М. Н. Торгонский

Основы строительного дела

Торгонский М. Н. Основы строительного дела. М.—Л., ГОСЛЕСБУМИЗДАТ, 1961.

Глава IX


ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

§ 24. ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ОСНОВАНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

с. 82 Общие сведения. Естественными основаниями называются грунты в условиях их естественного залегания, если на них непосредственно опираются фундаменты зданий или сооружений. В качестве естественных оснований могут быть использованы только грунты, которые обладают достаточной прочностью и плотностью (несущей способностью), при условии, что напряжения и осадки грунта под подошвой фундамента не превышают заданных (нормативных).

Для глинистых грунтов в зависимости от их консистенции и коэффициента пористости расчетные сопротивления колеблются в пределах от 1 до 6 кг/см2; для песков в зависимости от плотности, состава и влажности — в пределах от 1 до 4,5 кг/см2 и для крупнообломочных грунтов — в пределах от 3 до 6 кг/см2.

Перед проектированием фундамента изучается геологическое строение площадки, отведенной под застройку, а также гидрологические условия.

Разведка грунта производится шурфованием и бурением. Преимущества шурфования перед бурением состоят в том, что образцы грунтов, взятые из шурфа (колодца), имеют ненарушенную структуру. По стенкам шурфа устанавливается род грунтов и мощность каждого пласта. На дне шурфа производится испытание несущей способности грунта.

Одной из важных характеристик качества грунтов является сжимаемость их оснований, так как величина осадки оснований сооружений зависит от сжимаемости составляющих их грунтов.

Разрушение зданий и сооружений при ошибках, допущенных в оценке качества основания, происходит по двум причинам. Первой причиной является развитие недопустимых деформаций конструкции или всего сооружения вследствие неравномерных осадок грунтов основания, а вторая — потеря устойчивости всего сооружения в результате выдавливания грунта основания из-под подошвы фундамента.

с. 83 Если грунты под подошвой фундамента не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям, то они в их естественном виде не могут служить основанием под фундамент проектируемого здания. В этих случаях необходимо применить одно из следующих мероприятий: уширение подошвы фундамента; устройство свайных оснований; устройство сплошных железобетонных плит, песчаных или гравийных подушек; уплотнение (трамбованием) поверхностное; уплотнение песчаными или грунтовыми сваями; закрепление грунта (силикатизация, цементация).

Грунты, предварительно уплотненные и укрепленные каким-либо способом, называются искусственно улучшенными основаниями зданий или сооружений.

Самым простым из решений по устройству фундаментов на грунтах с недостаточной несущей способностью является увеличение ширины подошвы фундамента путем устройства железобетонных плит.

Песчаные подушки. Если ниже уровня заложения подошвы фундамента находится слой толщиной в 1,5—2 м (иловатого, суглинистого или глинистого) слабого грунта, за которым следует более прочный грунт, можно, удалив (прорезав) слабый грунт, заменить его более прочным в виде песчаной или гравийной подушки. При толщине слабого слоя или насыпного грунта более 3 м замена его песчаной подушкой на всю толщину невыгодна. В этом случае выгоднее применять распределяющие песчаные подушки небольшой толщины, чтобы использовать несущую способность слабого грунта. Отсыпка песчаной подушки производится слоями толщиной 15—20 см с тщательным трамбованием или вибрацией площадочными вибраторами.

Уплотнение грунта. Уплотнение трамбованием с поверхности состоит в том, что грунты основания уплотняют тяжелыми трамбовками весом от 1 т и более, падающими с высоты 3—4 м. Трамбованием можно уплотнить грунты на глубину 1,5—2 м. Трамбование производится до тех пор, пока от каждого последующего удара трамбовки уплотняемая поверхность начинает понижаться на одну и ту же величину; дальнейшее трамбование практически нецелесообразно. Величину понижения поверхности уплотненного грунта от одного удара условно называют «отказом». Определение величины «отказа» при опытном уплотнении осуществляется нивелированием по металлическим штырям, забитым в грунт перед трамбованием.

Трамбованием рекомендуется уплотнять под подошвой фундамента грунты насыпные и неоднородные по сжимаемости рыхлые, песчаные, макропористые просадочные и другие малоплотные грунты.

Уплотнение грунтов песчаными сваями производится на глубине более 2 м. Уплотняются песчаными сваями слабые насыпные, водонасыщенные рыхлые песчаные грунты, пылеватые и илистые пески, песчаные грунты с тонкими прослойками с. 84 суглинков, глин и ила, заторфованные грунты и илистые и слабые глинистые грунты. При устройстве песчаных свай сначала забивают или погружают вибратором стальную трубу, на конце которой имеется инвентарный раскрывающийся башмак. В трубы засыпают слоями крупно- или среднезернистый песок с содержанием глинистых и пылеватых частиц не более 3 %. После засыпки каждый слой трамбуется. По мере заполнения песком трубу выдергивают.

Уплотнение грунтовыми сваями рекомендуется в слабых глинистых и иловатых грунтах, находящихся в пластичном состоянии. Этот же способ уплотнения применяется и для предотвращения просадочности лёссовидных грунтов. Технология устройства грунтовых свай, за исключением свай для уплотнения лёссовидных просадочных грунтов, такая же, как и для песчаных свай.

Уплотнение песчаных грунтов вибрацией производится в насыпных и рыхлых крупно- и среднезернистых песках. Для вибрирования песчаных грунтов используются вибробулавы с одновременным увлажнением песка до полного водонасыщения. В результате вибрации пористость песков может уменьшиться на 10—12 %.

Для закрепления слабых грунтов применяют силикатизацию, цементацию или электроосмотическое обезвоживание и электрозакрепление. Методом силикатизации закрепляются мелкие пески, просадочные лёссы и лёссовидные суглинки; цементацией — скальные обломочные породы, гравийные, галечниковые, песчано-гравийные грунты, рыхлые крупно- и среднезернистые пески; методом электроосмоса и электрохимическим способом можно укреплять глинистые грунты, суглинки, илы и пылеватые водонасыщенные пески (плывуны); лёссовидные просадочные грунты и пористые сухие суглинки можно закреплять термическим способом (обжигом).

Силикатизация грунтов производится путем насыщения их раствором жидкого (натриевого) стекла и хлористого кальция, а цементация — нагнетанием цементных растворов в закрепляемый грунт.

Электроосмотическое обезвоживание и электрозакрепление грунтов основано на свойстве увеличения коэффициента электроосмотической фильтрации под действием постоянного электрического тока, что вызывается изменением свойств связанной воды. Электроосушение заключается в том, что в грунт на глубину осушения погружаются в шахматном порядке электроды в виде иглофильтров или стальных труб, с подводкой к ним постоянного тока, под действием которого вода в грунте перемещается от анода к катоду.

Термическое укрепление (обжиг) просадочных лёссовидных и пористых суглинистых грунтов производится путем обжига на с. 85 глубину до 15 м раскаленными газами через пробурённые в грунте скважины диаметром в 10—20 см.

Свайные фундаменты. Такие фундаменты применяются при сооружениях на слабых грунтах или в водоемах. Термин «свайное основание» неправилен, так как фундамент на сваях имеет свое грунтовое основание, расположенное ниже плоскости, проходящей через острия свай.

Свайные фундаменты подразделяются в зависимости от уровня расположения ростверка по отношению к верхней поверхности грунта на фундаменты с низким и высоким ростверком. Свайным ростверком называется плита, связывающая все сваи. По методу погружения или устройства свай в грунте они разделяются на забивные, буровые-набивные и винтовые.

По материалу сваи бывают деревянные, железобетонные, бетонные, набивные и комбинированные, и в некоторых случаях стальные.

Деревянные сваи могут применяться лишь в грунтах, насыщенных водой, в этом случае головы свай всегда располагаются ниже самого низкого уровня грунтовых вод. В таких условиях деревянные сваи долговечны и обладают некоторыми преимуществами по сравнению со сваями из бетона и железобетона, так как имеют малый вес и более транспортабельны.

Расстояние между сваями в плане принимается в пределах трех-четырех диаметров сваи. В грунт сваи погружаются до расчетного отказа, т. е. величины окончательного расчетного погружения сваи от одного удара молота, измеряемой в сантиметрах. Головы свай срезаются на уровне, предусмотренном проектом строго нормально оси, и соединяются ростверком в одну общую конструкцию. Ростверк создает равномерное распределение нагрузки от сооружения между осями основания. Ростверки бывают деревянные, бетонные и железобетонные. Деревянный ростверк состоит из насадок и схваток, связывающих головы свай во взаимно перпендикулярных направлениях и придающих необходимую жесткость свайному основанию.

При деревянных сваях ростверки очень часто устраиваются железобетонные в виде железобетонной плиты (рис. 14, а и б).

Грунтовые воды. В результате инфильтрации осадков и поверхностных вод образуются грунтовые воды. Они скопляются в водоносных (песчаных) слоях, расположенных над водонепроницаемыми (глинистыми) или скальными пластами, и встречаются на различной глубине от поверхности земли.

Грунтовые воды вблизи водоемов (озер, рек, каналов) обычно имеют уровень, близкий к уровню воды в водоемах и колеблющийся в соответствии с колебанием его в водоемах. Уклон грунтовых вод чаще всего бывает в сторону ближайшего водоема, но при значительном повышении уровня воды в водоеме движение грунтовой воды может иметь направление от водоема.

с. 86 Грунтовые воды растворяют некоторые горные породы: гипс, соль, мел, известняк. Следствием такой деятельности грунтовых вод является образование подземных пещер (карстовые явления). Грунтовые воды способствуют также образованию оползневых явлений, обвалов. Во многих случаях грунтовые воды могут оказаться агрессивными по отношению к бетонным и железобетонным подземным частям зданий и сооружений. Поэтому наряду с геологическими изысканиями должны быть выявлены и гидрологические данные: наличие или отсутствие грунтовых вод, направление их движения и химический состав.

Рис. 14. Ростверки:
а — по деревянным сваям; б — по железобетонным сваям.

При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать, что в ряде случаев на положение уровня грунтовых вод влияют подсыпка и срезка грунта на строительной площадке, а также устройство дренажа, водопроводной и канализационной сети, что надо иметь в виду особенно при применении деревянных свай фундаментов.

Бывают случаи, когда водоносный слой перекрыт водонепроницаемым слоем глины. Такие межпластовые воды при определенных условиях создают давление на верхний водонепроницаемый слой и возможность прорыва его в котлованы для фундаментов напорными водами.

Если грунты основания содержат мелкие частицы (ил, мелкий песок), а уровень грунтовых вод на площадке выше подошвы фундамента проектируемого здания, следует предварительно искусственно понизить уровень грунтовых вод,