Спонсоры

Подбор по фотографии предметов интерьера

Основания фундаментов зданий.

Промышленное и гражданское строительство зданий. - Общие сведения о зданиях и их элементах

   Основания фундаментов зданий могут быть естественными и искусственными. Массив грунта, расположенный под фундаментами здания или сооружения и воспринимающий нагрузки от них, называется естественным основанием. Под действием нагрузки, передаваемой от фундаментов, грунты уплотняются, и скелет грунта, образуемый массой зерен различной величины, уменьшается в объеме благодаря взаимному смещению частиц и уменьшению порового пространства.

   Степень деформации грунта зависит от его структуры: в песчаных грунтах смещению частиц оказывают сопротивление силы трения между ними; в глинистых — силы сцепления; в скальных — связь между зернами, возникающая при наличии цементирующих веществ.

   Грунты, используемые в качестве естественного основания зданий и сооружений, подразделяются на залегающие мощными пластами скальные, крупнообломочные,  песчаные и глинистые.

   Скальные грунты обычно залегают в виде сплошного массива или трещиноватого слоя. Под нагрузкой от зданий и сооружений скальные грунты не сжимаются и являются наиболее надежным естественным основанием.

   К крупнообломочным относятся щебеночные, галечные, гравийные грунты. Они слабо сжимаются под нагрузкой, устойчивы против размыва водой и являются прочным естественным основанием.

   Песчаные грунты разделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Увлажнение песчаных грунтов снижает их несущую способность. Гравелистые, крупные и средней крупности пески малосжимаемы и являются хорошим основанием для зданий. Мелкие и пылеватые пески в водонасыщенном состоянии становятся текучими и называются плывунами; как естественные основания не пригодны.

   Глинистые грунты пластичны, при увлажнении они делаются текучими. В сухом или маловлажном состоянии глины являются хорошим основанием; в пластичном состоянии их несущая способность сильно снижается. При замерзании влажные глины вспучиваются настолько сильно, что поднимают фундаменты, вызывая в здании появление трещин.

   Суглинки или супеси, представляющие собой смесь песка, глины и пылеватых частиц, по своим свойствам занимают промежуточное положение между глиной и песком. Суглинки содержат от 10 до 30% глинистых частиц; супеси — от 3 до 10%.

   К пылеватым суглинкам близки по своим свойствам лессовидные грунты. В сухом состоянии лесс имеет достаточную прочность; будучи увлажненным, он дает большие просадки.

   Здания могут также возводиться на насыпных или намывных грунтах при засыпке или замыве оврагов, свалок, прудов, пойм рек и др. Насыпные и намывные грунты в процессе образования специально уплотняются.

   Грунты на месте будущей стройки должны быть всесторонне исследованы. Определяется их геологическое строение, мощность и расположение пластов грунта, физико-химические свойства, характер грунтовых вод, уровень их стояния.

   Исследования ведутся бурением или отрытием шурфов — колодцев, прорезающих толщу грунтов. Из буровых скважин и шурфов берутся образцы грунтов на разной глубине и пробы грунтовой воды. По образцам грунта и глубине их залегания составляются разрезы (колонки) и строятся геологические профили будущей строительной площадки (рис. 24).

Геологический профиль

Рис. 24. Геологический профиль (разрез)

   Естественные основания должны обладать достаточной несущей способностью. Несущая способность основания определяется величиной нагрузки, при которой осадка (сжимаемость) грунта по величине и равномерности не может повредить зданию, возводимому на нем. Величина этой нагрузки выражается в кгс/см2 площади основания и называется расчетным сопротивлением грунта основания.

   Расчетные сопротивления грунта при глубине заложения фундаментов от 1,5 до 2 м и ширине фундаментов 0,6—1 м выражаются следующими величинами:
   - для глинистых грунтов в зависимости от их пористости и влажности — от 1 до 6 кгс/см2;
   - для песчаных грунтов в зависимости от крупности, плотности и влажности песка — от 1 до 4,5 кгс/см2;
   - для крупнообломочных грунтов — от 3 до 6 кгс/см2;
   - для скальных пород — 1/6 от предела прочности скалы.

   Большое влияние на снижение несущей способности грунта оказывают грунтовые воды. Грунтовые воды образуются в результате проникания в грунт атмосферных осадков. Уровень грунтовых вод (верховодка) переменный. Наивысшего уровня грунтовые воды обычно достигают в дождливое время и во время таяния снегов. Грунтовая вода может содержать вред¬ные примеси. Агрессивные грунтовые воды разрушающе действуют на материалы фундаментов.

   Давление от здания передается на грунт через подошву фундамента; непосредственно под подошвой оно достигает наибольшей величины. Распределяясь в грунте в глубину и в стороны, давление постепенно уменьшается и далее совсем затухает.

   В пределах сжимаемой толщи грунта возникают деформации основания, вызывающие осадку здания или сооружения. Осадки, если они равномерны по всему периметру здания, безопасны и не вызывают в зданиях деформации (трещин). Опасными для зданий являются неравномерные осадки, которые чаще всего приводят к появлению трещин в стенах зданий и к крену сооружений (трубы, башни).

   Если грунты естественных оснований слабы и не обладают необходимой несущей способностью, то их приходится искусственно укреплять. Такие основания называются  искусственными.

   Слабые грунты уплотняют или закрепляют; торфянистые или глинистые с большим содержанием органических остатков заменяют более плотным и прочным грунтом.

   Уплотнение слабых грунтов производится поверхностным трамбованием тяжелыми трамбовочными плитами весом до 2 т, которые сбрасываются при помощи крана с высоты 3—4 м. Уплотнение грунта с добавкой щебня или гравия производится пневматическими трамбовками, кулачковыми катками и виброкатками.

   Закрепление слабых грунтов производится способом цементации, силикатизации и битумизации.

   Способ цементации применяется при закреплении крупных передних песков. Цементный раствор насосом нагнетается через стальные перфорированные трубы, заглубленные в закрепляемый грунт. По мере нагнетания раствора трубы извлекаются, раствор заполняет поры грунта и, затвердевая, связывает частицы грунта в прочный массив.

   Силикатизация заключается в нагнетании таким же способом растворов жидкого стекла и хлористого кальция и применяется для закрепления песков, пылеватых песков (плывунов). Лессовидные грунты закрепляются только раствором жидкого стекла.

   Для закрепления крупнозернистых песков, трещиноватых скальных пород и прекращения через них фильтрации грунтовой воды применяется битумизация, т.е. нагнетание в грунт горячего битума. Вместо горячего битума средне- и мелкозернистые пески могут закрепляться холодной битумной эмульсией.

   В практике встречаются случаи, когда под фундаменты устраивают песчаную подушку, предварительно удалив на нужную глубину слабый грунт (рис. 25).

Фундамент на песчаной подушке

Рис. 25. Фундамент на песчаной подушке.

   Песок в подушку укладывается слоями толщиной 15—20 см и уплотняется трамбованием или вибрированием с поливкой водой. Толщина песчаной подушки назначается такой, чтобы давление под ней, передаваемое на слабый грунт, не превышало расчетного сопротивления грунта.

      Свайные искусственные основания передают нагрузку от зданий на грунт двумя способами:
   1) когда сваи, пройдя толщу слабого грунта, опираются на толщу прочного грунта
   2) когда сваи держатся в слабом грунте; они уплотняют грунт и передают на него нагрузку трением, возникающим между поверхностью свай и грунтом (рис. 26).

Свайные основания

Рис. 26. Свайные основания. а - сваи-стойки; б — сваи висячие; 1,2,3,4 слабые грунты; 5 — прочный грунт