Сорочан, Трофименков - Підстави, фундаменти та підземні споруди
Наведено відомості щодо розрахунку та проектування основ та фундаментів будівель та споруд різного призначення, а також підземних споруд. Розглянуто властивості ґрунтів, конструкції фундаментів, особливості їх проектування у різних ґрунтових умовах. Велику увагу приділено проектуванню складних основ та фундаментів. Надано рекомендації щодо вибору обладнання та виконання робіт.
Для інженерно-технічних працівників проектних та будівельних організацій.
запровадження досягнень науково-технічного прогресу. Важливу роль у здійсненні цього завдання покликане зіграти капітальне будівництво, складовою якого є фундамент будови.
Використання останніх досягнень науки та техніки для вдосконалення конструкцій та технології зведення фундаментів та підземних споруд дозволить підвищити їх надійність та знизити вартість будівництва загалом.
З часу виходу у світ довідників проектувальника «Підстави та фундаменти» (1964 р.) та «Складні основи та фундаменти» (1969 р.) минуло понад 15 років. За цей період з'явилося багато нових конструктивних рішень у галузі фундаментобудування, багато в чому переглянуто та уточнено методи розрахунку, розроблено нові методи будівництва, такі, наприклад, як спосіб «стіна в ґрунті», розроблено методи розрахунку фундаментів для сейсмічних районів.
З появою нових методів будівництва, а також будівельних конструкцій і механізмів потрібне ретельніше техніко-економічне порівняння можливих варіантів рішень основ і фундаментів, що є особливо важливим у зв'язку з різко збільшеним обсягом капітального будівництва. Слід також зазначити, що останніми роками під будівництво відводяться все частіше майданчики зі складними для будівництва інженерно-геологічними умовами У той же час внаслідок збільшення прольотів у промисловому будівництві та кількості поверхів у цивільному будівництві різко зростають навантаження на фундаменти. Ці обставини підвищують відповідальність проектувальників при виборі та розрахунку фундаментів.
1.1. ПОХОДЖЕННЯ І СКЛАД ГРУНТІВ
Грунти - гірські породи, що є об'єктом інженерно-будівельної діяльності людини і використовуються як основа, середовище або матеріал для будівництва споруд. За походженням (генези) гірські породи діляться на магматичні, осадові та метаморфічні [2]. Магматичні (вивержені) породи, що утворилися в результаті застигання магми, мають кристалічну структуру та класифікуються як скельні ґрунти. Осадові породи, що утворилися в результаті руйнування (вивітрювання) гірських порід та осадження продуктів вивітрювання з води або повітря, можуть бути скельними та нескальними. Метаморфічні породи - це зміни під впливом високих температур і великих тисків магматичні та осадові породи; характеризуються вони наявністю жорстких, переважно кристалізаційних зв'язків та класифікуються як скельні ґрунти.
Осадові ґрунти за своїм походженням поділяються на континентальні та морські відкладення. При цьому до морських належать відкладення сучасних та давніх морів. Давні морські відкладення - це крейди, пісковики, вапняки, доломіт, мергелі, юрські та девонські глини та ін.
Залежно від віку ґрунти відносять до різних геологічним системам. Наймолодшими осадовими ґрунтами є відкладення четвертинної системи (Q). Більш давні ґрунти відносяться до наступних систем: неоген (N), палеоген (р), крейдяна (К), юрська (J), тріасова (Т), пермська (Р), кам'яновугільна (С), девонская (D),силурійська (S), ордовицька (О), кембрійська (С).
У інженерної діяльності частіше використовуються четвертинні осадові ґрунти, які поділяються на генетичні типи, наведені у табл. 1.1.
Ґрунти, як правило, є трифазними системами і складаються з твердих частинок, пори між якими заповнені водою та газом. Будівельні властивості ґрунтів визначаються мінералогічним та гранулометричним складом, структурою, текстурою та станом у природному заляганні.
При вивченні складу ґрунтів виділяють чотири основні групи утворень: первинні мінерали - кварц, польові шпати, слюди та ін; глинисті (вторинні) мінерали, що утворилися в процесі вивітрювання магматичних та метаморфічних порід; солі - сульфати (гіпс, ангідрит та ін), карбонати (кальцит, доломіт та ін), галоїди; органічні речовини.
Під структурою грунту розуміють розмір, форму і кількісне співвідношення частинок, що його складають, а також характер зв'язку між ними. Розмір частинок та їх кількісне співвідношення у ґрунті визначають на основі гранулометричного (зернового) аналізу. Зміст кожної фракції виражається у відсотках маси висушеної проби грунту. За характером структурних зв'язків виділяють ґрунти з жорсткими (кристалізаційними) зв'язками та ґрунти з водно-колоїдними зв'язками [2]. Кристалізаційні зв'язки розвинені в магматичних, метаморфічних і осадових породах, що зцементують, тобто в скельних грунтах. Водно-колоїдні зв'язки характерні для глинистих ґрунтів.
Під текстурою ґрунтів розуміють просторове розташування елементів ґрунту з різним складом та властивостями. Текстура характеризує неоднорідність будови ґрунту в пласті (наприклад, шаруваті текстури піщано-глинистих ґрунтів). Текстурні особливості ґрунтів визначають шляхи фільтраціїводи, інтенсивність та напрямок деформацій зсуву масиву ґрунту.
1.2. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРУНТІВ
1:2.1 Характеристики щільності ґрунтів та щільності їх складання
Однією з основних характеристик ґрунту є щільність. Для ґрунтів розрізняють: щільність частинок ґрунту ps-відношення маси сухого ґрунту (виключаючи масу води в його порах) до обсягу твердої частини цього ґрунту; щільність грунту р - відношення маси грунту (включаючи масу води в порах) до об'єму, що займає цим грунтом; щільність сухого грунту pa - відношення маси сухого грунту (виключаючи масу води в його порах) до об'єму, що займає цим грунтом (включаючи наявні в цьому грунті пори). Щільність частинок піщаних та пилувато-глинистих ґрунтів наведена в табл. 1.2.
Щільність ґрунту визначається шляхом відбору проб ґрунту непорушеної складання та подальшого аналізу у лабораторних умовах. У польових умовах щільність ґрунту визначається зондуванням та радіоізотопним методом, а для великоуламкових ґрунтів – методом «шурфа-лунки».
Щільність складання грунту (ступінь ущільненості) характеризується пористістю або коефіцієнтом пористості і щільністю сухого грунту (табл. 1.3). Щільність складання піщаних ґрунтів визначається також у польових умовах за допомогою статичного та динамічного зондування.
1.2.2. Вологість ґрунтів та характеристики пластичності пилувато-глинистих ґрунтів
Вологість ґрунтів визначають висушуванням проби ґрунту при температурі 105 °С до постійної маси. Відношення різниці мас проби до та після висушування до маси абсолютно сухого ґрунту дає значення вологості, що виражається у відсотках чи частках одиниці. Частку заповнення пор грунту водою - ступінь вологості Sr розраховують за формулою (див. табл. 1.3). Вологість піщаних ґрунтів (завинятком пилуватих) змінюється в невеликих межах і практично не впливає на міцнісні та деформаційні властивості цих ґрунтів.
1.3. КЛАСИФІКАЦІЯ ГРУНТІВ
Ґрунти основ будівель та споруд поділяються на два класи [1]: скельні (ґрунти з жорсткими зв'язками) та нескельні (ґрунти без жорстких зв'язків).
У класі скельних ґрунтів виділяють магматичні, метаморфічні та осадові породи, які поділяються за міцністю, розм'якшенням та розчинністю відповідно до табл. 1.4. До скельних ґрунтів, міцність яких у водонасиченому стані менше 5 МПа (напівскальні), відносяться глинисті сланці, пісковики з глинистим цементом, алевроліти, аргіліти, мергелі, крейди. При водонасиченні міцність цих ґрунтів може знижуватися в 2-3 рази. Крім того, у класі
Скельних грунтів виділяються також штучні-закріплені в природному заляганні тріщинуваті скельні та нескельні грунти. Ці ґрунти поділяються за способом закріплення (цементація, силікатизація, бітумізація, смолізація, випал та ін) і за межею міцності на одновісне стиснення після закріплення так само, як і скельні ґрунти (див. табл. 1.4).
Нескельні ґрунти поділяють на великоуламкові, піщані, пилувато-глинисті, біогенні та ґрунти. До великоуламкових відносяться несцементовані грунти, в яких маса уламків більше 2 мм становить 50% і більше.
Піщані - це ґрунти, що містять менше 50% частинок більше 2 мм і не володіють властивістю пластичності.
Властивості великоуламкового ґрунту яру вміст піщаного заповнювача більше 40% і пилувато-глинистого понад 30% визначаються властивостями заповнювача і можуть встановлюватися за випробуванням заповнювачі. При меншому вмісті заповнювача властивості великоуламкового ґрунту встановлюють випробуванням.ґрунту в цілому. При визначенні властивостей піщаного заповнювача враховують такі його характеристики - вологість, щільність, коефіцієнт пористості, а пилувато-глинистого заповнювача - додатково кількість пластичності та консистенцію.
Основним показником піщаних ґрунтів, що визначає їх міцнісні та деформаційні властивості, є щільність додавання. За щільністю додавання піски поділяються за коефіцієнтом пористості е, питомим опором грунту при статичному зондуванні qc і умовним опором грунту при динамічному зондуванні qa (табл. 1.7).
При відносному вмісті органічної речовини піщані ґрунти називають ґрунтами з домішкою органічних речовин. За ступенем засоленості великоуламкові та піщані ґрунти поділяють на незасолені та засолені.
2% - при вмісті Піщаного заповнювача менше 40% або пилувато-глинистого заповнювача менше 30%;
0,5% - при вмісті піщаного заповнювача 40% і більше;
5% - при вмісті пилувато-глинистого заповнювача 30% і більше.