Вплив грунтових вод на стійкість та міцність основи

Зміна рівня ґрунтових вод після зведення споруди може різко знизити міцність основи та викликати серйозні деформації споруди у таких випадках:

за наявності в ґрунті легкорозчинних у воді речовин ґрунт з часом може різко змінити свої властивості та зруйнуватися; цього можна побоюватися, коли хімічним аналізом встановлено присутність у ґрунтовій воді великої кількості мінеральних речовин. Тому у всіх таких випадках необхідно докладно вивчити склад ґрунту та визначити заходи, що усувають можливість його руйнування;
при розташуванні споруди на дрібних і пилуватих пухких пісках, які під тиском течуть разом із водою. Такі ґрунти називаютьсяпливунами. Якщо ґрунтові води мають вихід на поверхню (наприклад, у місці різкої зміни рельєфу, при відриті котловану або шурфу і т. д.), виникає небезпека винесення частинок ґрунту з-під споруди, що проектується, або з-під будівель, розташованих поряд з котлованом.

Тому при проектуванні споруди на плавуні необхідно спеціальними дослідженнями встановити межі поширення плавунів, можливість винесення їх у місцях різких переломів поверхні рельєфу, характер та рельєф підстилаючих ґрунтів, напрямок та швидкість руху ґрунтових вод. На підставі цих даних у кожному конкретному випадку особливо вирішується питання про вибір допустимого тиску на плавун з урахуванням впливу, який буде наданий цим тиском на рівень і рух ґрунтових вод. Одночасно встановлюються заходи, що усувають можливість винесення ґрунту з-під споруди;

по всій країні досить сильно поширені особливі глинисті ґрунти, які, перебуваючи під навантаженням у сухому стані, нічим не відрізняються за характером роботи від інших глинистихґрунтів, але при проходженні крізь їхню товщу води відразу різко втрачають стійкість. Такі ґрунти називаютьсялесоподібними, абопросадними. Як показала будівельна практика, лесовидные грунти можуть бути основою споруди, якщо усунуто можливість замочування їх.

Агресивність ґрунтових вод

Грунтові води, здатні руйнувати цементні бетони та розчини, називаються агресивними. Агресивність їх залежить від хімічного складу розчинених у них солей та кислот. Ці речовини потрапляють у воду з природних підземних покладів або з покидьків деяких виробництв. Тому агресивні води трапляються повсюдно. Вода навіть з малою кількістю шкідливих речовин може виявитися небезпечною для бетону, тому що внаслідок безперервного руху води на бетон діють дедалі нові частки шкідливих домішок. Тому завжди слід проводити хімічний аналіз води. У будь-якій воді є, хоча б у незначній кількості, вуглекислота (СО2). Вона може бути пов'язаною (неактивною, нездатною вступати в будь-які нові сполуки) та вільною (активною). Пов'язана вуглекислота для бетону нешкідлива. Вільна вуглекислота вступає у реакцію з вапном бетону та утворює розчинні у воді солі. У сильно забрудненій воді, за наявності в ній і вільної вуглекислоти (СО2), і сульфатів (S04), і хлоридів (Сl), і окису магнію (MgO) шляхом взаємодії з бетоном утворюються розчинні солі, і тому агресивність води залежить від сукупності всіх цих домішок. У порівняно чистій воді за відсутності хлору (Cl) та вільної вуглекислоти (СО2), за наявності солей магнію (MgO) та натрію (NaO) у кількості, меншій за 60 мг/л, шкідливі розчини гіпсу, оскільки вони ведуть до утворення складних солей («цементна бацила»), які збільшуються воб'єм і тому руйнують бетон. Дуже шкідливі домішки азотної та азотистої кислот та аміаку. Навпаки, кремнекислота у будь-якій кількості нешкідлива.

3.6. Вплив фізичних та механічних характеристик на будівельні властивості ґрунтів

Характерні властивості ґрунтів тривалий час сприймати зовнішні навантаження при деформаціях основ, що не перешкоджають нормальній експлуатації будівель та споруд, називають їх будівельними властивостями.

Під дією зовнішнього навантаження в ґрунті відбувається ущільнення – зменшення обсягу пор у результаті переупаковування мінеральних частинок, а також їхнього взаємного переміщення. Процеси деформацій ускладнюються через наявність сил зчеплення між окремими мінеральними частинками та вміст у порах ґрунту води, що перебуває у взаємодії з цими частинками.

Крупноуламкові ґрунти під навантаженням ущільнюються мало. Їхня здатність велика, що пояснюється високим опором зсуву. Крім того, вони мають високу водопроникність і слаборозмиваються. Насичення водою мало впливає з їхньої будівельні характеристики.

Несуча здатність пісків, що складаються з окремих, не пов'язаних між собою зерен, визначається опором їх зсуву. Вона тим більше, чим шорсткіший і крупніший зерна і чим щільніше вони розташовані. Зволоження пісків призводить до зменшення їхньої несучої здатності, причому вплив цього фактора підвищується із зменшенням крупності пісків.

Під впливом тиску споруди на водонасичені піщані грунти відбувається відтискання води з пір і зменшення їх обсягу, отже, осаду основи. Піщані грунти мають високу водопроникність, у зв'язку з чим віджимання води з пір і осаду основи відбуваються за короткий період. Це є цінною властивістюпіщаних основ, оскільки осідання споруд відбувається переважно у процесі будівництва, що покращує умови експлуатації споруд.

Важливою характеристикою будівельних властивостей пісків є кут внутрішнього тертя. Він зростає зі збільшенням їх густини, розмірів, твердості та незграбності частинок і зменшується з підвищенням вологості, а також при струсах, що виникають при сильних землетрусах, вибухах та дії вібрації. Кут внутрішнього тертя піску змінюється в залежності від його густини від 25 до 45 ° при середніх значеннях 30 - 35 °.

Щільність складання сипких ґрунтів має першорядне значення для оцінки їх будівельних властивостей при виборі основ споруд. Про щільність додавання можна судити за коефіцієнтом пористості ґрунтуе. Чим більша зміна цього коефіцієнта в заданому діапазоні зміни тиску, тим більшу стисливість має грунт.

У глинистих ґрунтах, крім вільної води, міститься зв'язана вода, що покриває окремі частинки. При зволоженні грунтів плівки зв'язаної води товщають, відстані між частинками збільшуються, грунт набухає і переходить з твердого стану (твердої консистенції) в пластичний (тістоподібний), а потім і в текуче, тобто набуває властивостей в'язкої рідини. Такі переходи супроводжуються різким падінням несучої здатності ґрунтів. Цю обставину слід враховувати під час проектування та зведення фундаментів споруд.

Значення показників зсуву глинистих грунтів змінюються у межах. Вони багато в чому залежать від їх структури, вологості, гранулометричного та мінералогічного складів та ін. Ступінь ущільнення глинистих грунтів характеризується їхньою консистенцією, тобто здатністю протистояти пластичній зміні форми.

Опадглинистих ґрунтів під навантаженням триває протягом тривалого часу (роки і навіть десятиліття), що пояснюється малою водопроникністю таких ґрунтів (особливо глин), що утруднює віджимання води з їх пір. З цим доводиться зважати під час використання глин як підстав споруд.

На будівельні властивості глинистих ґрунтів негативно впливає також низька температура. При замерзанні води у ґрунті відбувається його пучення (підйом поверхні), що може вплинути у несприятливому відношенні на стійкість фундаментів.

Модуль деформації ґрунтів може змінюватись у великих межах. Для грунтів, що використовуються як природні підстави, його значення в залежності від крупності і щільності складання пісків і консистенції глинистих грунтів коливаються приблизно від 5 до 50 МПа, а іноді й більше.

У загальній деформації ґрунтів пружні деформації мають лінійний характер, а залишкові – нелінійний. Для щільних або тих, що мають велику структурну міцність ґрунтів, першорядне значення мають пружні деформації. Для таких грунтів прогноз осад методами теорії пружності дає найбільший збіг із фактичним станом. Навпаки, чим менша структурна міцність ґрунтів або чим менша щільність додавання, тим більше значення набувають залишкові деформації і тим більше буде відхилення прогнозованих осад від фактичних.