Грунты как основа сооружений

Дата: 31.08.2015

Каждое здание и инженерное сооружение можно возводить лишь на таком основании, прочность которого обеспечивает их долговечность и устойчивость. Осадка грунта под фундаментами неизбежна, однако она не должна приводить к деформациям зданий. Особенно опасна неравномерная осадка, вызывающая появление трещин и отклонение стен зданий.

Верхние слои грунта подвержены влиянию ряда физических факторов (смачивание и высыхание, выветривание, замерзание и оттаивание), которые изменяют состояние грунта, его строительные качества и уменьшают несущую способность. Поэтому конструкции зданий и сооружений необходимо располагать на надежных подземных элементах — фундаментах, которые служат для передачи нагрузок от сооружения на грунт, расположенный на некоторой глубине от поверхности земли.

Слой грунта, воспринимающий вес сооружения со всeми действующими на него внешними нагрузками, называют основанием сооружения.
Основания различают: а) естественные, когда грунт под фундаментом остается в естественном состоянии, и б) искусственные, когда вследствие недостаточной прочности грунта принимают меры, повышающие его несущую способность.

Грунты: типы и свойства
По признаку строительных качеств, грунты разделяют на скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые (в том числе лессовидные суглинки).  Скальные, а также крупнообломочные грунты в практике строительства встречаются очень редко. В большей части грунтами являются изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткой связью между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие в виде сплошного массива или трещиноватого слоя. Такие грунты служат надежным основанием зданиям при условии, что слой грунта, находящийся под породой, вполне устойчив и не вымывается водой. Основными на наших строительных площадках являются грунты песчаные, глинистые и их разновидности.

Песчаные грунты — продукт разрушения горных пород. Пески обладают характерным для них свойством сыпучести, поскольку сцепления между отдельными зернами нет. В результате этого песчаный грунт обладает хорошей водопроницаемостью и не вспучивается при замерзании.  По крупности зерен различают пески гравелистые (25% частиц крупнее 2 мм), крупные, средней крупности (50% частиц по весу крупнее 0,25 мм), мелкие и пылеватые.
Сухой чистый (в особенности крупный) кварцевый песок может выдержать большие нагрузки и является надежным основанием для сооружений. Мелкий песок, разжиженный водой, особенно с примесями глины и ила, в качестве основания ненадежен.

Глинистые грунты образовались в результате физико-химических процессов, происходивших при разрушении горных пород. Характерным свойством их является сцепление мельчайших частиц грунта между собой. Вследствие водонепроницаемости глинистые грунты всегда содержат воду (от 3 до 60%, обычно 12 — 20%). При замерзании влага, увеличивая объем глинистого грунта, вызывает сильное его пучение.
Сухие, плотно слежавшиеся глинистые грунты с большой мощностью слоя выдерживают значительные нагрузки от сооружений, если под ними находятся устойчивые подстилающие слои.

Наиболее распространенные песчаные и глинистые грунты оснований весьма разнообразны как по крупности частиц, так и по физико-механическим свойствам.  Грунты, в которых глинистые частицы размером менее 0,005 мм содержатся в пределах от 10 до 30%, называют суглинками; при содержании до 10% глинистых частиц грунты называют супесями.

Специфическими свойствами обладают лессовидные суглинки, содержащие значительное количество пылеватых частиц (0,005 — 0,05 мм) и водорастворимые известняки и др. В сухом состоянии такие грунты обладают значительной прочностью, но при увлажнении их грунт размягчается и резко уплотняется. В результате происходят значительные осадки, сильные перекосы и даже разрушения возведенных на нем сооружений, в особенности из кирпича.

Таким образом, для того чтобы лессовидные грунты служили надежным основанием для сооружений, нужно полностью устранить возможность их замачивания. Для этого необходимо тщательно изучить режим грунтовых вод и горизонты их высшего и низшего стояния.

Геологическое обследование участка постройки
Для получения данных, характеризующих состав и свойства грунтов, служащих основанием, и подстилающих слоев, производят инженерно-геологические и гидрогеологические исследования. Для этого на участке, намеченном под застройку, в нескольких точках по периметру фундамента закладывают систему буровых скважин и шурфов, из которых берутся пробы грунта. Шурф представляет собой круглый или прямоугольный колодец, стенки которого в песчаном и насыпном грунте укрепляют пластинами и досками для защиты от обрушения. Бурение скважин производится при помощи бурового инструмента, погружаемого в грунт ударами или вращением.
В период бурения скважины или вскрытия шурфа ведут журнал, по записям в котором составляют геологические разрезы грунта и судят о напластовании залегающих слоев, об их мощности и об уровне грунтовых вод. По этим данным и по образцам ненарушенной структуры, взятым в шурфах, в специальных лабораториях определяют физико-механические свойства грунтов основания и гидрогеологический режим площадки.