Естественные и искусственные основания

Основанием называется массив грунта, испытывающий давление от возведенного здания или сооружения. Надежность основания является важнейшим условием, обеспечивающим прочность и устойчивость любого здания или сооружения. Основания подразделяются на естественные и искусственные.

Естественными основаниями являются грунты, способные в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведенного здания. Грунты, расположенные в основании, должны удовлетворять следующим требованиям:

- обладать достаточной несущей способностью, а также малой и равномерной сжимаемостью. Слабые и неравномерно сжимаемые грунты вызывают большие и неравномерные осадки здания, приводящие к его повреждению и даже разрушению;

- не подвергаться пучению, т.е. увеличению объема при замерзании влаги, находящейся в порах грунта;

- не размываться и не растворяться грунтовыми водами;

- не допускать просадок и оползней. Просадки могут произойти при недостаточной мощности слоя грунта, принятого за основание, если под ними располагается слабый грунт (рис. 4.1, а). Оползни могут иметь место при наклонном расположении пластов грунта, ограниченных крутым откосом или косогором (рис. 4.1, б).

Рис. 4.1. Возможные аварийные деформации грунта: а – просадка; б – оползень; 1 – фундамент; 2 – возможная просадка грунта; 3 – плоскость скольжения

Виды грунтов и их свойства. Грунты весьма разнообразны по своему составу, структуре и характеру напластования. Несущая способность грунтов зависит от их физических свойств (гранулометрического состава, плотности, влажности и др.) и характеризуется величиной нормативного давления R ^н.

В соответствии с нормами принята следующая строительная классификация грунтов:

– скальные и полускальные грунты – каменные породы (известняки, песчаники, кварциты, граниты, базальты и др.), залегающие в виде сплошного массива или трещиноватого слоя, образующего подобие сухой кладки. Во влажном состоянии величина нормативного давления R ^н составляет 50% от сухого;

– крупнообломочные – несвязные грунты, содержащие (по весу) свыше 50% обломков скальных пород с размерами частиц более 2 мм (щебень, галька, дресва, гравий). R ^н = 0, 3–0, 6 МПа;

– песчаные – сыпучие в сухом состоянии грунты, не обладающие свойствами пластичности, содержащие (по весу) менее 50% частиц крупнее 2 мм. В зависимости от состава и соотношения зерен различной крупности песок бывает крупный, средний, мелкий и тонкий.
R ^н = 0, 1–0, 45 МПа;

– глинистые – связные грунты, содержащие в своем составе минеральные частицы плоской формы (в виде чешуек) с поперечными размерами менее 0, 01 мм и песок. Эти грунты при определенной влажности обладают пластичностью, которая тем выше, чем в их составе больше глинистых частиц. Глинистые грунты делятся на глины (содержание глинистых частиц более 30%), суглинки (10–30%) и супеси (3–10%). R ^н = 0, 1–0, 6 МПа;

– лессовые (макропористые) – глинистые грунты с содержанием большого количества пылеватых частиц с наличием крупных пор (макропор) в виде вертикальных трубочек, видимых невооруженным глазом. Эти грунты в сухом состоянии обладают достаточной прочностью, но при увлажнении способны давать под нагрузкой большие просадки. Такие грунты относятся к просадочным, и при возведении на них зданий следует предусмотреть ряд мер по упрочнению или защите грунтов от увлажнения.

Из рассмотренных видов грунтов скальные, крупнообломочные, а также крупные и средней крупности пески являются грунтами непучинистыми и малосжимаемыми.

Глинистые, лессовые, а также мелкие и тонкие пески относятся к пучинистым грунтам, так как способны задерживать в своих порах влагу, а следовательно, и изменять свой объем при замерзании и оттаивании.

В строительной практике встречаются также и другие виды грунтов, к которым относятся:

– органические (торфянистые, растительные и илистые), являющиеся слабыми, сильно сжимаемыми и неспособными служить естественным основанием;

– плывуны – мелкие пески с илистыми и глинистыми примесями, насыщенные водой, непригодные к использованию в качестве естественного основания;

– насыпные – образовавшиеся путем засыпки оврагов и низин. Они обычно обладают неоднородным составом, малой несущей способностью и неравномерной сжимаемостью, вследствие чего являются непригодными к использованию в качестве естественного основания.

Искусственные основания. В случае, когда грунты в природном состоянии неспособны служить надежным основанием, приходится прибегать к искусственному укреплению. В зависимости от конкретных условий искусственные основания образуются следующими способами:

- уплотнением грунтов трамбовочными плитами весом 1–2 т, падающими с высоты 3–4 м, или с помощью виброплощадок. Этот способ применяется при недостаточно плотных, а также насыпных грунтах;

- цементацией грунтов путем нагнетания в них по специальным погружаемым в грунт трубам жидкого цементного раствора или цементного молока, которые, затвердевая в порах грунта, придают им камневидную структуру. Цементация применяется для укрепления гравелистых, крупных и среднезернистых песков;

- силикатизацией грунтов, т.е. путем нагнетания в них соответствующих силикатных растворов, в результате химических реакций которых происходит окаменение грунта. Для закрепления песков поочередно вводят растворы жидкого стекла и хлористого кальция, для закрепления плывунов – раствор жидкого стекла, смешанного с фосфорной кислотой, для лессовидных грунтов – только раствор жидкого стекла;

- термическим способом (обжигом грунта), т.е. путем сжигания горючих продуктов, подаваемых в специально устраиваемые скважины под давлением (применяемые для укрепления лессовых просадочных грунтов);

- битуминизацией, т.е. путем нагнетания в грунт разогретого битума. Применяется для закрепления крупнозернистых песков, крупнообломочных и трещиноватых скальных пород, а также для прекращения через них фильтрации грунтовой воды.

Для зданий небольшой этажности искусственные основания получают заменой слабого грунта в основании песчаной подушкой из тщательно уплотняемого крупного или среднезернистого песка (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Песчаная подушка:

1 – фундамент; 2 – песчаная подушка

Толщина подушки устанавливается с таким расчетом, чтобы давление на нижележащий слабый грунт не превышало его нормативного сопротивления. Искусственные основания удорожают стоимость зданий, поэтому их применяют лишь в необходимых случаях.

А в основном в современном строительстве на слабых, просадочных и пучинистых грунтах используют свайные фундаменты, погружая сваи до глубины залегания плотных, твердых пород.