Виды грунтов и их свойства

Скальные грунты — залегают в виде сплошного массива (грани­ты, кварциты, известняки) или в виде трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы, не подвержены пучению, являются надежным основанием.

Крупнообломочные — несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). К ним относятся: щебень, галька, гравий. Эти грунты малосжимаемы, во­доустойчивы, непучинисты, являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный грунт.

Песчаные — состоят из частиц от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, сред­ней крупности, мелкие, пылеватые.

Пески гравелистые, крупные, средней крупности под нагрузкой равномерно сжимаются, поэтому осадка сооружения быстро пре­кращается, при замерзании не вспучиваются и являются прочным и надежным основанием.

Пески мелкие и пылеватые при увлажнении и последующем за­мерзании становятся пучинистыми, несущая способность при ув­лажнении уменьшается.

Глинистые — связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм. Несущая способность зависит от влажности. Всухом и маловлажном состоянии воспринимают значительные нагрузки, при увлажнении несущая способность снижается. Отличаются дли­тельной осадкой под нагрузкой и вспучиванием при замерзании.

Лессовые — глинистые грунты с содержанием большого коли­чества пылеватых частиц и наличием крупных пор. Эти грунты в су­хом состоянии обладают достаточной несущей способностью. При увлажнении структура лессовых грунтов разрушается, и поддействи-ем нагрузки образуются просадки. При использовании таких грунтов в качестве оснований требуются специальные меры по укреплению и защите от увлажнения.

Насыпные — образовавшиеся искусственно при засыпке овра­гов, прудов, местных свалок. Эти грунты неоднородны по структуре, обладают неравномерной сжимаемостью. Для использования таких грунтов в качестве оснований необходимы исследования их несу­щей способности.

Для выбора надежного основания на отведенном под строитель­ство участке производят геологические и гидрогеологические иссле­дования, чтобы определить вид, мощность пластов, их физические и механические свойства, положение уровня грунтовых вод.

В зависимости от этажности здания и местных условий глубина исследования составляет от 6 до 15 м и более. Исследование осущест­вляется бурением скважин или рытьем шурфов (колодцев) и лабо­раторными анализами образцов грунтов. Грунтовые воды (при их наличии) подвергают химическому анализу, так как они могут быть агрессивными. Результаты исследования заносят в специальные журналы, после чего составляют чертежи вертикальных разрезов (колонок) буровых скважин. По этим данным составляют геоло­гический профиль грунтового массива с указанием полных харак­теристик пластов грунта и положения уровня грунтовых вод, что позволяет правильно выбрать основание под здание.

Если грунт на участке строительства не удовлетворяет предъяв­ляемым требованиям, то устраивают искусственные основания. Такие основания при возведении зданий на слабых грунтах устраи­вают путем их искусственного упрочнения или заменой слабого грунта. Упрочнение грунта может быть осуществлено следующими способами:

уплотнением — пневматическими трамбовками или трамбовоч­ными плитами массой от 2 до 4 т. Этот способ применяют в слу­чае, если грунты недостаточно плотные, а также при насыпных

грунтах. Если грунты песчаные или пылеватые, то для их уплот­нения применяют поверхностные вибраторы. Этот способ явля­ется более эффективным, так как грунт уплотняется быстрее;

• силикатизацией — для закрепления песков, лессовых грунтов. Для этого в песчаный грунт поочередно нагнетают растворы жид­кого стекла и хлористого кальция, для закрепления пылеватых песков — раствор жидкого стекла, смешанного с раствором фосфорной кислоты, а для закрепления лессов —только раствор жидкого стекла. В результате нагнетания указанных растворов грунт по истечении определенного времени приобретает значи­тельно большую несущую способность;

• цементацией — нагнетанием в грунт по трубам жидкого цемент­ного раствора или цементного молока, которые, затвердевая в порах грунта, придают ему камневидную структуру. Цементацию используют для укрепления гравелистых, крупных и среднезер-нистых песков;

• обжигом — путем сжигания горючих продуктов, подаваемых в специально устраиваемые скважины под давлением. Этот спо­соб используют для закрепления лессовых грунтов;

• заменой слабого грунта на более прочный. Замененный слой грунта называют подушкой. При небольшой нагрузке на осно­вание применяют песчаные подушки из крупного или средней крупности песка. Толщина подушки принимается по расчету.

Фундаменты

Фундаменты являются важным конструктивным элементом здания, воспринимающим нагрузку от надземных его частей и передающим ее на основание. Фундаменты зданий должны быть прочными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плос­кости подошвы фундамента, долговечными, экономичными и индустриальными.

Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются над­земные части здания, называется поверхностью фундамента, или обрезом, а нижняя его плоскость, соприкасающаяся с основанием, — подошвой фундамента. Расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы называют глубиной заложения фундамен­та. Назначение здания, наличие в нем подвалов, глубина промерза­ния, уровень грунтовых вод — все это влияет на глубину заложения фундамента. Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (песка мелкого, пылеватого, супеси, суглинка или глины), то подошву фундамента нужно располагать не выше уровня промерзания грунта. В непучинистых грунтах (крупнообломочных, песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундаментов не зависит от глубины промерзания, однако она дол­жна быть не менее 0,5 м от уровня спланированной земли.

Глубина заложения фундамента под внутренние стены и столбы отапливаемых зданий принимается независимо от глубины промер­зания грунта, ее назначают не менее 0,5 м. Необходимо, чтобы фун­даменты внутренних и наружных стен опирались на однородный грунт во избежание неравномерных осадок. Фундаменты классифицируют:

по конструктивным схемам — ленточные, располагаемые непре­рывной лентой под несущими стенами здания; столбчатые в виде отдельных опор под колоннами; сплошные в форме массивной плиты под зданием; свайные в виде железобетонных или других стержней, забитых в грунт (рис. 3.5);

Рис. 3.5. Конструктивные схемы фундаментов:

а — ленточный под стены; б — то же под колонны;

в — столбчатый под стены; г— отдельный под колонну;

д — сплошной безбалочный; е — сплошной балочный; ж — свайный;

1 — стена; 2 — ленточный фундамент; 3 — железобетонная колонна;

4 — железобетонная фундаментная балка; 5 — столбчатый фундамент;

6 — ростверк свайного фундамента;

7 — железобетонная фундаментная плита; 8 — сваи

по материалу — из природного камня; бутобетона; бетона; же­лезобетона;

по характеру работы под нагрузкой — жесткие, работающие на сжатие (бутовые, бетонные, бутобетонные); гибкие, работающие на сжатие и изгиб (железобетонные);

по глубине заложения — мелкого (до 5 м) и глубокого (более 5 м) заложения.

Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты устраивают под несущими стенами бескаркасных зданий. По способу устройства фундаменты бывают монолитные и сборные. Монолитные фундаменты выполняют: из бутового камня рваной формы или бутовой плиты; их укла­дывают на сложном или на цементном растворе с перевязкой (несовпадением) вертикальных швов. Ширина бутовых фунда­ментов должна быть не менее 0,6 м для кладки из рваного бута, не менее 0,5 м — из бутовой плиты. Наименьшая ширина фун­даментов принята по условиям перевязки швов. Переход от уширенной части фундамента к узкой выполняют уступами шириной 150—250 мм и высотой не менее двух рядов кладки. Такие фундаменты требуют значительных затрат ручного труда, однакотам, где природный камень является местным материалом, их возведение экономически целесообразно (рис. 3.6); бутобетонными из бетона класса по прочности на сжатие В5 с включением в его толщу отдельных кусков бутового камня. Наименьшая ширина фундамента 350 мм. Уширение фундамен­тов ведут уступами шириной 150—250 мм и высотой 300 мм. Их возводят в щитовой опалубке или в траншеях (при плотных грунтах). По сравнению с фундаментами из бутового камня они менее трудоемки;

бетонными в опалубке из монолитного бетона классов В7,5—В30. Устройство таких фундаментов требует повышенного расхода цемента.

Более эффективными являются бетонные и железобетонные фун­даменты из сборных элементов заводского изготовления (рис. 3.7), состоящие из блоков-подушек и фундаментных блоков.

Фундаментные подушки укладывают непосредственно на выров­ненное основание или на тщательно утрамбованную песчаную под­готовку толщиной 100—150 мм. Блоки укладывают на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов, толщину которых принимают равной 20 мм. Вертикальные колодцы, образующиеся

Рис. 3.6. Конструкции ленточных фундаментов:

а — из бутового камня; б — из бутобетона; в — бетонные;

1 — стальная арматура; 2 — щиты опалубки

Рис. 3.7. Фундаменты из сборных элементов:

а — сплошные; б — прерывистые;

1 — фундаментные плиты; 2 — фундаментные блоки

Рис. 3.7 Фундаменты из сборных элементов:

а - сплошные, б - прерывистые,

1 – фундаментные плиты, 2- фундаментные блоки

торцами блоков, заполняют раствором. Продольные и поперечные стены ленточных фундаментов в местах сопряжения должны иметь перевязку, в горизонтальные швы закладывают арматурные сетки из стали диаметром 6—10 мм.

Блоки-подушки изготавливают толщиной 300 и 400 мм, шири­ной от 800-2800 мм, а блоки-стенки шириной 300, 400, 500, 600 мм, высотой 300, 600 мм, длиной от 800 до 2400 мм. В практике строи­тельства применяются железобетонные блоки толщиной 380 мм при толщине стен 380, 510, 640 мм. При такой конструкции прочность материала фундамента используется полнее и в результате полу­чается экономия бетона. Этой же цели соответствует устройство прерывистых фундаментов. Прерывистые фундаменты монтируют из плит-подушек, укладываемых с разрывом 0,2—0,9 м друг от друга, промежутки между ними заполняются песком. Это сокращает расход материалов, уменьшает затраты труда, полнее используется несущая способность основания.

Фундаменты на глинистых и просадочныхоснованиях (рис. 3.8, а) с длительной и неравномерной осадкой дополнительно усиливают арматурой. Продольные стальные стержни втапливают в слой раствора, укладываемого толщиной 30—50 мм по верху фундамент­ных плит. Железобетонный пояс толщиной 100—150мм выполняют по верхнему ряду бетонных блоков. Эти мероприятия повышают жесткость фундаментов и предупреждают появление трещин при неравномерной осадке здания.

Если по расчету ширина подошвы фундамента не превышает ширины бетонного блока, то фундаменты выполняются без подушек.

При строительстве здания на участках со значительным уклоном (рис. 3.8, б) фундаменты стен выполняют с продольными уступами. Высота уступов должна быть не более 0,5 м, длина не менее 10 м. Также выполняется постепенный переход от фундамента глубокого заложения к более мелкому, например от подвальной части к бес­подвальной.

Фундамент крупнопанельных зданий и зданий из объемных бло­ков состоит из железобетонных плит толщиной 300 мм и установлен­ных на них панелей, имеющих высоту, равную высоте подвального помещения. Соединяются элементы между собой с помощью сварки стальных закладных деталей.

Если необходимо обеспечить независимую осадку двух смежных участков здания (при их разной этажности, основания с разнород­ной структурой), то при устройстве ленточных монолитных фунда­ментов в их теле устраивают сквозные разъединяющие фундамент

Рис. 3.8. Устройство фундаментов: а — на неравномерно уплотняемых основаниях; б — на косогорах; в — в местах деформационных швов;

1 — армированный шов; 2 — армированный пояс; 3 — доски, обернутые толем

зазоры — деформационные швы (рис. 3.8, в). Для этого в зазоры встав­ляют доски, обернутые толем, а вертикальные швы с обеих сторон защищают битумной мастикой. Если фундаменты сборные, то для обеспечения необходимого зазора блоки укладывают так, чтобы вер­тикальные швы совпадали.

В местах пропуска различных трубопроводов в монолитных фун­даментах заранее предусматривают соответствующие отверстия, а в сборных между блоками — необходимые зазоры с последующей их заделкой.

Рис. 3.9. Столбчатые фундаменты:

а — под наружные стены; б — монолитные под столбы; в, г— из железобетонного

блока-подушки и блока-плиты; д — из железобетонного башмака стаканного типа;

е — из железобетонного блока-стакана и опорной плиты; 1 — железобетонная

фундаментная балка; 2 — подсыпка; 3 — отмостка; 4 — гидроизоляция;

5 — кирпичный столб; 6 — блоки-подушки; 7 — железобетонная плита;

8 — железобетонная колонна; 9 — башмак стаканного типа;

10 — плита под башмак; 11 — блок-стакан