18. Сведения о работе грунта под нагрузкой.

Нагрузки на фундамент, так же как и собственный вес фундамента, достаточно сильно обжимают грунт таким образом, что горизонтальные силы приводит к смещению грунта в бок, иногда получается и полный сдвиг фундамента. Такие смещения и деформации грунта внешне могут проявляться как усадка и деформация самого фундамента, а вместе  с ним и всего здания.            Напряженное состояние и деформации грунта в основании обычно исследуют опытным путем, путем наблюдения в натуре, а также с помощью теоретического анализа проблемы. К примеру, чтобы иметь возможность теоретического изучения состояния грунта под нагрузкой зачастую пользуются моделями – берут сыпучее вещество и помещают в упругую изотропную среду.      При различных попытках рассмотреть обычный механизм движения частиц грунта, который происходит от внешней нагрузки, при проведении разного рода опытов с сыпучими грунтами, стала видна зависимость движения этих грунтов от величины нагрузки на них. Причем, при малом давлении это смещение грунта направлено именно вниз и происходит оно в непосредственной близости от подошвы.      В случае, когда давление увеличивается, зона движения частиц грунта значительно расширяется, она направляется  не только в глубину, но и в ширину. Так же было отмечено, что на боковых участках основания движение грунта происходит по косой линии, таким образом, траектория смещения частиц грунта имеет вид раскрывшегося веера.      Если же давление увеличено очень сильно, то разрушение и смещение частиц начинается на только вниз и в стороны, но и вверх. В таких случаях грунт поднимается, соответственно, происходит выпирания его на поверхности.      Из выше сказанного можно сделать некоторые выводы. Напряжение на глубине грунта постепенно рассеивается, благодаря тому, что частицы грунта имеют свойство передавать давление друг другу. Естественно, что в грунте будет определяться объем, где будут смещаться частицы, это и будет напряженная зона грунта. Весь остальной грунт не будет напряженным, там частицы останутся неподвижными. Напряженная зона грунта может увеличиваться при увеличении нагрузки.      Смещение частиц в напряженной зоне происходит от давления. За пределами напряженной зоны давления практически нет или оно очень мало, поэтому смещения не происходит.      Сильное критическое давление приводит к разрушению грунта, то есть выталкиванию его наверх. От этого устойчивость грунта уменьшается. Такое давление на грунт называется критическим или предельным.

 

19. Основные виды грунтов и характеристики их несущей способности.

Грунты, использующиеся под фундамент, можно разделить на несколько типов: скальные грунты, песчаные грунты, глинистые грунты, суглинки и супеси, крупноблочные грунты, грунты с органическими примесями, насыпные грунты, лесс, плывуны.

Скальные грунты

Эти грунты залегают сплошным массивом. К данной категории относятся: граниты, кварциты, песчаники. Скальные грунты водоустойчивы, имеют низкий коэффициент сжатия. Если в данном грунте отсутствуют пустоты и трещины, то он хорошо подходит для возведения фундамента.

Песчаные грунты

Эти грунты состоят из частиц размером от 0,1 до 2 мм. По размеру частиц песчаные грунты подразделяются на пылеватые, мелкие, средние, крупные и гравелистые.

У плотного песка коэффициент сжатия низкий, но под влиянием нагрузки скорость уплотнения песка очень высокая. В связи с этим, процесс осадки здания, построенного на песке, прекращается очень быстро. Средние, крупные и гравелистые грунты имеют высокую водонепроницаемость и поэтому не вспучиваются при замерзании.

Пылеватые частицы имеют размер от 0,05 до 0,005 мм. При содержании таких частиц в песчаном грунте от 15 до 50% - такой грунт также называют пылеватым. Если в грунте присутствует значительное количество пылеватых частиц, то снижается несущая способность такого грунта и значительно ухудшаются строительные свойства.

Песчаный грунт, имеющий равномерную плотность и необходимую мощность, служит хорошим основанием для возведения строения. Но необходимо обратить внимание на то, чтобы такой грунт не подвергался воздействию грунтовых вод.

Глинистые грунты

Данные грунты состоят из мелких частиц размером не более 0,005 мм, которые, в основном, имеют вид чешуек. В глине есть большое количество капиллярных каналов, и она обладает большим удельным поверхностным касанием между частицами.

Вода проникает во все поры глины по капиллярным каналам образуя водоколлоидные пленки. А пленки, в свою очередь, обволакивают частицы основания грунта. Это свойство придает глине нужную вязкость при строительстве. Но присутствие в порах глины воды при замерзании значительно увеличивает объем глины и происходит такой нежелательный процесс как вспучивание грунта.

Глинистым грунтам свойственна высокая степень сжатия (в отличие, например, от песчаных грунтов). При воздействии нагрузок на глину скорость осадки значительно ниже, чем у песчаных грунтов. В связи с этим, если глинистые грунты служат основанием для зданий, то осадка строения продолжается довольно-таки долго.

На несущую способность глины влияет ее влажность. Например, несущая способность глинистого грунта в сухом состоянии достаточно высока, в то время как разжиженная или пластичная глина выдерживает очень небольшие нагрузки.

Глины, в которых есть песчаные прослойки, называют ленточными. Их несущая способность очень низка, потому что они очень быстро подвергаются разжижению.

Суглинки и супеси

Данные грунты являются смесью пылеватых частиц, песка и глины. Они состоят из 3 – 10% супеси и 30% глины. По своей пригодности для строительства и техническим параметрам суглинки и супеси находятся между глинистыми и песчаными грунтами.

Крупноблочные грунты

Такими грунтами называются осколочные части скальных пород, которые не связаны между собой. В этих грунтах наблюдается преобладание осколков размером от 2 мм. К крупноблочным грунтам относятся: щебень, галька, гравий. Эти грунты подходят для основания при строительстве, но при условии, что они залегают плотным слоем и не размываются влагой.

Грунты с органическими примесями

К грунтам данной категории относятся: растительный рыхлый грунт, болотный торф, ил, торф. Высокая неравномерность сжатия грунтов с органическими примесями делает их абсолютно не годными как естественное основание под строительство.

Насыпные грунты

Эти грунты создаются путем засыпки прудов, оврагов и т.п. Насыпным грунтам свойственно неравномерное сжатие, в связи с чем они, фактически, не используются как естественные основания. Исключение составляют регулированные насыпные грунты, которые образуются путем перекачки рефулкром (землесосом) по трубопроводу разжиженного грунта.

Лесс

Лесс принадлежит к категории глинистых грунтов. В его состав входит однородная пористая тонкозернистая порода желтовато-палевого цвета. В лессе преобладают, в основном, пылеватые частицы. Наличие в лессе макропор позволяет воде глубоко проникать в грунт. Низкая водостойкость в связях между частицами грунта позволяет лессу быстро размокать и давать неравномерные осадки. Поэтому, при возведении здания на лессовом грунте, очень важно беречь лесс от промокания.

Плывуны

Плывуны являются разновидностью супесей и других мелкозернистых грунтов. При разжижении становятся сильно подвижными, фактически, превращаются в жидкообразное состояние. Для использования в качестве основания для строительства мало пригодны.

Перед выбором основания под строительство здания, необходимо очень тщательно изучить грунт, понять, как располагаются его пласты, их мощность (механические и физические свойства, толщину слоя), где располагаются и как влияют грунтовые воды на грунт.

Если предполагается строительство здания на слабом грунте, то такой грунт заменяют на более прочный, либо его упрочняют и уплотняют. Уплотнение слабого грунта производят с поверхности и на необходимую глубину. С поверхности слабый грунт уплотняют трамбовочными пневматическими машинами. В процессе уплотнения в грунт можно добавлять щебень или гравий. Также процесс трамбовки можно проводить с помощью трамбовочных плит массой 2 – 4 тонны. Плиты изготавливают из стали или чугуна. При большой площади уплотнения применяют катки массой от 10 до 15 тонн.

При трамбовке пылеватых и песчаных грунтов применяют поверхностные вибраторы. Данный метод трамбовки очень эффективен, потому что грунт уплотняется значительно быстрее. Для глинистых грунтов применение вибрирования мало эффективно. При глубинном уплотнении слабых грунтов применяют грунтовые или песчаные сваи. Также их уплотняют силикатизацией и цементацией.

Цементация заключается в нагнетании в грунт цементного молока или цементного раствора по полым сваям забитым заранее. Сваи вынимают после окончания процесса нагнетания. Цементация применяют при уплотнении средних и крупных песков.

Силикатизацию применяют при уплотнении пылеватых песков, плывунов, песков, лессовых грунтов. Силикатизация осуществляется так же, как и цементация грунта. Для закрепления песка по полым трубам нагнетают раствор хлористого кальция и жидкого стекла. Для закрепления пылеватых песков применяют смесь жидкого стекла и фосфорной кислоты. Чтобы закрепить лесс используют только жидкое стекло. Когда нагнетание растворов завершено, грунт каменеет.

В том случае, когда нет возможности уплотнить грунт, то слой слабого грунта на определенную глубину заменяют более прочным, который называют подушкой. При строительстве высотных зданий в качестве подушки используют песок крупный или средней крупности.

Устраивая песчаную подушку, слабый грунт извлекают на определенную глубину и образовавшееся «корыто» засыпают песком, который увлажняют и уплотняют вибрацией. Рассчитывают толщину песчаной подушки таким образом, чтобы давление от строения под подушкой, передающееся на слабый грунт, не было больше его несущей способности.