Естественные и искусственные основания

Естественные  и искусственные основания

Прочность и  устойчивость зданий и сооружений в  значительной мере зависят от правильного  выбора оснований и конструктивного  решения фундаментов. Для проектирования оснований и фундаментов необходимо знать геологическое строение и  несущую способность слоя грунта, принятого в качестве основания, глубину его промерзания и  режим грунтовых вод.

Основанием называют толщу грунта или скальных пород, расположенных под фундаментом  и воспринимающих нагрузку от здания или сооружения.

Если основанием служат грунты в условиях естественного  залегания, то их называют естественными  основаниями, а грунты, предварительно уплотненные и укрепленные теми или иными способами, — искусственно улучшенными основаниями сооружений.

Правильный выбор  прочного, надежного и экономичного основания возможен в результате всестороннего изучения геологических  и гидрогеологических условий места  строительства. С этой целью на строительной площадке проводят инженерно-геологические  изыскания — определяют общее  геологическое и гидрогеологическое строение района строительства и  детальное расположение и мощность пластов грунта, их физические и механические свойства, а также положение уровня грунтовых вод на участках, предназначенных для отдельных зданий и сооружений.

Исследования  должны обосновать выбор основания  будущего здания или сооружения и  определить величину расчетного давления.

В качестве естественных и искусственно улучшенных оснований  могут служить различные виды грунтов: пески, супеси, суглинки, глины, лессы, мергель, гравий, щебень, скальные породы.

Естественные  основания. Все грунты, используемые в качестве естественных оснований, должны иметь необходимую прочность, небольшую и равномерную сжимаемость (деформативность), хорошо сопротивляться действию грунтовых вод, не подвергаться пучению при промерзании, иметь достаточную мощность слоя и обладать неподвижностью.

Грунты оснований  под действием нагрузки от здания или сооружения деформируются. Деформацию основания, не сопровождающуюся коренным изменением сложения грунта, называют осадкой, а значительное оседание отдельных  пластов грунта с выпиранием грунта из-под подошвы фундамента — просадкой.

Надежным основанием для сооружений являются скальные породы и крупнообломочные грунты, обладающие высокой несущей способностью и  малой деформативностью.

Песчаные грунты ввиду малой сжимаемости песка  и большой скорости его уплотнения под нагрузкой служат также надежным естественным основанием. При этом чем крупнее зерна и плотнее песчаный грунт, тем меньше осадка под нагрузкой и выше несущая способность.

Глинистые грунты являются связными породами. Они обладают пластичностью, большей пористостью  и сжимаемостью, уменьшаются в  объеме при высыхании и увеличиваются  при увлажнении. Глина сильно поглощает  воду и при насыщении становится водонепроницаемой; при замерзании она пучится. Сухая глина обладает большой прочностью и является хорошим основанием; несущая способность пластической и разжиженной глины резко снижается. Суглинки и супеси, относящиеся к глинистым грунтам, представляют собой смесь глины, песка и пылеватых частиц.

Значительное  распространение имеют лессовые грунты, которые относятся к группе пылеватых суглинков. Лессовые грунты, обладающие в природном состоянии  видимыми порами (макропорами), размеры  которых значительно превосходят  размеры частиц, составляющих скелет грунта, называют макропористыми грунтами. Эти грунты, содержащие растворимые  в воде известь, гипс и другие соли, при увлажнении теряют связность, быстро намокают и при этом уплотняются, образуя просадки. Такие грунты называют проса- дочными. При строительстве на таких грунтах предусматривают специальные меры по их укреплению и защите от увлажнения.

Искусственные основания устраивают тогда, когда  грунт обладает слабой несущей способностью и не может быть использован в  качестве естественного основания, Такие основания создают путем  уплотнения, закрепления, замены слабого  грунта грунтом с большей несущей  способностью или путем передачи нагрузки на заглубленные слои грунта при помощи специальных инженерных устройств (сваи, опускные колодцы и  др.). Искусственное улучшение свойств слабого грунта достигается путем поверхностного или глубинного уплотнения. Поверхностное уплотнение грунта осуществляют катками (на глубину 15—20 см), пневматическими трамбовками или трамбовочными плитами (на глубину до 1,5—2 м) и другими механическими способами.

Глубинное уплотнение слабых грунтов выполняют при  помощи грунтовых или песчаных свай, образуемых путем пробивания скважин  и заполнения их песком или грунтовым  материалом с уплотнением.

Простейшим видом  грунтовых искусственных оснований  являются песчаные подушки. Слой слабого  грунта под будущим фундаментом  удаляют и вместо него насыпают песок (с тщательным уплотнением). Подушки  можно устраивать также из материала  большой несущей способности: гравия, щебня или смеси грунта с гравием  или щебнем.

К более сложным  способам искусственного улучшения  свойств грунтов относят закрепление их различными вяжущими материалами, нагнетаемыми под давлением через инъекторы: цементным молоком (цементация), раствором жидкого стекла и отвердителя (силикатизация), горячим битумом или холодной битумной мастикой (битумизация). Вяжущие материалы после отвердения связывают частицы грунта в прочный камневидный монолит.

Цементации подвергают грунты, представляющие собой крупные  и среднезернистые пески; силикатизацию  грунта применяют при упрочнении пылеватых песков и лессовых грунтов. Битумизация обломочных грунтов  способствует их упрочнению и предотвращению фильтрации грунтовых вод. Лессовидные  просадочные грунты и пористые суглинки (неводонасыщенные) можно закреплять термическим способом — обжигом на глубину до 15 м раскаленными газами через пробуренные в грунте скважины диаметром 15—20 см.

Упрочнение слабых грунтов при создании искусственных  оснований способствует увеличению их несущей способности до заданной величины.

Несущая способность  основания определяется нагрузкой, при которой осадка (сжимаемость) грунта по величине и равномерности  соответствует нормам. Нагрузка —  расчетное давление на основание — выражается в МПа. Осадка основания зависит не только от нагрузки и степени сжимаемости, но и от формы и размеров подошвы фундамента.

Прочность и  устойчивость зданий и сооружений в  значительной мере зависят от правильного  выбора оснований и конструктивного  решения фундаментов. Для проектирования оснований и Фундаментов необходимо знать геологическое строение и  несущую способность слоя грунта, принятого в качестве основания, глубину его промерзания и  режим грунтовых вод. Основанием называют толщину грунта или скальных пород, расположенных под фундаментом  и воспринимающих нагрузку от здания или сооружения. Если основанием служат грунты в условиях естественного  залегания, то их называют естественными  основаниями сооружений.

Правильный выбор  прочного, надлежащего и экономичного основания возможен в результате всестороннего изучения геологических  и гидрогеологических условий места  строительства. С этой целью на строительной площадке проводят инженерно-геологические  изыскания — определяют общее  геологическое и гидрогеологическое строение района строительства, детальное  расположение и мощность грунта, их физические и механические свойства, а также уровень грунтовых  вод на участках, предназначенных  для отдельных зданий и сооружений. Исследования должны обосновывать выбор  основания будущего здания или сооружения и определить величину расчетного давления. В качестве естественных и искуст-венных оснований могут служить различные виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лёсс, мергель, гравий, щебень, скальные породы.

Все грунты, используемые в качестве естественных оснований, должны иметь необходимую прочность, небольшую и равномерную сжимаемость (деформативность), должны хорошо сопротивляться действию грунтовых вод, не подвергаться пучению и промерзанию, иметь достаточную прочность слоя и обладать неподвижностью. Грунты оснований под действием нагрузки от здания или сооружения деформируются.

Деформация основания, не сопровождающаяся коренным изменением сложения грунта, называется осадкой, а значительное оседание отдельных  пластов грунта с выпиранием грунта из-под подошвы фундамента — просадкой. Наиболее надежным основанием сооружений являются скальные породы, крупнообломочные грунты, обладающие высокой несущей  способностью и малой деформативностью.

Песчаные грунты ввиду малой ожимаемости песка и большой скорости его уплотнения под нагрузкой служат также надежным естественным основанием. При этом чем крупнее зерна и плотнее песчаный грунт, тем меньше осадка под нагрузкой и выше несущая способность.

Глинистые грунты являются связными породами. Они обладают пластичностью, большой пористостью  и сжимаемостью, уменьшаются в  объеме пр высыхании и увеличиваются при увлажнении. Глина сильно поглощает воду и при насыщении становится водопроницаемой, а при замерзании она пучится. Сухая глина обладает большой прочностью и является хорошим основанием. Несущая способность пластической и разжиженной глины резко снижается. Суглинки и супеси, относящиеся к глинистым грунтам, представляют собой смесь глины, песка и пылеватых частиц.

Значительное  распространение имеют лессовые грунты, обладающие в природном состоянии  видимыми порами (макропорами), размеры  которых значительно превосходят  размеры частиц, составляющих скелет грунта. Эти грунты, содержащие растворимые  в воде известь, гипс и другие соли, при увлажнении теряют связность, быстро намокают и при этом уплотняются, образуя просадки, поэтому они  называются просадочными. При строительстве на таких грунтах предусматривают специальные меры по их укреплению и защите от увлажнения.

Искусственные основания устраивают тогда, когда  грунт обладает слабой несущей способностью и не может быть использован в  качестве естественного основания.

Такие основания  создают путем уплотнения, закрепления, замены слабого грунта грунтом большей  несущей способности или путем  передачи нагрузки на заглубленные слои грунта с помощью специальных  инженерных устройств (сваи, опускные колодцы). Искусственное улучшение  свойств слабого грунта достигается путем поверхностного или глубинного уплотнения. Поверхностное уплотнение грунта осуществляется катками (на глубину 15— 20 см), пневматическими трамбовками или трамбовочными плитами (на глубину до 1,5—2 м) и другими механическими способами. Глубинное уплотнение слабых грунтов выполняют с помощью грунтовых или песчаных свай, образуемых путем пробивания скважин и заполнения их песком или грунтовым материалом с уплотнением.

Простейшим видом  грунтовых искусственных оснований  являются песчаные подушки. Слой слабого  грунта под будущим фундаментом  удаляют и вместо него насыпают песок  с тщательным уплотнением. Подушки  можно устраивать также из материала  большой несущей способности: гравия, щебня или смеси грунта с гравием  или щебнем.

К более сложным  способам искусственного уплотнения грунтов  относят закрепление их различными вяжущими материалами, нагнетаемыми под  давлением через инъекторы: цементным молоком (цементация), раствором жидкого стекла и отвердителя (силикатизация), горячим битумом или холодной битумной мастикой (битумизация). Вяжущие материалы после отвердения связывают частицы грунта в прочный камневидный монолит. Цементации подвергают грунты, представляющие собой крупные и сред-незернистые пески; силикатизацию грунта применяют при упрочении пылеватых песков и лессовых грунтов. Битумизация обломочных грунтов способствует их упрочению и предотвращению фильтрации грунтовых вод.

Лессовидные просадочные грунты и пористые суглинки (нево-Донасыщенные) можно закреплять термическим способом — обжигом на глубину до 15 м раскаленными газами через пробуренные в грунте скважины диаметром 15—20 см.

Упрочение слабых грунтов при создании искусственных  оснований способствует увеличению их несущей способности до заданной величины. Несущая способность основания  определяется нагрузку при которой осадка (сжимаемость) грунта по величине и равномерности соответствует нормам.

Осадка основания  зависит не только от нагрузки и  степени сжимаемости, но и от формы  и размеров подошв фундамента.