Природні та штучні основи - Будівництво будівель
Природні підстави. До природних підстав пред'являються такі вимоги: грунт грунту повинен мати невелику і рівномірну стисливість, що забезпечує допустиме і рівномірне осадження будівлі, і мати достатню несучу здатність; — ґрунт основи або не повинен піддаватися вилуговування ґрунтовими водами і пучіння (збільшення в обсязі) при промерзанні, або підошва фундаментів на пучинистих ґрунтах повинна розташовуватися нижче рівня промерзання ґрунту; — грунт основи повинен мати нерухомість і мати достатню потужність шару.
Несуча здатність ґрунту основи визначається навантаженням, при якому величина опади ґрунту та її рівномірність не перевищують меж, встановлених для даного виду будівель у Будівельних нормах та правилах. Величина цього навантаження, звана нормативним тиском на ґрунти основи, виражена в кг на 1 см2, встановлюється розрахунком або визначається за нормативами, наведеними у будівельних нормах та правилах.
На механічні властивості ґрунтів, їхній фізичний стан і структуру істотний вплив мають ґрунтові води, які в більшості випадків зменшують величину несучої здатності ґрунту. Грунтові води також негативно впливають на ґрунти, які містять легко розчинні речовини (наприклад, гіпс), так як у цьому випадку може відбутися вилуговування з ґрунту цих речовин і, як результат, збільшення пористості ґрунту і зростання опади при тих же навантаженнях. Наявність вологи в ґрунті, якщо він здатний утримувати у своїх порах воду, призводить до збільшення об'єму ґрунту при замерзанні та до опадів ґрунту під навантаженням при відтаванні. Збільшення обсягу такого ґрунту при замерзанні пов'язане зі збільшенням об'єму води при перетворенні її на лід. Пучення при замерзанні та осіданняпри відтаванні грунту можуть викликати нерівномірне осадження будівлі і поява в ньому тріщин.
Використовувані як природні підстави ґрунти поділяються на скельні, великоуламкові, піщані та глинисті.
Скельні ґрунти - це вивержені, метаморфічні та осадові породи з жорстким зв'язком між зернами (спаяні та зцементовані). Вони залягають у вигляді суцільного масиву або тріщинуватого шару, що утворює подібність сухої кладки.
Крупноуламковими називаються несцементовані ґрунти, що містять більше 50% за вагою уламків кристалічних або осадових порід з розмірами частинок понад 2 мм. До великоуламкових відносяться щебенистий, галечниковий, дерев'яний та гравійний ґрунти.
Щебенистий грунт складається з неокатаних уламків гірських порід, в якому вага часток більша за 10мм становить понад 50%. При переважанні в такому ґрунті обкатаних частинок його називають галечниковим. Окремі камені розміром понад 200 мм називаються валунами.
Дерев'яний грунт складається з гострореберних уламків порід, що вивітрилися, в якому вага частинок більше 2 мм становить більше 50%. При переважанні в таких ґрунтах обкатаних частинок його називають гравійним.
Піщані ґрунти складаються з окремих частинок (зерен) і в залежності від зернового складу поділяються на: пісок гравілистий, в якому вага частинок більше 2 мм становить більше 25%; пісок великий, у якому вага частинок більше 0,5 мм становить понад 50%; пісок середньої крупності, в якому вага частинок більша за 0,25 мм становить більше 50%; дрібний пісок, в якому вага частинок більше 0,1 мм становить більше 75%; пісок пилуватий, в якому вага частинок більша за 0,1 мм становить менше 75%.
Гравілисті, великі та середньої крупності піски мають значну водопроникність і тому не витріщаються призамерзання.
Глинисті ґрунти складаються з глини, піску та пилуватих частинок (розміром від 0,05 до 0,005 мм) і поділяються на глини, суглинки та супіски. Крім того, глинисті ґрунти, що утворилися як структурний осад у воді за наявності мікробіологічних процесів і володіють у природному додаванні певної вологістю, називаються мулами.
Глини складаються з дуже дрібних частинок - крупністю менше 0,005 мм, що мають у більшості лускату форму, кількість яких більше 30% - На відміну від піщаних грунтів глини мають тонкі капіляри. За цими капілярами глина всмоктує воду, яка заповнює всі пори і утворює тонкі водоколоїдні плівки, що обволікають частинки скелета. Завдяки цьому створюється взаємне тяжіння частинок, що обумовлює зв'язність глинистого ґрунту. Несуча здатність глинистого ґрунту великою мірою залежить від вологості. Несуча здатність сухих глин досить висока. За підвищеної вологості глин вона зменшується.
При вмісті в глинистих ґрунтах глини від 10 до 30% ґрунт називають суглинком, а при вмісті глини від 3 до 10% - супіссю. За своїми властивостями суглинки та супіски займають проміжне положення між піском та глиною.
Супеси і дрібнозернисті піски, будучи розріджені водою, стають настільки рухливими, що течуть, як рідина, і звуться пливунів. Внаслідок рухливості плавунів та незначної їхньої несучої здатності зведення на них будівель створює значні труднощі.
Серед глинистих є грунти (леси), які при замочуванні їх водою мають просадні властивості або набухають. Використання таких ґрунтів як підстава вимагає застосування спеціальних заходів.
Крім перелічених видів ґрунтів, зустрічаються також ґрунти з органічними домішками(Рослинний ґрунт, торф, болотяний ґрунт та ін.) та насипні ґрунти. Грунти з органічними домішками як природні підстави не застосовують, тому що вони неоднорідні за своїм складом, рихлі, мають значну і нерівномірну стисливість.
Насипні ґрунти, що є штучними насипами, утвореними при засипанні ярів, місць звалищ, ставків, узбережжя річок не тільки ґрунтом, а й сміттям, що містить велику кількість органічних домішок, відходами виробництва, шлаком тощо, також неоднорідні за складом і стисливістю , А щільність їх багато в чому залежить від віку насипу. Тому можливість використання їх як підстав будівель вирішується в кожному окремому випадку залежно від характеру трунтів насипу та призначення будівлі.
В результаті атмосферних опадів і за наявності різних водойм (річок, каналів, озер, ставків та ін.) в ґрунтах можуть з'явитися ґрунтові води, якщо під водопроникними шарами ґрунту є водонепроникний шар (водоупор), яким зазвичай бувають глини.
Найвищого рівня ґрунтові води зазвичай досягають у дощову пору року та під час танення снігу, а найменшого – у посушливі періоди.
У ґрунтових водах можуть утримуватися різні речовини та гази, що руйнівно діють на матеріал фундаментів та інших підземних частин будівель. Ґрунтова вода, що містить ці шкідливі речовини, називається агресивною. Найбільшу агресивність мають води, що просочуються через старі звалища, шар торфу та інші органічні речовини, а також стічні води деяких промислових підприємств. Ступінь агресивності ґрунтової води визначається хімічним аналізом у лабораторії.
Для проектування фундаментів будівель необхідно мати вичерпні відомості щодо напластування шарів ґрунту на даномуділянці та про режим ґрунтових вод. Це здійснюється дослідженням ґрунтів у натурі на майданчику майбутнього будівництва. Результати дослідження заносять до звіту, в якому детально описують геологічну будову ґрунтів та фізико-хімічні їх властивості, характеристики ґрунтових вод та дані про рівень їх стояння, можливі коливання цього рівня в період будівництва та експлуатації будівель та ступінь агресивності ґрунтових вод за даними лабораторного аналізу.
Зразки ґрунтів беруть із свердловин або шурфів, розташованих на ділянці передбачуваного будівництва, і по них складають розрізи (колонки) та геологічні профілі ґрунтового масиву на ділянці за характерними напрямками. Декілька геологічних профілів дають просторове уявлення про геологічну будову ділянки, призначеної під будівництво, і є основним вихідним матеріалом для проектування фундаментів будівлі.
Якщо ґрунти в стані свого природного залягання не мають достатньої здатності, щоб сприйняти тиск від фундаменту, їх зміцнюють або проектують фундаменти глибокого закладання.
Штучні основи. Для влаштування штучної основи ґрунт зміцнюють наступними способами: заміною слабкого ґрунту більш міцним, поверхневим та глибинним ущільненням ґрунтів, закріпленням ґрунтів різними способами.
Заміну слабкого ґрунту міцнішим виконують пристроєм під підошвами фундаментів гравійних або піщаних подушок.
Поверхневе ущільнення ґрунтів виконують різними способами та механізмами в залежності від необхідної глибини ущільнення, виду їх, стану ґрунту за вологістю. Глинисті ґрунти на глибину до 50 см ущільнюють котками. Нескладні ґрунти закріплюють на глибину до 1,5 м віброплитами. Поверхневе ущільненнярізних ґрунтів на глибину до 2,5 м здійснюють важкими трамбувальними плитами, що підвішуються до стріл кранів, екскаваторів, тракторів, копрів.
Глибинне ущільнення ґрунтів виконують у слабких ґрунтах - пристроєм ґрунтових або піщаних паль, а в піщаних - вібрацією.
Закріплення слабких ґрунтів виконують нагнітанням у них різних речовин. Способи нагнітання і склад речовин, що нагнітаються, залежать від виду і стану грунтів.