Выбор оснований под фундаменты зданий и сооружений. Методы искусственного улучшения оснований под фундаменты. Конструктивные методы искусственного улучшения оснований.

1. Выбор оснований под фундаменты зданий и сооружений.

При определении глубины заложения фундамента руководствуются п.2.25 СНиП 2.02.01-83, который рекомендует учитывать целый ряд факторов, основными из которых являются: влияние климата, инженерно-геологические и гидрологические особенности, конструктивные особенности объекта и т.д.

При выборе оснований под фундаменты учитывают также изменения гидрогеологических условий площадки, как в период строительства, так и в процессе эксплуатации.

По СНиП 2.02.01-83 такой учёт должен исходить из наличия или возможности образования верховодки, естественных сезонных и многолетних колебаний уровня подземных вод.

Учитывают также агрессивность подземных вод по отношению к материалам фундамента и коррозионную активность грунтов.

Все застраиваемые территории по характеру подтопления подразделяют на естественно-подтопленные, техногенно-подтопленные и неподтопленные.

На подтопляемых территориях влажность грунтов или уровень подземных вод достигал или периодически достигает критических величин, при которых строительство или эксплуатация зданий и сооружений становится невозможной.

В таких случаях необходимо применение специальных защитных мероприятий.

Прежде чем рассчитать основание под фундамент изучают основные свойства грунта.

Для исследования инженерно-геологических условий территории строительной площадки выполняют инженерно-геологические изыскания.

К отчету об инженерно-геологических исследованиях территории строительной площадки прилагают табличные и графические материалы.

К таким относятся геологические и гидрогеологические карты и инженерно-геологические разрезы толщи грунта и инженерно-геологические колонки скважин (рис.1).

Геолого-антологический разрез грунта на строительной площадке под строящимся объектом.
Геологический разрез грунта на строительной площадке под строящимся объектом

Для наглядности предлагается вариант геолого-литологического разреза грунтовой толщи под строящимся объектом.

Геолого-литологический разрез строят в целях освещения геологического строения грунтовой толщи, литологического состава слагаемых пород, их возраста, показателей состава и положения уровней подземных вод.

Для каждой выработки (например, по углам здания) по инженерно-геологическим колонкам строят геологические профили, на которых помимо указанных выше данных наносятся места отбора проб грунта.

Вариант выработки по инженерно-геологической колонке отбора проб грунта c описанием пород грунтовой толщи послойно показан на рис.2

Выработка по инженерно-геологической колонке отбора проб грунта.
Выработка отбора проб грунта

Описание пород грунтовой толщи послойно (поз.1…13) показано на рис.

Глубина заложения фундамента должна соответствовать глубине залегания того слоя грунта, который по своим качествам можно принять для здания за естественное основание.

Влияние геологии и гидрогеологии строительной площадки на глубину заложения фундамента определяют по табл.1.

Таблица 1. Гидрогеологические зоны увлажнения грунта и глубины залегания подземных вод.

Схемы природ-ных условийТиповые литологические разрезыТол-щина слоя, мГлубина залегания подзем-ных вод, мГидрогеологические зоны увлажнения и их географическая приуроченность
12345
1Слой 1 - лессовидные суглинки и супеси просадочные, фильтрационно-анизотропные.
Слой 2 (водоупор) - глины, песчаники, аргиллиты, известняки и др.
до 2515…25Зона переменного увлажнения (Средне-русская возвышенность, Уфимское плато, долина р.Дон, Степной Крым, Азово-Черноморская полоса, Западная Сибирь)
2Слой 1 - супеси, суглинки, пески флювио-гляциальные.
Слой 2 (водоупор относительный) - глины и суглинки моренные
до 15до 10Зона избыточного увлажнения (центральные и северо-западные районы европейской части РФ)
3Слой 1 - суглинки или супеси покровные малой мощности.
Слой 2 (водоупор) - глины набухающие
1…5Более 15Зона недостаточного и частично переменного увлажнения (Среднее и Нижнее Поволжье, Приволжская низменность, Северный Кавказ)
4Слой 1 - суглинки, супеси, пески пылеватые, мелкие, крупные, галечники.
Слой 2 (водоупор) - коренные породы различного возраста
до 105…10Зона переменного увлажнения (центральные районы европейской части РФ, западный и восточный склоны Урала, Восточная Сибирь)

Кроме того, при определении глубины заложения фундамента учитывают глубину промерзания грунта. Если основание состоит (см.табл.1) из влажного мелкозернистого грунта (песка мелкого или пылеватого, супеси, суглинка или глины), то подошву фундамента располагают не выше уровня промерзания грунта.

Нормативная глубина промерзания суглинистых и глинистых грунтов указана в СНиП II-A.6-62 на схематической карте, на которой нанесены линии одинаковых нормативных глубин промерзания, выраженных в сантиметрах (см. рис.3).

Карта нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов.
Карта глубин промерзания грунтов

Уровень промерзания грунта принимают на такой глубине, где зимой наблюдается температура , за исключением глинистых и суглинистых грунтов, для которых уровень промерзания принимают на меньшей глубине, такой, где возникает температура около -1°.

Нормативную глубину промерзания пылеватых глин и суглинков, мелких и пылеватых песков и супесей принимают также по карте, но с коэффициентом 1,2.

Исследованиями установлено, что грунты под фундаментами наружных стен регулярно отапливаемых зданий (с температурой помещений не ниже +10°) промерзают на меньшую глубину, чем на открытой площадке. Поэтому расчётную глубину промерзания под фундаментами отапливаемых зданий уменьшают против нормативного значения:

  • на 30% - при полах на грунте;
  • на 20% - если полы на лагах по грунту,
  • на 10% - когда полы уложены на балках.

Глубина заложения фундамента под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта, поэтому её назначают не менее 0,5 м от уровня земли или пола подвала.

Глубину заложения фундаментов стен зданий, имеющих неотапливаемые подвалы, назначают от пола подвала, и она обычно равна половине расчётной глубины промерзания.

В непучинистых грунтах (крупнообломочных, а также песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундамента не зависит от глубины промерзания; однако она должна быть не менее 0,5 м, считая от природного уровня грунта при планировке подсыпкой и от планировочной отметки при планировке срезкой.

Когда нагрузка, передаваемая на фундамент, значительна, а грунт основания слабый, в некоторых случаях устраивают сплошные фундаменты под всей площадью здания. Сплошные фундаменты сооружают обычно в виде железобетонных монолитных плит.

Монолитная плита особенно целесообразна, когда необходимо защитить подвал от проникания грунтовой воды при высоком её уровне, если полы подвала подвергается снизу большому гидростатическому давлению.

Основными факторами подтопления территории при строительстве и существующих объектов при эксплуатации являются:

  • при строительстве - изменение условий поверхностного стока воды при вертикальной планировке, засыпке естественных дрен, большой разрыв между земляными и строительными работами и т.п.;
  • при эксплуатации - инфильтрация утечек производственных вод, полив зеленых насаждений, уменьшение атмосферного испарения под зданиями и покрытиями и т.д.

Меньше всего подвержены подтоплению территории с глубоким залеганием подземных вод, сложенные хорошо проницаемыми породами и застроенные предприятиями с сухим технологическим процессом.

Исходя из выше изложенного очевидно, что без геологии возможно строительство только лёгких построек (сараи, летние кухни и т.п.), а вот заложение фундамента под дома высотой более 2-х этажей без геологии чреваты обрушением конструкций и разрушением строений.

 

2. Методы искусственного улучшения оснований под фундаменты.

Фундамент здания передаёт воспринимаемую им нагрузку от конструкций дома на плоскость основания - грунт. Несущему грунту необходимо выдержать эту нагрузку без разрушений.

Для оснований фундамента обычно используют два вида грунта:

  • грунты с высокой связностью - глина, суглинок;
  • грунты сыпучие - песок, гравий.

Среди связных и сыпучих грунтов существуют и переходные виды.

Более редко применяют скальные грунты, обеспечивающие высокую несущую способность. Встречаются грунты с низкой несущей способностью, такие как торф, макропористые лессовидные суглинки, насыпные грунты.

Однако часто строительство требуется вести на опасных для возводимых зданий подрабатываемых территориях, просадочных или набухающих грунтах, в оползневых районах, на болотистых заторфованных отложениях и других разновидностях неустойчивых и слабых грунтов. В этих условиях особое значение приобретает решение такой проблемы, как изменение характеристик грунтов, достигаемое их уплотнением или закреплением.

Все методы улучшения грунтовых оснований можно подразделить на конструктивные, механические и физико-химические (рис.4).

Все методы улучшения грунтовых оснований.
Все методы улучшения грунтовых оснований

Если естественное основание оказывается недостаточно прочным (т.е. физико-механические характеристики его не соответствуют предъявляемым к нему требованиям), то прибегают к устройству искусственных оснований.

Из приведенных на рис.4 методов 1 и 6 обладают низкой эффективностью и поэтому применяются редко.

Область применения методов улучшения оснований приведена в табл.2.

Таблица 2. Способы улучшения оснований.

Вид метода (рис.4)Грунтовые условияСпособы улучшения оснований
123
1Слабые сильно сжимаемые грунты (илы, связные грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные грунты)Песчаные подушки
То же, а также просадочные грунтыГрунтовые подушки из связного грунта
2Слабые грунты, обводненные илыПригрузка насыпи отсыпкой (в пределах возможной призмы выпирания)
3Слабые грунты, обводненные илыСтальные стержни с антикоррозийным покрытием или технически негниющая ткань
4Слабые песчаные и связные грунтыТо же
5Макропористые, просадочные грунты, рыхлые песчаные, свежеуложенные связные и насыпные грунты при Sr<0,7Механическое уплотнение
6То жеМеханическое уплотнение
7Рыхлые песчаные грунтыМеханическое уплотнение
8Макропористые просадочные грунты (I типа) при Sr<0,7Возможно применение метода и в непросадочных связных грунтах при yd=16…17,5 кН/м³
9Макропористые просадочные грунтыСваи грунтовые
Рыхлые пылеватые и мелкие пески, слабые сильно сжимаемые заторфованные грунтыПесчаные сваи
10*Рыхлые песчаные грунтыМеханическое уплотнение
11Макропористые просадочные грунтыМеханическое уплотнение
12То жеМеханическое уплотнение
13Рыхлые песчаные грунтыМеханическое уплотнение
14Слабые сильно сжимаемые водонасыщенные грунтыПредварительное обжатие грунтов при снятии взвешивающего действия воды
15Слабые сильно сжимаемые пылевато-глинистые и заторфованные грунтыПредварительное обжатие грунтов с помощью внешней пригрузки и вертикальных дрен
16Пески макропористые просадочные грунтыФизико-химическое закрепление грунтов
17В песках всех видов от пылеватых до гравелистыхТо же, кроме карбонатных
18Трещиноватая скала, гравелистые и крупные пескиМетод рекомендуется для закрепления грунтов с большой водопроницаемостью
19Слабые пылевато-глинистые грунты (при коэффициенте фильтрации k<0,01 м/сут)Электроосмос с одновременной силикатизацией грунтового основания
20Макропористые просадочные грунтыТермическое закрепление грунтов обжигом
* При уплотнении песчаных грунтов широко применяют песчаные сваи, подводные, глубинные и поверхностные взрывы.

В результате технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов выбирается вид основания и способ его устройства.

 

 

3. Конструктивные методы искусственного улучшения оснований.

Как уже отмечалось ранее (см. рис.4), конструктивные методы искусственного улучшения оснований реализуются устройством грунтовых подушек, насыпей, шпунтового ограждения и армированием грунта.

 

Метод 1. Грунтовые подушки.

Грунтовые подушки, согласно СНиП2.02.01-83, РЕКОМЕНДУЕТСЯ, выполнять из песка, гравия, щебня (возможно применение шлака и минеральных отходов различных производств) с полной или частичной заменой (в плане и по глубине) грунтов с неудовлетворительными свойствами.

Схема устройства грунтовой подушки под фундамент на слабых грунтах показана на рис.5.

Схема грунтовой подушки под фундаменты на слабых грунтах.
Схема грунтовой подушки под фундаменты на слабых грунтах

1- слабые сильно сжимаемые грунты (илы, связанные грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные грунты); 2- песчаная подушка; 3- фундамент.

В объёме подушки грунт находится в более сложном состоянии, чем в слоистом основании.

Это связано с тем, что по периметру подушки находится слабый грунт, значительно уплотняющийся в горизонтальном направлении.

Поэтому для обеспечения устойчивости расчётное сопротивление грунтов основания на подушку РЕКОМЕНДУЕТСЯ ограничивать значениями, не превышающими величин, указанных в прилож.3 СНиП 2.02.01-83.

При устройстве, например, песчаной подушки угол а колеблется в пределах 30…45°.

Их НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ применять при возможном вымывании (явление суффозии) песка из тела подушки, а также при заложении фундамента выше расчётной глубины промерзания, так как возможно пучение грунта в теле подушки при его замерзании.

 

Метод 2. Пригрузка насыпи.

Пригрузка насыпи, к которой прибегают для исключения выпора слабого грунта из-под сооружения. Устройство пригрузки в пределах возможной призмы выпирания обеспечивает устойчивость объектов, возведенных на насыпях.

Схема устройства пригрузки насыпи грунтовой подушки под фундамент на слабых грунтах показана на рис.6.

Устройство пригрузки насыпи грунтовой подушки под фундамент на слабых грунтах.
Устройство пригрузки насыпи грунтовой подушки под фундамент на слабых грунтах

1- слабые грунты, обводнённые илы; 2- насыпь песчаной подушки; 3- пригрузка насыпи отсыпкой.

 

Метод 3. Шпунтовое ограждение основания.

Шпунтовое ограждение основания применяют часто при сооружении одиночных фундаментов (мостовых опор, фундаментов маяков и т.п.) кругового очертания в плане.

Шпунт (рис.7 поз.3) забивается по всему периметру фундамента (рис.7 поз.5) с целью избежать выпирания слабого грунта из-под фундамента.

Схема устройства шпунтованного ограждения грунтовой подушки под одиночный фундамент на слабых грунтах показана на рис.7.

Устройство шпунтованного ограждения грунтовой подушки под одиночный фундамент на слабых грунтах.
Устройство шпунтованного ограждения грунтовой подушки под одиночный фундамент на слабых грунтах

1- слабые песчаные грунты (связанные грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные грунты); 2- грунтовые воды; 3- шпунтовое ограждение из стальных стержней с антикоррозийным покрытием; 4- дренирующая песчаная прослойка; 5- ж/б фундаментная подушка; 6- фундаментные стены.

При наличии слабого прослоя грунта (рис.7 поз.2) в основании шпунтовое ограждение забивают с таким расчётом, чтобы он (шпунт) заглублялся в прочные грунты с заделкой верха его в фундамент (рис.7 поз.5), под которым устраивают дренирующую песчаную подсыпку (рис.7 поз.4).

 

Метод 4. Армирование грунта.

Армирование грунта применяют для повышения устойчивости основания насыпей, а также для значительного увеличения устойчивости подпорных стен.

При этом по мере обратной засыпки грунта в него закладывают арматурные стержни (или техническую негниющую ткань), которые идут, например, от подпорной стены и выходят за пределы призмы обрушения,

Иногда, согласно СНиП 2.02.01-83, армирование насыпного грунта выполняют введением в основание специальных пленок, сеток и других материалов.

Пока всё. Удачи!

Ссылка на нормы и стандарты

При производстве работ по возведению фундаментов следует руководствоваться СНиП 3.03.01-87 и СНиП 3.04.01-87.

При определении глубины заложения фундамента руководствуются п.2.25 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений" и проектом на строительство, разработанным проектным институтом.