Фотографии
объектов
Портфолио компания МЗМК ИНЖИНИРИНГ


Техническое задание для предварительного расчета стоимости
Расчет по
проектированию
и строительству
Техническое задание для предварительного расчета стоимости проектирования и строительства
Главная Строительство Основания и грунты

Каждой географической местности соответствуют свои характеристики грунтов. Поэтому перед устройством фундаментов следует выяснить свойства грунта в данном районе.



Общие сведения о грунтах

Грунты — это горные породы, составляющие верхние слои земной поверхности, образовавшиеся в результате выветривания.

Классификация грунтов

Скальные грунты называют массивные горные породы с жесткими связями между частицами грунта, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива и имеющие значительную прочность при сжатии — прочны, не сжимаются, не размываются и не промерзают. В этом случае закладывать фундамент можно прямо на поверхности.

Хрящевые грунты (хрящ, гравий, обломки камня) не сжимаются и не размываются. Фундамент следует закладывать на глубину не менее 0,5 м независимо от глубины промерзания.

Нескальные или грунтовые основания представляют собой толщу несвязных или связных горных пород, имеющих связи между отдельными частицами, которые во много раз меньше прочности самих минеральных частиц. К этому типу относят основания из крупнообломочных, песчаных, пылевато-глинистых грунтов. Нескальные основания подразделяют на естественные и искусственно улучшенные. Первые используют при возведении зданий в условиях природного залегания после предварительной подготовки.

Песчаные грунты легко вынимаются, хорошо пропускают воду, сильно уплотняются под нагрузкой и незначительно промерзают. Фундамент можно закладывать на глубину от 0,4 до 0,7 м.

Глинистые грунты способны сжиматься, а замерзая — вспучиваться. Если они находятся во влажной среде, фундамент надо закладывать на расчетную глубину промерзания.

Суглинки и супеси — это смеси из песка и глинистых частиц. Суглинки содержат от 10 до 30 % глинистых частиц, супесиот 3 до 10%, т. е. эти виды грунта занимают промежуточное положение между глиной и песком.

Промерзание грунтов

Для каждой географической местности существует нормативная глубина промерзания грунта как среднее значение по многолетним наблюдениям в местах, очищенных от снега. В Минске и Риге, например, она принимается равной 100 см, в Москве и Ленинграде — 140 см, в Куйбышеве — 170 см и т. д. Однако следует отметить, что даже в пределах Белоруссии нормативная глубина промерзания может меняться. Поэтому перед устройством фундаментов следует выяснить глубину промерзания грунта в данном регионе.

Грунтовые воды

Кроме состояния грунта, на глубину заложения фундамента влияет также положение уровня грунтовых вод.

Если грунты имеют только небольшую естественную влажность и расстояние до грунтовых вод в период замерзания превышает глубину промерзания грунта плюс 2 м, то глубина закладки фундаментов должна быть не менее 0,5 м.

Если расположение грунтовых вод в период замерзания меньше глубины промерзания грунта плюс 2 м, но более расчетной глубины промерзания грунта, то фундамент следует закладывать на глубину промерзания, но его часть, находящуюся ниже 0,5 м, можно заменить песчаной или гравийной подушкой.

Если расстояние до уровня грунтовых вод меньше глубины промерзания грунта, то фундаменты следует закладывать на глубину промерзания или на 0,1 м глубже

Механические воздействия на грунт

Механические воздействия обусловлены приложением внешней нагрузки от фундаментов, а также различными динамическими явлениями (вибрация, колебания и т. п.), происходящими в результате движения транспорта, технологических, производственных и других факторов. К механическим воздействиям наиболее чувствительны несвязные и слабосвязные грунты, а именно, слабые насыщенные водой пылевато-глинистые грунты, илы, заторфованные грунты, рыхлые пески и др.

Физические воздействия на грунт

Физические воздействия, при которых происходит нарушение структуры грунтов, обусловлены дополнительным увлажнением, которое может оказать неблагоприятное влияние на лёссовые и набухающие грунты; оттаиванием мерзлых и вечномерзлых грунтов, а также химической и механической суффозией и выветриванием. Данный тип воздействий приводит к увеличению деформативности вследствие разрушения структурных связей, вызывая дополнительные неравномерные осадки.

В структурно-неустойчивых грунтах при приложении внешней нагрузки разрушение структурных связей происходит быстрее, чем образование новых, в отличие от структурно-устойчивых грунтов, в которых одновременно с частичным нарушением структуры и уплотнения возникают новые связи, увеличивая тем самым их прочность. Поэтому в структурно-неустойчивых грунтах процесс разрушения структурных связей происходит лавинообразно и приводит к развитию просадки, не связанной с процессом постепенного уплотнения.

Возведение и эксплуатация сооружений на структурно-неустойчивых грунтах весьма затруднительны, поэтому при проектировании необходимо учитывать условия, при которых возможно нарушение их природной структуры и развитие просадки, и принимать меры, направленные на устранение таких неблагоприятных явлений.

Следует отметить, что основания, сложенные структурно-неустойчивыми грунтами при нагрузках, напряжения от которых не превышают структурной прочности, обладают в некоторых случаях удовлетворительными физико-механическими характеристиками, которые резко ухудшаются при нарушении структуры или превышения напряжениями структурной прочности.

Основание — это толща грунтов со всеми особенностями их напластования, воспринимающего нагрузку от веса зданий и сооружений. Лучшим основанием для фундаментов является однородный грунт: он равномерно осаживается, поэтому здание стоит более устойчиво.



Устройство фундамента на основаниях, сложенных слабыми грунтами

Слабыми считаются насыщенные водой сильносжимаемые грунты, которые при обычных скоростях приложения внешних нагрузок, свойственных строительному периоду, теряют прочность. К таким грунтам относятся пористые пылевато-глинистые грунты в текучем или текучепластичном состоянии, илы, пески в рыхлом состоянии и заторфованные грунты. Однако перечисленные типы грунтов в условиях природного залегания могут воспринимать небольшие, медленно возрастающие нагрузки.

Состояние слабых грунтов оценивают с помощью индекса чувствительности

I= t1 / t2, (13.1)

где t1 и t2 - соответственно предельные сопротивления грунта сдвигу при ненарушенной и нарушенной структуре.

Илы, ленточные озерно-ледникового происхождения и польдиевые глины, являясь слабыми грунтами, очень чувствительны к перемятию, которое существенно уменьшает их сцепление, угол внутренного трения и увеличивает сжимаемость в 2-3 раза и более.

Илистые грунты

При приложении внешней нагрузки к илистым грунтам давление развивается как в скелете грунта, так и в поровой воде, которая, перемещаясь в стороны под действием приложенной нагрузки, приводит к образованию гидродинамического давления, снижающего устойчивость грунтов основания, которое, в свою очередь, способствует развитию зон сдвигов, нарушению структуры, сопровождается потерей прочности и ростом деформативности грунта.

Заторфованные грунты

Аналогичным образом деформируются и заторфованные грунты, имеющие в своем составе сильно разложившиеся органические остатки.

Возведение фундаментов на таких грунтах связано с большими трудностями, поэтому для строительства ответственных зданий и сооружений используют свайные фундаменты или фундаменты глубокого заложения с полной прорезкой слоев слабых грунтов. При возведении сравнительно легких сооружений прибегают к более экономичным решениям с помощью искусственного улучшения свойств оснований. В частности, применяют песчаные подушки, которые не только снижают реактивное давление от фундамента, но и плавно распределяют его, уменьшая возможность образования зон сдвигов, а следовательно, и перемятие грунтов. Кроме того, песчаная подушка изменяет направление фильтрации воды вверх, что снижает гидродинамическое давление, направленное в стороны от фундамента.

Для уменьшения развития неравномерных осадок, исключить которые не всегда удается, прибегают к уменьшению давления под подошвой фундамента за счет использования уширенной подошвы или сооружения сплошных плитных фундаментов под всем зданием. Если не удается заранее предсказать вид деформации здания или сооружения, используют меры по уменьшению влияния неравномерных осадок на несущие конструкции, о которых уже говорилось ранее. В некоторых случаях применяют плавающий фундамент, при устройстве которого вес извлекаемого грунта должен быть равен весу возводимого сооружения. Однако в последнем случае при разработке котлована необходимо предусматривать мероприятия, направленные на сохранение природной структуры слабых грунтов, которая очень легко нарушается, вызывая поднятие дна котлована с последующим развитием осадок разуплотнения.

При эксплуатации зданий и сооружений, возведенных на слабых основаниях, следует обеспечивать неизменяемость напряженного состояния. Изменение напряженного состояния в результате выполнения различных подсыпок, возведения тяжелых зданий рядом с уже существующими, понижение уровня подземных вод и т. п. приводят к росту дополнительных осадок. Величина последних может достигать аварийных значений при понижении уровня подземных вод в торфах и заторфованных грунтах, поскольку образующаяся зона аэрации в слое названных грунтов, в которую поступает воздух, способствует интенсификации процессов гниения и разложения органических остатков, вызывая медленное развитие значительных просадок фундаментов зданий и сооружений.

Изменение напряженного состояния может оказать вредное влияние и на свайные фундаменты в результате возникновения отрицательного трения, которое также вызовет рост дополнительных осадок.

Рыхлые песчаные грунты

К слабым грунтам относятся и пески, находящиеся в рыхлом состоянии. Такие пески в обычных условиях могут сопротивляться внешней нагрузке даже при залегании ниже уровня подземных вод при условии, что напряжения в них не превышают расчетных сопротивлений. При динамических и сейсмических воздействиях данный тип грунтов может разжижаться и уплотняться, приводя к катастрофическим осадкам зданий и сооружений.

Наряду с рассмотренными ранее мерами борьбы с неблагоприятными явлениями, возможными в результате неравномерных осадок, при строительстве на слабых грунтах используют следующие мероприятия:

  • проектируют здания одинаковой высоты;
  • зданиям в плане придают простую конфигурацию, так как при наличии излома в плане входящие углы получают большую осадку и в примыкающих прямоугольных частях здания возникают деформации кручения;
  • зданиям и сооружениям придают строительный подъем с учетом ожидаемых неравномерностей осадок, чтобы получить проектное положение после их развития;
  • над вводами в здание коммуникаций предусматривают увеличенные отверстия, чтобы оседающие стены или другие конструкции не оказывали дополнительного давления на трубопроводы, а канализационные сети делают с увеличенными уклонами, превышающими ожидаемые неравномерности осадок;
  • в каркасных зданиях предусматривают возможность поднятия колонн домкратами, а в высоких зданиях под фундаменты устанавливают пневматические резиновые подкладки для выравнивания крена при неравномерных осадках.


Устройство фундаментов на просадочных грунтах

К просадочным грунтам относятся лёссовидные суглинки и лёссы, которые имеют следующие характерные признаки: относительно высокую пористость (около 50%) при однородном зерновом составе (в основном состоят из пылеватых частиц) и малую влажность. Вследствие высокой пористости лёссовые грунты часто называют макропористыми, в некоторых случаях макропоры достигают размеров 0,5-5 мм и более. В просадочных грунтах из-за наличия карбонатов при замачивании происходит их быстрое размокшие, вызывающее нарушение первоначальной структуры, что приводит к значительному росту осадок. В практике строительства зафиксированы случаи, когда после замачивания сравнительно большой толщи лёссовых грунтов просадка поверхности грунта составляла 2-2,5 м.

Ориентировочными признаками, по которым можно предварительно судить о возможности просадочности грунтов, являются:

  • значение степени влажности;
  • значение показателя пластичности.

Относительная просадочность лёссовых грунтов зависит от внешней нагрузки и оценивается по графикам, получаемым в результате испытаний образцов в компрессионных приборах.

В зависимости от условий проявления просадки толщи просадочных грунтов на строительной площадке подразделяют на два типа.

I тип просадки толщи просадочных грунтов

I тип — грунтовые условия, при которых возможна просадка от внешней нагрузки, а просадка от собственного веса грунтов не происходит или не превышает 5 см. При I типе грунтовых условий по просадочности и толще просадочных грунтов в пределах 5-6 м применяют следующие способы.

  • Уплотнение грунтов с помощью тяжелых трамбовок после доведения влажности грунта до оптимальной (рис. fnd-21). Этот способ применяют, если глубина заложения фундамента 1,5-2 м, так как толщина остающихся под ними слоев просадочных грунтов, составляя 3,5-4 м, допускает уплотнение с помощью трамбовок.
  • Уплотнение и устройство подушек из непросадочных местных грунтов. Данный метод применяют, если не удается уплотнить грунт с помощью трамбования на требуемую глубину. Подушку устраивают над уплотненным слоем просадочного фунта (рис. fnd-22).
  • Устройство свайных фундаментов с прорезкой всей толщи просадочных грунтов с целью передачи давления на непросадочные подстилающие слои грунта (рис. fnd-23).
  • Уплотнение грунтов подводными взрывами с использованием предварительного замачивания, для чего снимают перед замачиванием верхний слой грунта в зоне предполагаемой застройки, на спланированное дно выемки насыпают песок, а выемку обваловывают. Затем в полученный котлован наливают воду и после замачивания просадочной толщи производят взрывы, которые, нарушая структуру грунта, способствуют его уплотнению.

II тип просадки толщи просадочных грунтов

II тип — грунтовые условия, при которых просадка происходит от внешней нагрузки и собственного веса и значение последней превышает 5 см. При II типе грунтовых условий по просадочности применяют следующие способы ее устранения.

  • Устройство свайных фундаментов с прорезкой просадочной толщи.
  • Уплотнение грунтов с помощью грунтовых свай.
  • Устройства свайных фундаментов из набивных свай с уширенной пятой (рис. fnd-24).
  • Уплотнение грунтов с помощью предварительного замачивания и взрывов в скважинах с последующим уплотнением верхнего слоя с помощью тяжелых трамбовок или подводных взрывов.

Использование перечисленных выше мероприятие по устранению просадочности связано с существенными дополнительными материальными затратами, поэтому при застройке территории относительно легкими жилыми и общественными зданиями целесообразно принципиально иное решение, исключающее возможность замачивания толщи просадочных грунтов в основании сооружений. Такое решение можно получить с помощью конструктивных мероприятий, предотвращающих поступление в грунт дождевых, производственных, хозяйственных и подземных вод (при поднятии уровня последних), а также вследствие изменения условий испарения влаги с поверхности земли.

Для исключения поступления в грунт дождевых вод прибегают к специальной компоновке генеральных планов и предъявляют особые требования к планировке территории. Если при планировке не удается сохранить природный рельеф, то после нее грунт тщательно утрамбовывают и покрывают асфальтом, дерном и др. Удаление дождевых вод с территории осуществляется с помощью кюветов, канав или дождевой канализации, причем особое внимание следует обратить на отведение вод от фундаментов. Для этого обратную засыпку тщательно трамбуют при оптимальной влажности, устраивая поверху водонепроницаемую отмостку, с которой вода отводится с помощью лотков в канавы, или канализационную систему.

Для предотвращения поступления в просадочные грунты производственных и хозяйственных вод используют специальные правила устройства трубопроводов. В частности, напорные трубопроводы водопровода и теплосетей необходимо выполнять из стальных труб, допускающих искривление при местных случайных просадках грунтов, чугунные трубопроводы прокладывают в туннелях, позволяющих быстро обнаруживать утечки. Канализационные коллекторы (безнапорные трубопроводы) устраивают в водонепроницаемых лотках, отводящих воду в смотровые колодцы.

Цехи промышленных предприятий, имеющих производственный процесс, связанный с возможностью разлива воды на пол, размещают в пониженных частях территории, а под полами устраивают подполья, позволяющие контролировать их исправность. Однако даже при тщательном выполнении мероприятий по предотвращению замачивания лёссовых грунтов они не гарантированы от местного замачивания при авариях трубопроводов или каких-либо других причин. Поэтому кроме мероприятий по защите от замачивания используют конструктивные приемы, позволяющие снижать чувствительность зданий и сооружений к неравномерным осадкам (*), или устранять неблагоприятные последствия неравномерности осадок с помощью рихтовки люфтов, поднятия колонн домкратами и т. п. При этом следует стремиться к предотвращению неравномерных осадок с помощью закрепления грунтов и принимать срочные меры по ликвидации возникшего процесса замачивания. Иногда допускается выравнивание осадок, образовавшихся в результате крена сооружения с помощью дополнительного увлажнения зон основания, где наблюдаются меньшие осадки фундаментов.



Устройство фундамента на набухающих и насыпных грунтах

Набухающими называют пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании водой увеличиваются в объеме.

Следует иметь в виду, что способность набухать имеют некоторые виды шлаков, а также не набухающие в обычных условиях пылевато-глинистые грунты, если они замачиваются отходами химических производств, в частности растворами серной кислоты. В набухающих грунтах возможен и обратный процесс — усадка или уменьшение объема при снижении влажности.

Набухание и усадка грунтов на строительной площадке возможны в результате следующих явлений:

  • подъема уровня подземных вод или инфильтрации (увлажнения поверхностными или производственными водами);
  • накопления влаги в ограниченной по глубине зоне под сооружением в результате нарушения природных условий испарения, возможного при застройке и асфальтировании городской территории (экранирование поверхности);
  • за счет изменения водно-теплового режима в верхней части зоны аэрации, происходящих в результате влияния сезонных климатических факторов;
  • за счет высыхания от воздействия тепловых источников (котельных, доменных печей, атомных, тепловых электростанций и др.).

Снижения интенсивности набухания удается добиться за счет максимального сокращения сроков работ по возведению фундаментов, используя при этом водонепроницаемые материалы и слабо фильтрующие обратные засыпки.

Иногда применяют компенсирующие песчаные подушки, позволяющие частично сглаживать неравномерное набухание грунта вследствие более равномерного распределения давления на большую площадь. Одновременно песчаные подушки способствуют сравнительно равномерному развитию набухания, обеспечивая стекание влаги с мест большего подъема набухшего грунта в пониженные зоны, где набухание замедлилось, тем самым автоматически регулируя развитие процесса набухания.

Исключить влияние неблагоприятных воздействий от набухания или усадки удается с помощью полной или частичной замены слоя набухающего грунта не набухающим.

Свайный фундамент

Использование свайных фундаментов с полной прорезкой слоев набухающих грунтов предотвращают вредное воздействие набухания, но не исключает его влияния на полы и конструкции, устраиваемые непосредственно на поверхности грунта. Набухание довольно часто приводит к поднятию полов первого этажа, поэтому для исключения этого явления полы рекомендуется устраивать по перекрытиям. Применение свайных фундаментов с частичной прорезкой толщи набухающих грунтов приводит к существенному уменьшению поднятия фундаментов в случае, если нижележащий слой набухающего грунта имеет небольшую мощность и загружен значительной нагрузкой от прорезаемой толщи.

При прорезке сваями набухающего грунта следует учитывать развитие сил трения по их боковым поверхностям. Если эти силы окажутся больше нагрузки, приходящейся на сваи, то фундамент может подняться, вызвав деформацию сооружения.

Фундаменты из буронабивных свай с уширением

Для полного исключения влияния возможных сезонных вертикальных колебаний поверхности грунта. Фундамент из буронабив часто устраивают фундаменты из буронабивных свай с уширением. Заделка нижнего уширенного конца свай в ненабухающий грунт уменьшает вредное воздействие трения по боковой поверхности. Горизонтальное воздействие усадки и набухания устраняют с помощью обратной засыпки пазух песком и укладки в зоне подошвы ростверка продольной арматуры, воспринимающей горизонтальные поперечные разрывающие усилия.

Основания, сложенные насыпными грунтами, необходимо проектировать с учетом их неравномерной сжимаемости, значительной неоднородности по составу, возможности самоуплотнения, особенно при динамических воздействиях, изменения гидрогеологических условий, а также возможности разложения органических включений. Насыпные грунты из шлаков и глин следует рассчитывать с учетом возможности набухания при замачивании водой.

При недостаточной несущей способности или расчетных деформациях оснований из насыпных грунтов, более предельных, необходимо выполнение следующих мероприятий:

  • поверхностное уплотнение оснований вибраторами, катками и тяжелыми трамбовками;
  • поверхностное уплотнение оснований вибраторами, катками и тяжелыми трамбовками;
  • глубинное уплотнение грунтовыми или песчаными сваями;
  • устройство песчаных, щебеночных и гравийных подушек;
  • прорезка насыпных грунтов свайными фундаментами или использование фундаментов глубокого заложения;
  • использование конструктивных мероприятий, снижающих неблагоприятное воздействие неравномерных осадок


Устройство фундамента на засоленных грунтах

Основания, сложенные засоленными грунтами, необходимо проектировать с учетом следующих факторов:

  • возможности образования суффозионной осадки в результате фильтрации воды с последующим выщелачиванием солей;
  • снижения прочностных характеристик в результате изменения физико-механических свойств в процессе выщелачивания;
  • возможной просадки или набухания при замачивании, а также повышенной агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций, возможной в результате растворения солей, содержащихся в грунте.

Засоленные грунты характеризуются относительным суффозионным сжатием (суффозионный осадок основания из засоленного грунта). При расчете оснований, сложенных засоленными грунтами по второй группе предельных состояний, осадку основания следует определять с учетом деформаций, вызываемых внешней нагрузкой, а также возможных деформаций от просадки в результате набухания, усадки и суффозионной осадки. Если предусматривается комплекс мероприятий, направленных на предотвращение длительного замачивания и выщелачивания грунтов, или возможность последнего полностью отсутствует, осадки основания определяют как для незасоленных грунтов при полном водонасыщении.

Если расчетные деформации основания превысят предельно допустимые по нормам или несущая способность окажется недостаточной, необходимо выполнять водозащитные мероприятия, исключающие замачивание, а в случае невозможности

  • осуществлять конструктивные меры, направленные на снижение неблагоприятного влияния неравномерных осадок;
  • прибегать к частичной или полной срезке слоев засоленных грунтов с заменой последних подушками из пылевато-глинистых грунтов;
  • применять свайные фундаменты с прорезкой слоев засоленных грунтов;
  • использовать закрепление и уплотнение грунтов, а также предварительное рассоление специальными веществами, вступающими в реакцию с солями.

Фундаменты на подрабатываемых территориях

Фундаменты на подрабатываемых территориях должны проектировать с учетом неравномерного оседания поверхности грунта, сопровождаемого горизонтальными деформациями от сдвига массивов грунта в результате производства горных работ и перемещения грунта в выработанное пространство при добыче полезных ископаемых.

При расчете оснований на подрабатываемых территориях учитывают расчетные относительные горизонтальные деформации, радиус кривизны деформации земной поверхности и показатель суммарных деформаций, развивающихся в пределах длины здания.

Конструктивную схему фундамента на подрабатываемых территориях следует принимать в зависимости от жесткости надфундаментных конструкций, расчетной деформации земной поверхности и податливости грунтов основания, при этом должны применяться следующие решения фундаментов:

  • с жесткой конструктивной схемой (плитные, ленточные с железобетонными поясами, столбчатые со связями распорками, коробчатые и др.);
  • податливой схемой (фундаменты с горизонтальными швами скольжения между отдельными элементами, предотвращающими при удлиненных перекрытиях и перемычках возможность обвала при горизонтальных смещениях, фундаменты с вертикальными элементами, имеющими возможность наклоняться при горизонтальном перемещении грунта);
  • комбинированной схемы (жесткие фундаменты, имеющие швы скольжения ниже уровня планировки или пола подвала).

Основными мероприятиями, снижающими неблагоприятное воздействие деформаций земной поверхности на конструкции зданий и сооружений при подработке, являются: устройство осадочных швов с разрезкой здания на отсеки простой конфигурации; применение жестких поясов из железобетона или армированной кладки; уменьшение поверхности фундаментов, имеющих контакт с грунтом; устройство фундаментного пояса на одном уровне в пределах отсека сооружения; размещение технических подполий и подвалов равномерно под всей площадью отсека сооружения; устройство грунтовых подушек на основаниях из практически несжимаемых грунтов; выполнение грунтовых подушек и обратной засыпки из материалов, обладающих малым сцеплением и трением на контакте с поверхностью фундаментов; отрывка перед подработкой грунта временных компенсационных траншей по периметру сооружения для уменьшения последующих горизонтальных деформаций.