ОБЩИЕ СВОЙСТВА ОСНОВАНИЙ И ГРУНТОВЫХ ВОД

Основные определения.

Верхние слои земной коры, на которых возводятся сооружения, называются грунтами. Вся масса грунтов, находящихся под зданием и несущих его вес, называется основанием сооружения. Для установления величины нагрузки, которую может нести основание, не-обходимо прежде всего провести на площадке строительства так называемые изыскательские работы, позволяющие установить характер грунтовых напла-стований и изучить свойства грунтов. Объём и методы проведения этих работ устанавливаются наукой, называемой инженерной геологией. Передача нагрузки грунту осуществляется через расположенные ниже поверхности земли части здания, которые называются фундаментами. Грунты, как всякое тело в природе, под действием нагрузки сжимаются. Фундамент, следуя за основанием, опускается относительно своего первоначаль-ного положения. Величина опускания фундаментов называется осадкою. Изучением законов образования осадок под действием нагрузок на грунт занимается наука, называемая механикой грунтов.

Несущая способность основания.


Из дальнейшего изложения мы увидим, что величина осадки зависит от свойств грунтов, зале-гающих примерно до глубины, равной двойной ши-рине фундамента, от величины передаваемого фундаментом давления, от формы и величины площади основания. Вследствие разнообразия факторов, влияющих на величину осадки, и неизбежной неоднородности грунтов невозможно запроекти-ровать фундамент так, чтобы осадки под всеми частями сооружения были оди-наковыми. Практика показала, что большие, а главное неравномерные осадки являются основной причиной появления деформаций, трещин и других разру-шений в зданиях. Наблюдая в натуре выстроенные здания, можно установить, что одна и та же неравномерность осадок по-разному влияет на сохранность зданий, имеющих различную конструкцию. Например, осадки, не вызывающие никаких заметных на глаз деформаций в зданиях с кирпичными стенами, могут вызвать большие трещины в балках и колоннах здания с железобетонным монолитным каркасом . Поэтому несущая способность основания определяется величиной нагрузки, при которой получается осадка, приемлемая по величине и равномерности для данного сооружения. Величина этой нагрузки, отнесённая к единице площади основания, называется допускаемым давлением на грунт.

Промерзаемость грунта и глубина заложения фундаментов


Нельзя ограничиваться учётом осадков, происходящих в грунте под действием нагрузки, так как грунт может деформироваться, кроме того, под влия-нием изменения температуры. Поэтому для сохран-ности сооружения необходимо, чтобы основание под ним не деформировалось к при всех таких изменениях. Известно, что зимой грунт промерзает на некото-рую глубину, а весной -оттаивает. При промерзании вода, заключённая в порах грунта, расширяется и выпучивает грунт кверху. Предельная глубина, на ко-торой появляется явление пучения, называется глубиной промерзания. Вели-чина её зависит от климатических условий. В глинистых грунтах пучение проявляется особенно сильно, так как вследствие их малой водопрони-цаемости вода при замерзании не находит выхода. В песчаных грунтах пучение много меньше, а в крупнозернистых песках столь незначительно, что практиче-ски не даёт себя чувствовать. Пучение происходит в различных пунктах нерав-номерно, и если подошву фундаментов расположить выше глубины промерзания, то в стенах могут появиться более или менее значительные трещины. Поэтому основание сооружения должно быть заложено ниже глубины промер-зания; в песчаных грунтах на 0,10 м, а в глинистых - на 0,25 м, т. е. глубина заложения фундаментов от поверхности земли должна быть соответственно: h + 0,10 м и h + 0,25 м. Глубина заложения фундаментов в сухих гравелистых и крупнозернистых песчаных грунтах , не задерживающих воду у подошвы фундаментов, при мощности слоя более 2,0 м может быть менее глубины промер-зания, но для фундаментов наружных стен каменных зданий не менее 1,0 м, а для деревянных домов - не менее 0,5 м. Минимальная глубина заложения внутренних фундаментов, защищённых от промерзания в течение строительства и эксплуатации, независимо от глубины промерзания, может приниматься в 0,5 м.

Грунтовые воды.


На различной глубине от поверхности земли встречаются грунты, пропитанные водой. Эти воды на-зываются грунтовыми, а верхняя поверхность их - уровнем грунтовых вод. Грунтовые воды оказывают большое влияние на структуру, физическое состояние и податливость грунтов. Производство работ при наличии воды в кот-ловане 1 сильно затрудняется. Различные примеси, растворенные в воде, могут вредно (агрессивно) влиять на материал фундаментов и разрушать его. Все это заставляет строителя при проектировании и возведении фундаментов детально изучать грунтовые воды в районе постройки. Вода в грунте скопляется вследствие конденсации паров, проникающих вместе с воздухом, и просачивания дождевых и талых снеговых вод. Поэтому уро-вень грунтовых вод непостоянен: наиболее высокое стояние их бывает весной, наиболее низкое - зимой и летом. Вблизи открытых водоёмов (река, канал, озеро и т. д.) колебание уровня грунтовых вод обычно связано с колебанием уровня воды в водоёме. После проведения на большой территории планировочных работ, устройства дорог, тротуаров, канализационной сети и т. д. условия стока и просачивания меняются, что может повлечь изменение режима грунтовых вод. Поэтому в боль-ших городах, где такие работы уже проведены, колебание уровня грунтовых вод бывает обычно незначительным (например в Москве - около 0,5 м). Распределение вод в толще грунта, во многом зависит от характера напласто-вания. Вода задерживается при просачивании над водоупорными (главным обра-зом - тяжелыми глинистыми) грунтами и скопляется в водопроницаемых (пес-чаных) слоях, которые в этом случае называются водоносными. Если водоносный слой находится под водоупорным, то вода в нижнем водо-носном слое во многих случаях наводится под давлением. Если в верхнем слое отрыть котлован, то вода поступит в него снизу под давлением и поднимется выше уровня, на котором она первоначально появилась. Такие воды называются на-порными, а уровень, до которого они поднимаются, - установившимся уровнем грунтовых вод. Очевидно, что этот уровень должен выявляться при изысканиях и учитываться при проектировании. В заключение отметим, что при просачивании воды небольшое количество ее всегда задерживается в верхнем почвенном слое (почвенные воды, верховодка). Не оказывая влияния на конструкцию фундаментов, наличие этих вод заставляет всегда принимать меры по изоляции фундаментов и стен от влаги.

Влияние грунтовых вод на устойчивость и прочность основания.


Изменение уровня грунтовых вод После возведения сооружения может резко понизить прочность основания и вызвать серьезные деформации соору-жения в следующих случаях:
1) при наличии в грунте легко растворимых в воде веществ грунт с течением времени может резко изменить свои свойства и разрушиться; этого можно опа-саться, когда химическим анализом установлено присутствие в грунтовой воде большого количества минеральных веществ. Поэтому во всех таких случаях необходимо обстоятельно изучить состав грунта и определить мероприятия, устраняющие возможность его разрушения;
2) при расположении сооружения на мелких и пылеватых рыхлых песках, которые под давлением текут вместе с водой. Такие грунты называются плыву-нами. Если грунтовые воды имеют выход на поверхность (например,в месте резкого изменения рельефа, при отрытии котлована или шурфа и т. д.), возникает опасность выноса частиц грунта из-под проектируемого сооружения или из-под зданий, расположенных рядом с котлованом. Поэтому при проекти-ровании сооружения на плывуне необходимо специальными исследованиями установить пределы распространения плывунов, возможность выноса их в ме-стах резких переломов поверхности рельефа, характер и рельеф подстилающих грунтов, направление и скорость движения грунтовых вод. На основании этих данных в каждом конкретном случае особо решается вопрос о выборе допускае-мого давления на плывун с учётом влияния, которое будет оказано этим давлением на уровень и движение грунтовых вод. Одновременно устанавливаются мероприятия, устраняющие возможность выноса грунта из-под сооружения;
3) по всей стране довольно сильно распространены особые глинистые грун-ты, которые, находясь под нагрузкой в сухом состоянии, ничем не отличаются по характеру работы от других глинистых грунтов, но при прохождении сквозь их толщу воды сразу резко теряют устойчивость. Такие грунты называются лёссо-видными или просадочными. Как показала строительная практика, лёс-совидные грунты могут служить основанием для сооружения, если устранена возможность замачивания их.

Агрессивность грунтовых вод.


Грунтовые воды, способные разрушать цементные бетоны и растворы, называются агрессивными. Агрессивность их зависит от химического состава растворенных в них солей и кислот. Эти вещества попадают в воду из подземных естественных залежей или из отбросов некоторых производств. Поэтому агрес-сивные воды встречаются повсеместно. Вода даже с малым количеством вредных веществ может оказаться опасной для бетона, так как вследствие непрерывного движения воды на бетон дей-ствуют все новые и новые частицы вредных примесей. Поэтому всегда следует производить химический анализ воды. Во всякой воде имеется, хотя бы в ничтожном количестве, углекислота (СО2) Она может быть связанной (неактивной, неспособной вступать в какие-либо новые соединения) и свободной (активной). Связанная углекислота для бетона безвредна. Свободная углекислота вступает в реакцию с известью бетона и обра-зует растворимые в воде соли. В сильно загрязнённой воде, при наличии в ней и свободной углекислоты (СО2), и сульфатов (S04), и хлоридов (Сl), и окиси магния (MgO), путём взаимо-действия с бетоном образуются растворимые соли, и потому агрессивность воды зависит от совокупности всех этих примесей. В сравнительно чистой воде при отсутствии хлора (Cl) и свободной угле-кислоты (СО2), при наличии солей магния (MgO) и натрия (NaO) в количестве, меньшем 60 мг/л, вредны растворы гипса, так как они ведут к образованию сложных солей ("цементная бацилла"), которые увеличиваются в объёме и по-тому разрушают бетон. Весьма вредны примеси азотной и азотистой кислот и аммиака. Наоборот, Кремнекислота в любом количестве безвредна. - Допускаемые в зависимости от качества бетона и цемента количества этих вредных примесей приведены на стр. 100, где указаны и методы защиты фунда-ментов от агрессивных вод.

Незыблемость основания.


Кроме рассмотренных выше случаев нарушения устойчивости верхних слоев грунта, практика знает не мало примеров, когда неустойчивым оказывалось все напластование грунтов в целом, и сооружение, расположенное на вполне прочных верхних слоях грунта, подвергалось разрушению. Такое нарушение устойчивости возможно в следую-щих случаях:
1) вблизи рек и оврагов, в гористых районах, когда вследствие наклона нижних слоев к горизонту возможно сползание по ним или обвал верхних пластов; опасность таких оползней и обвалов сильно возрастает при глинистых грунтах, особенно если они смачиваются водами;
2)у высоких морских берегов, где вследствие подмыва возможно обрушение целых участков берега;
3)в некоторых районах, где в силу различных причин на некоторой глубине образовались большие внутренние пустоты (карсты, выработки); при возведении сооружения непосредственно над ними возможен, под действием дополни-тельной нагрузки, провал всех верхних слоев;
4)в сейсмических районах.
Все перечисленные особенности геологического строения участка не могут быть установлены простой разведкой грунтов, поэтому при строительстве в оползневых, обвальных, карстовых: сейсмических районах необходимы спе-циальное геологическое обследование, устанавливающее возможность перечис-ленных явлений, и мероприятия, обеспечивающие устойчивость сооружения.
Используются технологии uCoz