанный грунт всегда более рыхлый, чем в природном залегании, поэтому в течение какого-то периода времени он оседает под действием собственной массы; т.е. происходит его осадка.

Схема поверхностного уплотнения грунта тяжелой трамбовкой

Рис. 3.4. Схема поверхностного уплотнения грунта тяжелой трамбовкой:

1 — уплотняемая полоса; 2 — полоса перекрытия; 3 — уплотненная полоса; 4 — место стоянки экскаватора; 5 — ось проходки экскаватора; 6 — трамбовка

Свалки грунтов тоже относятся к насыпным грунтам; они образуются, когда со строительных площадок свозят лишний грунт.

Отходы производств — это искусственные материалы, образовавшиеся в результате термической или химической обработки природных материалов (шлаки, золы, шламы).

Свалки грунтов и отходов производств допускается использовать в качестве естественного основания для строительства сооружений 3 уровня ответственности при проведении расчётов по деформациям. Если деформации больше предельно допустимых или несущей способности недостаточно, то предусматриваются мероприятия: уплотнение (катками, вибрационными машинами, тяжёлыми трамбовками (рис. 3.4), песчаными или грунтовыми сваями (рис. 3.5) и т.д.), устройство грунтовых подушек, прорезка грунтов свайными фундаментами, а также конструктивные мероприятия по повышению пространственной жёсткости сооружения (введение поясов жёсткости, разбивка здания на отдельные секции и т.д.).

Бытовые насыпные грунты образуются из бытового и строительного мусора с примесями грунтов различного состава. Попросту говоря, это свалки. Использование свалок бытовых отходов в качестве естественного основания не допускается.

Схемы устройства свай

Рис. 3.5. Схемы устройства свай:

а-в — песчаных; г-е — грунтовых способом сердечника; а — погружение обсадной трубы; б — извлечение обсадной трубы и засыпка скважины песком; в — схема песчаной сваи; г — образование скважины забивкой инвентарной сваи; д — извлечение инвентарной сваи; е — заполнение скважины грунтом с трамбованием; / — обсадная труба; 2 — самораскрыва- ющийся наконечник; 3 — песчаная свая; 4 — зона уплотнения; 5 — инвентарный башмак; 6 — сердечник; 7— молот; 8 — трамбовка; 9— уплотненный грунт заполнения

  • 2. Намывные грунты. В качестве намывных грунтов используют пески различной крупности. Намывные грунты могут применяться в качестве естественного основания для сооружений 1, 2 и 3 уровня ответственности при удовлетворительных прочностных и деформационных характеристиках. При деформациях, превышающих предельные значения, или при недостаточной несущей способности предусматриваются мероприятия: уплотнение (катками, вибрационными машинами, трамбованием и т.д.), закрепление или армирование грунта, конструктивные мероприятия по повышению пространственной жёсткости сооружения.
  • 3. Элювиальные грунты. Эти грунты — продукт выветривания скальных (элювиально скальные) и нескальных (элювиально нескальные) пород, оставшихся на месте своего образования. Элювиально нескальные грунты представлены в основном суглинками и глинами. Элювиальные грунты могут применяться как естественное основание для сооружений 1, 2 и 3 уровня ответственности.

Элювиальные грунты достаточно прочные, но их деформации могут превышать предельно допустимые. В этом случае предусматриваются мероприятия: устройство уплотнённых подушек из песка, гравия, щебня, удаление из скальных грунтов «карманов» выветривания и замена щебнем, гравием песком, применение свайных фундаментов, конструктивные мероприятия по повышению пространственной жёсткости сооружения.

  • 4. Органоминеральные (илы, сапропели) и органические (торфы) грунты. Характеризуются большой сжимаемостью, существенной изменчивостью прочностных и деформационных характеристик. Следует учитывать также, что подземные воды в этих грунтах, как правило, агрессивны к материалам подземных конструкций. Органоминеральные и органические грунты можно применять для сооружений 1, 2 и 3 уровня ответственности при удовлетворительных прочностных и деформационных характеристиках. Мероприятия по повышению значений этих характеристик, сводятся к следующему: прорезка слоёв фундаментами, в том числе свайными; устройство сооружений на плитных фундаментах; замена грунта песком, гравием, щебнем; устройство ленточных и столбчатых фундаментов на песчаной, гравийной, щебёночной подушке; закрепление илов буросмесительным способом и другие.
  • 5. Просадочные грунты. Это грунты, у которых при повышенной влажности выше определённого уровня происходит потеря прочности и они дают дополнительные деформации — просадки — от внешних нагрузок и собственной массы грунта.

При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, следует учитывать возможность повышения их влажности за счёт замачивания грунтов сверху из внешних источников и снизу при подъёме уровня подземных вод или накопления влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод. При вероятности замачивания грунтов основания предусматривается одно из следующих мероприятий:

  • а) устранение просадочных свойств грунта (уплотнение трамбованием, устройство грунтовых подушек, устройство уширения из жёстких материалов — бетона, щебеня, песчано-гравийной смеси, химическое или термическое закрепление, глубинное уплотнение грунтовыми сваями);
  • б) прорезку просадочных грунтов фундаментами, в том числе свайными и массивами из закреплённого грунта;
  • в) комплекс мероприятий, включающих частичное устранение просадочных свойств грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия.

Просадочные грунты могут использоваться для сооружений 1 и 2 уровня ответственности, а для 3 уровня — только при отсутствии процессов увлажнения.

6. Пучинистые грунты очень распространены на территории России. Толщина пласта таких грунтов может доходить до 100 м. Название они получили за свою особенность увеличиваться в объёме — вспучиваться, что происходит, когда влажный грунт начинает промерзать. Это явление называется морозным пучением, и влияние сил морозного пучения на фундамент очень велико (об этом — в разделе о глубине заложения фундаментов). При последующем оттаивании пучинистого грунта происходит его осадка (осадки - это деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и собственной массы грунта).

К пучинистым грунтам относятся глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, имеющие к началу промерзания влажность выше определённого уровня. Повышение влажности может произойти по многим причинам: за счёт подъёма уровня подземных вод, инфильтрации подземных вод и другим.

Устройство песчаных подушек

Рис. 3.6. Устройство песчаных подушек: а - при малой толще слабых грунтов; б - при большой толще; 1 — фундамент; 2 — слабый грунт; 3 — песчаная подушка; 4 — плотный подстилающий грунт

Армирование грунта

Рис. 3.7. Армирование грунта: а — в искусственном основании фундамента; б — при устройстве насыпи; в — при возведении обратных засыпок; 1 — фундамент; 2 - армирующие элементы; 3 - песчаная подушка; 4 — насыпь; 5 — подпорная стенка; 6 — призма обрушения

Пучинистые грунты могут служить в качестве естественного основания, но с обязательной проверкой устойчивости фундаментов под действием сил морозного пучения. Если расчётные деформации сил морозного пучения окажутся больше предельно допустимых или устойчивость фундаментов на действие сил морозного пучения недостаточна, то нужно предусмотреть мероприятия:

  • • увеличить глубину заложения фундаментов;
  • • уменьшить глубину промерзания, проводя водозащитные, теплозащитные (например, для защиты от промерзания грунтов под подошвой фундаментов использовать теплозащитные материалы) или физико-химические мероприятия;
  • • мероприятия, уменьшающие силы и деформации морозного пучения (например, под фундамент уложить непучинистый грунт (рис. 3.6)), армирование грунта специальными плёнками, сетками (рис.3.7).

При укреплении слабых грунтов также проводятся конструктивные мероприятия, препятствующие смещению фундаментов:

  • • укрепление основания с помощью шпунтового ограждения (рис. 3.8);
  • • повышение жёсткости подземной части здания устройством бетонного пола в подвале (рис. 3.9, а);
  • • жёстким креплением стенки откоса (рис. 3.9, б)
  • • устройством пространственно-жёсткой системы фундаментно-подвальной части здания (рис. 3.9, в) и т.д.
Укрепление основания с помощью шпунтового ограждения

Рис. 3.8. Укрепление основания с помощью шпунтового ограждения:

1 — фундамент; 2 — слабый грунт; 3 — шпунтовое ограждение; 4 — плотный грунт; 5 — песчаная подготовка

Конструктивные мероприятия, препятствующие смещению фундаментов

Рис. 3.9. Конструктивные мероприятия, препятствующие смещению фундаментов:

а — наличие бетонного пола в подвале; б — жёсткое крепление стенки откоса; в — пространственно-жёсткая система фундаментно-подвальной части здания (план); 1 — фундамент; 2 — пол подвала; 3 — подвал; 4 — стенка откоса; 5 — монолитный фундамент (жёсткая система)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >