Фундаменты мелкого заложения

ВВЕДЕНИЕ

 

Фундамент – это подземная часть сооружений, которая воспринимает нагрузку от его надземной части и передает ее на основание.

- Мировой опыт строительства показывает, что большинство аварий построенных зданий и сооружений вызвано ошибками, связанными с возведением фундаментов и устройством оснований, что проявляется в накоплении грунтами основания достаточных деформаций, т.е. как правило в период эксплуатации.

- Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости строительства, а в сложных ИГУ может достигать 20-30 % и более. Поэтому необходимо уметь принимать (проектировать) абсолютно обоснованные и экономически выгодные конструктивные решения фундаментов.

Основанием называют толщу грунтов, на которых возводится сооружение и в которых возникают напряжения и деформации от передаваемых на них нагрузок.

Рис Основание и фундамент

Таким образом, проектирование оснований и фундаментов должно включать в себя обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или искусственное); типа конструкции, материала и размеров фундаментов (глубина заложения, размеры, площади подошвы и т.д.), а так же мероприятий, применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.

- Конструирование фундаментов (класс бетона, выбор арматуры, определение размеров отдельных его частей и т.п.) относится к курсу железобетонных конструкций.

Основания:

I. Скальные.

Массивная горная порода, обладающая большой прочностью и малой сжимаемостью.

Изучением свойств скальных оснований и их поведением под нагрузкой занимается наука «Механика скальных грунтов».

II. Грунтовые.

Раздробленная горная порода (минерально-дисперстное образование) – результат физического и химического выветривания массивных горных пород.

Грунтовое основание обладает большой сжимаемость и малой прочностью, что необходимо учитывать при проектировании.

- Проектирование ОиФ производится в соответствии с нормативными документами.

При этом необходимо:

1) Обеспечить прочность и эксплуатационную надежность сооружения (абсолютные осадки, а также их разность, не должны превышать допускаемые для данных сооружений), т.е. S≤S_u.

2) Максимально использовать прочностные свойства грунтов, а также материалов фундаментов.

3) Минимальная стоимость фундамента, сокращение трудоемкости и сроков производства работ.

 

Порядок проектирования ОиФ

1. Изучить материалы инженерно-геологических, гидрогеологических и геодезических изысканий на площадке будущего строительства. (Обязательно должно быть изучение архивных материалов, особенно в условиях городской застройки.)

2. Произвести анализ проектируемого здания с точки зрения оценки его чувствительности к неравномерным осадкам.

3. Определить нагрузки на фундаменты.

4. Выбрать несущий слой грунта.

5. Рассчитать предложенные варианты фундаментов по 2-м предельным состояниям (прочность и деформации).

6. Произвести экономическое сравнение вариантов и выбрать наиболее дешевый.

7. Произвести полный расчет и проектирование выбранного варианта фундамента.

 

 

ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

 

Основные сведения

К ФМЗ относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

ФМЗ

ФМЗ возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках, устраиваемых в грунтовых основаниях.

 

Рис 10.1. Схема фундамента мелкого заложения:

1 – фундамент; 2 – колонна; 3 – обрез фундамента.

 

- ФМЗ по условиям изготовления разделяют на:

· монолитные, возводимые непосредственно в котлованах.

· сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.

- По конструктивным решениям ФМЗ разделяют на:

· отдельно стоящие фундаменты:

a) под колонну (опору);

b) под стены (при малых нагрузках)

· ленточные фундаменты:

a) выполняются под протяженные конструкции (стены);

b) выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или перекрестных лент.

· сплошные (плитные) фундаменты

Выполняются в виде сплошной железобетонной плиты, как правило, под тяжелые сооружения. Такие фундаменты разрезаются в плане только осадочными швами, что способствует уменьшению неравномерности осадки сооружения.

· массивные фундаменты

Выполняются в виде жесткого компактного железобетонного массива под небольшие в плане тяжелые сооружения (башни, мачты, дымовые трубы, доменные печи, устои мостов и т.п.).

 

Рис 10.2. Основные типы фундаментов мелкого заложения:

а – отдельный фундамент под колонну; б – отдельные фундаменты под стену; в – ленточный фундамент под стену; г – то же, под колонны; д – то же, под сетку колонн; е – сплошной (плитный) фундамент.

 

- ФМЗ изготовляют из следующих матреиалов:

· железобетон

· бетон

· бутобетон

· каменные материалы (кирпич, бут, пиленные блоки из природных камней)

· в отдельных случаях (временные здания) допускается применение дерева или металла.

Железобетон и бетон – основные конструкционные материалы для фундаментов.

Бутовый камень, кирпич и каменные блоки используются для устройства фундаментов, работающих на сжатие и для возведения стен подвалов.

Бутобетон и бетон целесообразно применять при устройстве фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их бетонировании в распор со стенками.

Железобетон и бетон можно применять при устройстве всех видов монолитных и сборных фундаментов в различных ИГУ, т.к. они обладают достаточной морозостойкостью, прочностью на сжатие (а для железобетона и на растяжение → действие моментов).

 

А. Отдельные фундаменты

Могут выполняться в монолитном или сборном варианте. Представляют собой кирпичные, каменные, бетонные или железобетонные столбы с уширенной опорной частью.

- Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще, уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом жесткости α (≈30-40º), т.е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения.

 

Рис 10.3. Конструкция жесткого фундамента:

а – с наклонными боковыми гранями; б – уширяющийся к подошве уступами.

 

- Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн – соединением арматуры колонн с выпуском из фундамента, а стальных колонн – креплением башмака колонны к анкерным болтом, забетонированным.

 

Рис 10.4. Сборный фундамент под колонну:

а – из нескольких элементов; б – из одного элемента; 1 – фундаментные плиты; 2 – подколонник; 3 – рандбалка; 4 – бетонные столбики; 5 – монтажные петли.

 

- Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника монолитных фундаментов принимаются кратным 300 мм, а высота ступеней - кратной 150 мм.

- При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу фундаментов, а при необходимости и через дополнительные опоры, укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые упираются подземные конструкции (рис 10.4.а).

- В тех случаях, когда это возможно, сборный фундамент устраивают из одного элемента (рис 10.4.б) или переходят на монолитный вариант фундамента.

- с целью сокращения трудоемкости работ по устройству фундаментов и уменьшению их стоимости создаются новые типы фундаментов, которые в соответствующих грунтовых условиях оказываются более экономичными по сравнению с традиционными типами.

 

 

Рис 10.5. Буробетонные (а), щелевые (б) и анкерные (в) фундаменты:

1 – колонна; 2 – арматурный каркас; 3 - фундамент; 4 – подколонник; 5 – плитная часть; 6 – бетонные пластины; 7 – анкеры (буронабивные сваи) d=15-20см, l=3-4м.

Б. Ленточные фундаменты

· Под стены: также устраивают либо из сборных блоков, либо монолитными.

 

 

Рис 10.6. Ленточные фундаменты:

а – монолитный; б – сборный сплошной; в – сборный прерывистый; 1 – армированная лента; 2 – фундаментная стена; 3 - стена здания; 4 – фундаментная подушка; 5 – стеновой блок.

- Чтобы уменьшить объем железобетона в теле фундамента, иногда применяют ребристые железобетонные блоки или плиты с угловыми вырезами (рис 10.7).

 

Рис 10.7. Конструкции фундаментных плит:

а – сплошная; б – ребристая; в – с угловыми вырезами.

- Фундаментные стеновые блоки (ФБС) изготовляют из тяжелого бетона, керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина блоков принимают равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 30 см.

Надземные стены не должны выступать над фундаментными более чем на 15 см.

Высота типовых стеновых блоков составляет 280 или 580 мм (20 на цементный шов).

- Для повышения жесткости сооружения (выравнивания осадок, антисейсмические мероприятия и т.п.) сборные фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными поясами, устроенных поверх фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру здания на одном уровне.

· Под колонны: устраивают в виде одиночных или перекрестных лент и выполняют, как правило, в монолитном варианте из железобетона. Возможно их устройство и в сборном варианте в виде отдельных блоков, соединяемых между собой с последующим омоноличиванием стыков.

 

В. Сплошные фундаменты

 

Выполняются, как правило, из монолитного железобетона.

- По конструктивным особенностям различают:

· Плитные (гладкие, ребристые);

· Коробчатые.

(см. рис.10.8)

 

Рис 10.8. Сплошные фундаменты:

а – гладкая плита со сборными стаканами; б – гладкая плита с монолитными стаканами; в – ребристая плита; г – плита коробчатого сечения.

 

- Толщину плиты определяют расчетом на моментные нагрузки (от изгиба в двух взаимно перпендикулярных направлениях) и исходя из расчета на продавливание в местах опирания колонн.

- Опирание колонн осуществляется через сборные и монолитные стаканы, ребристые плиты соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.

Г. Массивные фундаменты

 

Выполняются в монолитном варианте.

С целью сокращения объема бетона в тело массивного фундамента закладывают пустообразователи.

При передаче на такой фундамент больших моментов (мачты, дымовые трубы и т.п.) целесообразно его усиление анкерами, что позволяет повысить устойчивость сооружения, уменьшить его размеры и массу.

 

Рис 10.9. Массивный фундамент с пустообразователями:

1 – фундамент; 2 – пустообразователи.

Б. Дренаж

Это система дрен и фильтров, которая служит для перехвата, сбора и отвода подземных вод от сооружения.

Дренажи могут устраиваться как для одного здания (кольцевой дренаж), так и для комплекса зданий (систематической дренаж), что более экономично, за счет меньшей протяженности.

Виды дренажей:

- Траншейные;

- Закрытые беструбчатые;

- Закрытые трубчатые;

- Галерейного типа;

- Пластовый + пристенный.

1. Траншейные дренажи.

(открытые дренажи и канавы).

 

Рис. Схема траншейного дренажа

Являясь эффективным средством водопонижения (отвода вод), они в тоже время занимают большие площади, осложняют устройство транспортных коммуникаций и требуют больших затрат для поддержания их в рабочем состоянии.

2. Закрытый беструбчатый дренаж – траншея, заполненная фильтрующим материалом (гравий, щебень, камень) от дна до уровня подземных вод (рис 14.12а)

Предназначен для недолговременной эксплуатации (период пространства работ нулевого цикла).

Рис.14.12. Виды тренажей:

а - закрытый беструбчатый; б – трубчатый совершенного типа; в – трубчатый несовершенного типа; г – дренажная галерея; 1 – дерн корнями вниз; 2 – уплотненная глина; 3 - дерн корнями вверх; 4 – обратная засыпка из метного песчаного грунта; 5 – щебень; 6 – каменная кладка; 7 – глинобетонная подушка; 8 – песок средней крупности; 9 – труба; 10 – водоупор; 11 – обделка из сборных железобетонных элементов; 12 – дренажная засыпка; 13 – отверстия для воды.

 

3. Трубчатый дренаж – дырчатая труба (перфорированная) с обсыпкой песчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого материала (рис 14.12.б,в).

4. Галерейный дренаж – применяют в ответственных сооружениях и там, где большой приток воды (рис 14.12. г).

5. Пластовый дренаж – слой фильтрующего материала, уложенный под всем сооружением (рис 14.13). Вода из него отводится с помощью обычных трубчатых дрен. Состоит, как правило, из двух слоев:

- Нижний (h ≥ 100 мм) – песок средней крупности;

- Верхний (h ≥ 150 мм) – щебень или гравий.

 

 

Рис. 14.13. Пластовый дренаж:

1 – уровень подземных вод; 2 – защищаемое заглубленное помещение; 3 – пристенный дренаж; 4 – песчаный слой; 5 – защитное покрытие щебеночного слоя; 6 – песчано-гравийный или щебеночный слой; 7 – труба.

· Часто при защите отдельных зданий пластовый дренаж сочетается с пристенным (сопутствующим) дренажом – вертикальный слой из проницаемого материала, устраиваемый с наружной стороны фундамента и заглубляемый ниже его подошвы.

При неглубоком залегании водоупора и слоистом основании иногда достаточно устройства только одного пристенного дренажа.

· Собираемые воды отводятся и сбрасываются в водоемы, дождевую канализацию или другие специальные места.

→ Гидроизоляция предназначена для обеспечения водонепроницаемости сооружений (антифильтрационная гидроизоляция), а также защиты от коррозии и разрушения материалов фундаментов при физической или химической агрессивности подземных вод (антикоррозионная гидроизоляция).

1). Простейший случай – защита от капиллярной влаги.

На высоте 15-20 см от верха отмостки по выровненной горизонтальной поверхности стен устраивают непрерывную водонепроницаемую прослойку из 1…2 слоев рулонного материала на битумной мастике (рис.)

Рис. 14.14. Изоляция стен от сырости и капиллярной влаги:

а – стена бесподвального здания; б – стена подвального помещения; 1- цементный раствор или рулонный материал; 2 – обмазка битумом за два раза.

2). Если уровень грунтовых вод находится ниже пола подвала (рис.14.14 б), то для защиты фундаментов применяют изоляцию от сырости.

Для этого с наружной поверхности заглубленных стен осуществляется обмазка горячим битумом за 1…2 раза и прокладываются рулонная изоляция в стене на уровне ниже пола подвала.

3). Если УГВ выше отметки пола подвала, то гидроизоляцию осуществляют в виде сплошной оболочки, защищающей заглубленное помещение снизу и по бокам.

Выполняется из рулонных материалов с не гниющей основой (гидроизол, стеклорубероид, металлоизол, толь и т.п.) – оклеичная гидроизоляция.

- Вертикальная гидроизоляция наклеивается, как правило, с наружной стороны фундамента, т.к. в этом случае под действием напора подземных вод изоляция просто прижимается к изолируемой поверхности.

Для предохранения изоляции от механических воздействий (например, при обратной засыпки) снаружи ее ограждают защитной стенкой из кирпича, бетона или блоков (рис. 14.15.) Зазор между стенкой и гидроизоляцией заполняют жидким цементным раствором.

Рис. 14.15. Гидроизоляция подвальных помещений:

а – при небольших напорах подземных вод; б, в – при больших напорах подземных вод; 1 – защитная стенка; 2 – уровень подземных вод; 3 – битумная обмазка; 4 – цементный раствор или рулонный материал; 5 – рулонная изоляция; 6 – защитный цементный слой; 7 – бетонная подготовка; 8 – цементная стяжка; 9 – железобетонное ребристое перекрытие; 10 – железобетонная коробчатая канструкция

- Горизонтальная гидроизоляция наклеивается на выровненную цементной стяжкой поверхности подготовки и защищается сверху цементным или асфальтовым слоем t=3…5см.

· Гидростатической давление воды при УГВ до 0,5 м выше пола подвала компенсируются весом конструкции пола (рис. 14.15 а)

· Если УГВ выше отметки пола подвала более чем на 0,5 м, то применяют специальные конструкции (заделанные в стены ж/б плиты, специальной плиты с упорами в стены здания и т.п.) – рис.14.15 б, в.

· В любом случае гидроизоляция должна устраиваться на высоту превышающую максимальную отметку УГВ на 0,5 м.

4). Защита от коррозии.

- При слабоагрессивных водах делают глиняный замок из хорошо перемятой и плотоноутрамбованной глины по всей высоте защитной стенки и с боков фундаментов (рис. 14.16)

Рис. 14.16. Изоляция фундаментов от агрессивных подземных вод:

1 – глиняный замок из перемятой глины; 2 – обмазка битумом за три раза; 3 – защитная стенка; 4 – рулонная изоляция; 5 – чистый пол; 6 – железобетонное перекрытие; 7 – защитный слой; 8 – цементная стяжка; 9 – щебеночная или гравийная подготовка на битуме.

- При более агрессивных водах до устройства глиняного замка поверхность защитной стенки и фундаментов покрывают за 2 раза битумной мастикой или оклеичной изоляции из битумных рулонных материалов.

 

Снизу фундамента и под полом подвала изоляция имеет более сложную конструкцию (см. рис.)

- На ряду с антикоррозионной изоляцией фундаменты защищают за счет применения более стойких к данному виду агрессивности цементов (сульфатостойкие и т.п.), а также плотных бетонов.

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ

 

Общие положения

· Котлованами называют выемки различные по глубине, но с достаточно большими размерами в плане, устраиваемые в грунте и предназначенные для различных целей: устройство фундаментов, монтажа подземных конструкций и оборудования, прокладки туннелей и коммуникаций и т.п.

· Выемки, имеющие малую ширину и большую длину, называют траншеями, а имеющие малые размеры в плане и большую глубину – шахтами.

- Проект котлована является составной частью общего проекта здания или сооружения и включает в себя:

- чертеж котлована;

- указания по производству и организации работ;

- защитные мероприятия.

· Чертеж

учитываются: в плане

1. возможность производства работ;

2. возможность устройства опалубки;

3. размещение крепления стенок котлована;

4. размещение водопонижающих установок;

5. глубина в основном определяется заложением фундамента (с учетом песчаной подушки, пласт. дренажа и т.п.)

· Указывают:

- горизонтальную и вертикальную привязку котлована к местности;

- основные оси;

- размеры поверху и понизу;

- абсолютные отметки дня и заглублений;

- заложение откосов – i

· Защитные мероприятия

Их целью является сохранение природной структуры грунтов в основании возводимых фундаментов (т.е. дня котлована) и обеспечении устойчивости стенок котлована на все время производства строительных работ.

Необходимость сохранения природной структуры грунтов объясняется тем, что ее нарушение в процессе работ нулевого цикла сопровождается, как правило, ухудшением строительных свойств основания.

Требования по сохранению природной структуры основания:

- Не допускать скапливание на дне котлована воды (замачивания), т.к. оно ухудшает свойства грунтов предусматриваются специальные меры для защиты котлована от обводнения.

- Не допускать промерзания дна котлована в зимний период работ, т.к. большинство в зимний период работ, т.к. большинство грунтов обладает пучинистыми свойствами. Для этого, дно котлована покрывают слоем шлака или другого аналогичного по свойствам материала.

- Не допускать механического воздействия на дно котлована. Для этого котлован механизированной техникой недокапывают на 20…30 см. Оставшийся грунт аккуратно снимают лопатами.

- Устройство фундаментов необходимо выполнить по возможности быстрее, особенно в дождливый и зимний периоды строительства.

Требования к устойчивости стенок котлована.

- Конструкции крепления стенок или откосов котлованов должны воспринимать все нагрузки от давления грунта и подземных вод и защищать его от их оползания или обрушения.

- При разработке котлованов и траншей в непосредственной близости и ниже уровня заложения примыкающих сооружений необходимо принятие специальных мероприятий против развития осадок и деформаций близкорасположенных сооружений:

· это забивка шпунтовой стенки;

· закрепление грунтов основания;

· подводка нового фундамента.

В. Закладные крепления

 

Устраивают при глубине котлована до 2…4 м в сухих и маловлажных грунтах (рис. 14.2 а, б). Закладное крепление состоит из стоек, распорок и горизонтальных досок (забирки), которые заводят за стойки снизу по мере углубления котлована или траншеи, а стойки постепенно заменяют на более длинные тщательно раскрепляя их распорками.

Рис. 14.2. Крепление вертикальных стенок выемок:

а, б – закладное; в – анкерное; г – подкосное; 1 – стойка; 2 – доски; 3 – распорка; 4 – свайка; 5 – стяжка; 6 - подкос

Более удобное крепление не требующее замены стоек по мере заглубления выемки, состоит из предварительно забитых в грунт двутавровых стальных балок, за полки которых постепенно закладываются доски.

 

Д. Шпунтовые ограждения

 

Служат для крепления вертикальных стен котлована при глубине более 4-х метров, а также при любой глубине, но при уровне подземных вод выше дна котлована.

Шпунтовые ограждения состоят из отдельных элементов (шпунтин), которые погружаются в грунт еще до отрывки котлована и образуют сплошную стену предотвращающую сползание грунта и проницание воду в котлован.

Рис. 14.3. Деревянное шпунтовое ограждение:

а – из досок; б – из брусьев; в – нижний конец деревянной шпунтины

 

 

Шпунты могут выполняться из:

- дерева;

- стали;

- ж\б

→ Деревянные шпунтовые ограждения применяют для крепления неглубоких котлованов (3…5 м) (рис. 14.3) может быть:

- дощатым (толщина до 8…10см)

- брусчатым (t от 10 до 24 см)

Рис. 14.4. Профили прокатного стального шпунта:

а – плоский; б – корытный; в – Z-образный

Длина шпунтин определяется глубиной их погружения, но, как правило, не превышает 8 м, поскольку более длинный не дорогой и дефицитный.

Для полного смыкания шпунтин их снабжают гребнем или пазом, а нижний конец делают с односторонним заострением, за счет чего погружаемая шпунтина прижимается к уже погруженной, что делает стенку более плотной.

Дополнительному уплотнению соединения шпунтин способствует и постепенной разбухание древесины в воде.

Деревянное шпунтове ограждение отличает простота изготовления, однако есть ограничения его применения:

- невозможность забивки шпунтин в плотные грунты;

- небольшая длина шпунтин (6…8 м);

- и относительно малая прочность.

→ Металлический шпунт применяют при глубине более 5…6 м. За счет своей конструкции (рис. 14.4) он обладает большой прочностью и жесткостью.

Он состоит из прокатного профиля l=8…24 м.

- плоской;

- корытной; } при больших изгибающих моментах

- Z-образной формы

Связь между шпунтинами по вертикали осуществляется при помощи «замков». Конструкция замков обеспечивает плотное и прочное соединение шпунтин между собой. Остающиеся зазоры в замках, быстро заливаются и металлическая шпунтовая стенка становится практически водонепроницаемой.

Железобетонный шпунт применяют при постройке набережных, причальных и гидротехнических сооружений, или в тех случаях когда шпунт в дальнейшем используются как часть конструкции.

Ж/б шпунт

 

Сплошной ж/б ряд свай (забивных или буронабивных)

 

Разрешенный ряд свай в глинистых грунтах.

 

Конструкции шпунтовых стенок:

- без креплений (консольные);

- с распорным креплением;

- с грунтовыми анкерами.

Рис. 14.5. Схемы шпунтовых ограждений:

а – консольное; б – с распорным креплением; в – с анкерным креплением; 1 – шпунтовая стенка; 2 – распорка; 3 – обвязка; 4 – анкерная свая; 5 – анкерная тяга.

Применение креплений распорного и анкерного типа увеличивает устойчивость шпунтовой стенки, уменьшает возникающие изгибающие моменты и ее горизонтальные смещения, что позволяет делать стенки более легкими.

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОСНОВАНИЙ (ГРУНТОВ)

Общие положения

 

За последние годы наблюдается неуклонное увеличение объема строительства в сложных ИГУ. Все чаще для строительства используются площадки, сложенные слабыми грунтами – иглами, рыхлыми песками, заторфованными отложениями.

Особую проблему составляют т.н. региональные грунты, обладающие специфическими свойствами это:

- вечномерзлые грунты;

- лессовые просадочные грунты;

- набухающие;

- засоленные грунты;

- озерно-ледниковые отложения

Давайте краток рассмотрим их специфические свойства:

Особое место занимают насыпные грунты – это толщи разнородных отложений, сформировавшееся в результате техногенной деятельности человека, а также создаваемые целенаправленно отсыпкой или намывом. Насыпные грунты очень разнообразны и использовать их в качестве основания следует с очень большой осторожностью.

· Многие их этих (указанных) грунтов в природном состоянии имеют невысокую несущую способность и повышенную сжимаемость. Для других характерно существенное ухудшение механических свойств при определенных воздействиях (например, замачивание лессовых грунтов под нагрузкой, оттаивание мерзлых грунтов, рассоление засоленных грунтов и т.д.)

· Недооценка этих явлений может привести к значительным деформациям основания к его просадкам и даже к потере устойчивости основания.

Учет этих явлений подразумевает улучшение строительных свойств таких грунтов многочисленными способами направленного воздействия.

→ Меры преобразования строительных свойств основания можно разделить на три группы:

1. – Конструктивные методы, которые не улучшают свойства самих грунтов, а создают более благоприятные условия работы их как оснований за счет регулирования напряженного состояния и условий деформирования, когда их отрицательные свойства не могут проявиться;

2. – Уплотнение грунтов, осуществляется различными способами и направлено на уменьшение пористости грунтов, создание более плотной упаковки минеральных агрегатов;

3. – Закрепление грунтов, заключающееся в образовании прочных искусственных структурных связей между минеральными частицами.

· Выбор метода преобразования структурных свойств грунтов зависит от:

- типа грунта (его физических свойств);

- характеристика напластований;

- особенности будущего сооружения, т.е. интенсивности передаваемых им нагрузок;

- решаемых инженерных задач;

- технологических возможностей строительной организации.

* Специфические свойства региональных грунтов

1. Илы: образовались в результате выпадения в осадок мельчайших частиц породы. Илистые грунты всегда находятся в водонасыщенном состоянии

S_r~1.0

В таком грунте имеются (преобладают) водно-

– коллоидные связи;

– кристализационные связи;

2. Лессовый грунт: это тот же ил, но в высушенном состоянии (просадочные грунты). Рыхлая структура – теже структурные связи, но нет воды.

3. Вечномерзлый грунт, свойства этих грунтов существенно зависят от их температуры. При ее увеличении, т.е. оттаивании, также грунты дают (также как лесс) мгновенную просадку, а при промораживании наблюдается морозное пучение строительство на таких гуртах ведется специальными методами:

- либо сохранение весной мерзлоты;

- либо специального оттаивания и уплотнения

- либо применение специаьных схем зданий не боящихся осадок;

4. Заторфованные грунты – грунты, содержащие от 30 до 60 % органический веществ, эти грунты обладают малой прочностью, и большой а главное неравномерной сжимаемостью.

В погребенном торфе можно строить, но не в коем случае не дорывать до торфа (гниение) и проверяется несущая способность (подстилающий торфяной слой)

5. Набухающие глины – увеличивают свой объем при замачивании.

6. Засоленные грунты - при засолении резко снижают свою прочность и увеличивают сжимаемость (в местах где возникает постоянная фильтрация воды следует вымывание соли)

7. Озерно-ледниковые отложения (ленточные глины)

Исторический процесс их образования выглядит следующим образом: водный поток несет крупные частицы и они выпадают в осадок. Вода останавливается и выпадают мелкие частицы и т.д.

глинистые прослойки водонасыщенны за счет такой структуры (глинистых прослоек) они очень хорошо пропускают воду в горизонтальном направлении, а в вертикальном k_ф достаточно мал.

Если ленточные глины перемять, то они переходят в текуче- пластичное состояние, за счет освобождения воды из глинистых прослоек.

 

Конструктивные мероприятия

· Замена грунта основания (грунтовые подушки)

· Шпунтовые ограждения

· Армирование грунтов

· Боковые пригрузки

А. Грунтовые подушки

 

Если в основании залегают слабые грунты и их использование оказывается невозможным или нецелесообразным, то возможно экономичной может оказаться замена слабого грунта другим, т.е. применяют т.н. грунтовые подушки.

Все основные выкладки, расчеты и замечания касательно применения и проектирования грунтовых (песчаных) подушек см. ранее стр.24

Б. Шпунтовые конструкции

 

используются для улучшения условий работы грунтов как ограждающие элементы в основания сооружений

Шпунт погружают через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт. И на песчаной подсыпке (дренирующий слой) в сопряжении со шпунтовым ограждением устраивается сооружение.

Такое технической решение исключает возможность выпирания грунта в сторону из-под фундамента, т.е. увеличивает его несущую способность, за счет того, что грунт приводит к уменьшению осадок.

Рис. 12.2. Усиление основания с помощью шпунтового ограждения:

1 – фундамент; 2 – слабый грунт; 3 – шпунтовое ограждение; 4 – плотный грунт; 5 – песчаная подушка (дренирующий слой)

Рис. 12.3. Армировании грунта в искусственном основании фундамента (а), при устройстве насыпи (б), при воздействии засыпок (в):

1 – фундамент; 2 – армирующие элементы; 3 – песчаная подушка; 4 – насыпь; 5 – подпорная стенка; 6 – призма обрушения.

В. Армирование грунта

 

Метод армирования грунта заключается в введении в него специальных, армирующих элементов, уменьшающих его сжимаемость и увеличивающих его прочность. Армирование производится в виде лент или сплошных матов, выполненных из геотекстиля. Реже используется металлическая арматура (см. рис. 12.2). Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью и обеспечивать необходимое зацепление с грунтом, для чего их поверхность делается шероховатой.

 

Г. Боковые пригрузки

 

Устройством пригрузок основания и низовой части откосов можно повысить устойчивость откосов, а также основание грунта под ее подошвой. Пригрузки выполняются из крупнообломочных или песчаных грунтов

Рис. 12.4. Увеличение устойчивости насыпи на слабых грунтах методом боковой пригрузки:

1 – слабый грунт; 2 – боковая пригрузка; 3 – насыпь.

Уплотнение грунтов

 

Методы уплотнения грунтов подразделяют на:

- поверхностные, когда уплотняющие воздействия прикладываются на поверхности и приводят к уплотнению сравнительно небольшой толщи грунтов

- глубинные, когда уплотняющие воздействия передаются значительные по глубине участки грунтового массива.

→ Поверхностное уплотнение производится

· укаткой;

· трамбовкой;

· вибрационными механизмами (виброуплотнением)

· подводными взрывами;

· вытрамбовыванием котлованов.

→ К методам глубинного уплотнения относят

· устройство песчаных, грунтовых и известковых свай

· глубинное виброуплотнение

· уплотнение статической пригрузкой в сочетании с устройством вертикального дренажа

· водопонижение

· глубинные(камуфлетные взрывы зарядов ВВ или электровзрывы)

Любые уплотнение можно производить только до определенного предела (до отказа), после достижения которого дальнейшее воздействие не производят к заметному уплотнению

На рис. 12.5 приведены графики иллюстрирующие процесс уплотнения грунта при цилиндрических уплотняющих воздействиях (укатке, трамбовке)

Уплотняемость грунтов, в значительной степени зависит от их влажности и определяется максимальной плотностью скелета уплотняемого грунта и относительной влажностью W_опт

 

 

Рис. 12.6. Зависимость плотности скелета уплотняемого грунта от влажности при стандартном уплотнении

Рис. 12.5. Понижение уплотняемой поверхности в зависимости от числа ударов (проходов):

а - от общего числа ударов; б - от каждых двух ударов; 1 - точка уплотнения до отказа

Оптимальная влажность – влажность соответствующая наилучшему уплотнению грунта. Она определяется в приборе стандартного уплотнения (прибор Проктора)

 

А. Укатка и вибрирование

 

Уплотнение укаткой производится самоходными и прицепными катками на пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами. Помимо укатки используют виброкатки и самопередвигающиеся вибромашины. Укаткам можно уплотнить грунты только на очень небольшую глубину, поэтому этот метод в основном применятся при послойном возведении грунтовых подушек, планировочных насыпей, земляных сооружений, при подсыпке оснований под полы. Уплотнение достигается многократной проходкой уплотняющих механизмов. Влажность грунтов при этом должна соответствовать оптимальной.