Виды грунтов и что надо о них знать, перед тем как закладывать фундамент под баню?

30 Июл

Просмотров: 239

suglinistaya_pochva_thumbПеред тем как вплотную обратиться к теме особенностей возведения столбчато-ленточного фундамента, изготовленного по технологии ТИСЭ, мелкозаглубленного ленточного фундамента и незаглубленного плитного фундамента, о которых говорилось в предыдущей статье, кратко рассмотрим вопрос о видах и свойствах существующих грунтов, а также определимся с расчетом площади основания фундамента для их (грунтов) несущей способности.

 Так какие же существуют грунты?

Условно грунты можно разделить на следующие основные группы.

Скалистые грунты – массивные горные породы с жесткими связями между частицами грунта. Такие грунты имеют значительную прочность на сжатие и не промерзают. Фундамент на них можно закладывать по поверхности.

Сразу же определимся с термином «промерзание грунта».

Под промерзанием грунта понимается процесс охлаждения почвы до 0ºС и ниже, сопровождаемый переходом почвенной влаги в лед. Грунт при этом затвердевает и приобретает свойства монолитного тела.

В зависимости от размера и количества пор в единице объема конкретного вида грунта (а не только от вида и размера частиц твердой его фракции) грунты могут либо изменять свои размеры (пучиться) под действием замерзшей в ней воды, либо не изменять. Напомним, что данное явление происходит вследствие того, что вода, превращаясь в лед, увеличивает свой объем на ~ 10%.

Крупнообломочные грунты – состоят из валунов, обломков крупных камней, крупных фракций щебня и гравия, не сцементированных между собой. Такие фракции в таких грунтах занимают более 50% всего объема. Они практически не сжимаются и являются надежными основаниями.

При наличии в таком грунте более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато-глинистого заполнителя от общей массы грунта именно эти компоненты будут определять несущую способность крупнообломочного грунта, а не его крупная фракция. Такой грунт будет пучинистым, если мелкая составляющая такого грунта состоит из глины и мелкого пылеватого песка.

Песчаные грунты – сыпучая смесь зерен кварца, содержащая глины менее 3%.

По своему зерновому составу, по размеру фракций песок делится на виды:

  • гравелистые пески с преобладанием частиц размером 0,25-5мм;
  • крупный песок (с частицами 0,25-2мм);
  • песок средней крупности (с частицами 0,1-1мм);
  • мелкие пески (с частицами 0,01-0,1мм);
  • пылеватые пески (с частицами 0,005-0,05мм).

Гравелистые, крупные и средние пески могут воспринимать весьма большую нагрузку и значительно уплотняться под ее воздействием. Такие пески не пучатся. Это обусловлено тем, что вода в таких грунтах не задерживается ввиду наличия в них относительно больших по размеру воздушных пор (каналов) между отдельными частицами  грунта.  Капиллярные силы, могущие поднять воду по таким каналам малы. Вода хорошо дренирует  из таких грунтов. По мере промерзания таких песков,  с понижением температуры воздуха ниже 00С, образующийся в верхних  шарах грунта лед выдавливает имеющуюся там воду в нижние слои грунта. Таким образом, почва хотя и замерзает, но не пучится, так как в ней фактически не образуется льда. Фундамент на таких грунтах можно закладывать ленточный на глубину 0,4 — 0,7 м.

Пески мелкие и пылеватые имеет невысокую прочность, хорошо задерживают в себе влагу, пучатся при замерзании в них воды. Фундаменты на таких песках закладывают на глубину их промерзания.

Глинистые грунты состоят из мелкозернистых осадочных горных пород группы каолинита. Как правило, основным минералом в глине является каолин на 47% состоящий из оксида кремния SiO2, 39% оксида алюминия Al2O3 и 14% воды Н2О. Глина пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из мелких чешуйчатых частиц размером меньше 0,005 мм. Если такие частицы не спрессованы между собой, то такой грунт хорошо вбирает в себя влагу ввиду действия капиллярных сил, появляющихся в мелких пустотах между отдельными частицами.

Глинистые грунты способны сжиматься, размываться, а замерзая – вспучиваться, увеличиваясь в объеме. Степень пучения сильно зависит от влажности грунта, и от степени его пористости. Толщина слоя неуплотненной влажной глины при промерзании может увеличиваться на 10-15%. Другими словами, неуплотненная глина является сильнопучинистым грунтом. Уплотненная глина – слабопучинистая.

В зависимости от количества песка глинистые грунты делятся на глину, содержащую по массе более 30% пылевато-глинистых частиц, суглинок (от 10 до 30% таких частиц), супесь (от 3 до 10%). Грунты с содержанием  пылевато-глинистых частиц менее 3% уже относятся к пескам.

Чтобы определить процентное соотношение между глиной и песком в грунте, достаточно его образец положить в банку с водой и тщательно взболтать до такой степени, когда все частицы глины окажутся во взвешенном состоянии. После отстоя взвеси в течение некоторого времени произойдет ее расслоение. Песок окажется внизу банки, а частицы глины осядут сверху. Процентное соотношение между песком и глиной несложно оценить замером толщины слоев простой линейкой.

Кроме состава глинистых грунтов следует оценить их пористость и влажность, оказывающих влияние на несущую способность глины. Пористый увлажненный грунт – пластичный, с низкой несущей способностью. Плотный же грунт, в объеме которого мало влаги, способен воспринимать достаточно большие нагрузки. Этот фактор может быть использован при оценке несущей способности основания под столбчатым фундаментом, под подошвой которого грунт сильно уплотняется.

Пластичность глиняных грунтов можно оценить при разработке грунта лопатой. Если при сбросе грунт рассыпается на мелкие куски, то он твердый; если липнет к лопате, то он мягко- или текучепластичной консистенции.

Среди пылевато-глинистых грунтов особо необходимо отметить просадочные и набухающие грунты.

Просадочные грунты под действием внешних нагрузок или собственного веса дают значительную осадку (просадку). Таким свойством обладают лёссы и лёссовидные грунты. Такие грунты содержат более 50% пылевидных частиц и незначительное количество глинистых и известковых частиц. При отсутствии в таких грунтах воды они имеют высокую пористость (до 40%) и прочность. При увлажнении структурные связи между частицами грунта ослабевают, происходит значительная просадка грунта с уменьшением его пористости и структуры. На лёсс ставить фундамент нельзя, так как при попадании влаги он размокает и превращается в жижу, полностью теряя прочность.

Набухающие грунты (пористая глина) впитывают в себя влагу и разбухают, а при замерзании еще больше увеличиваются в объеме. При снижении влажности их объем уменьшается.

Возведение фундаментов на таких грунтах выполняют с определенными конструктивными особенностями.

Надо также отметить торфянистые грунты и их сочетание с пылеватыми песками.

Торфянистые грунты и пылеватые пески во влажном состоянии превращаются в плывун (мелкие и пылевидные пески, насыщенные водой, характеризуемые своей высокой подвижностью и низкой несущей способностью). В этом случае при создании основания под фундамент используют различные приемы.

Теперь коснемся вопроса «пучинистости грунта».

Пучинистостью грунта называют явление изменение грунтом своих размеров под действием замерзшей в нем воды.

Пучинистые явления в грунтах – очень коварные процессы. Они возникают во влажных глинистых, мелкопесчаных и пылеватых грунтах при их сезонном промерзании. Замерзшая в грунте вода раздвигает частицы грунта и тем самым увеличивает его объем.

Грунты по степени пучинистости делятся на:

— сильнопучинистые – пучение  (изменение в объеме) до 12%;

— среднепучинистые – пучение до 8%;

— слабопучинистые – пучение до 4%.

Поскольку верхний слой грунта со всех сторон окружен таким же грунтом, то у него остается только одно направление для свободного перемещения – вверх.

Так, например, при глубине промерзания 1,5 м поднятие поверхности сильнопучинистого грунта составляет 18 см.

Находящиеся либо сверху, либо в самом пучинистом грунте основания фундаментов сооружений испытывают на себе колоссальное воздействие со стороны замерзающего грунта.

На подземную часть фундамента действуют усилия, измеряемые тоннами, а то и десятками тонн. Такие силы способные привести к разрушениям, как самого фундамента, так и стоящего на фундаменте здания.

Действующие на фундамент силы условно можно разделить на силы бокового сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента и силы выдавливания.

Силы бокового сцепления возникают между боковыми заглубленными в землю стенками фундамента и замерзшим влажным грунтом. Эти силы весьма высоки и могут достигать 5-7 тонн на квадратный метр поверхности фундамента. Например, при сцеплении мерзлого грунта с бетоном на каждый из столбов заглубленного столбчатого фундамента с диаметром 25 см, заложенным на глубину 1,5 м, будет действовать вертикальная выталкивающая сила до 8 тонн.

В отличие от сил бокового сцепления фундамента с мерзлым грунтом, носящих сезонный характер, явление выдавливания фундамента из грунта за счет возникающих при этом сил выдавливания носит суточный характер.

Выдавливание обязано суточному прохождению границы промерзания грунта мимо нижней опорной плоскости фундамента. Днем грунт под действием солнечных лучей размерзается и глубина его промерзшей части уменьшается. Ночью грунт снова охлаждается и увеличивает толщину своей промерзшей части. Пласт мерзлого грунта, находящегося под опорной частью фундамента, увеличивается в объеме и поднимает фундамент. При этом силы морозного пучения могут достигать 10-15 тонн на каждый квадратный метр площади опоры фундамента.

Факторы, определяющие свойство пучинистости грунта, следующие.

Пучинистость грунта определяется его составом, пористостью, а также уровнем грунтовых вод (УГВ). Так глинистые грунты, мелкие и пылеватые пески относятся к пучинистым грунтам, а крупнозернистые песчаные и гравийные грунты – к непучинистым.

Это связано со следующим.

Во-первых. В глинах и мелких песках влага за счет капиллярного эффекта (малости величины диаметра проходов между отдельными частицами грунта) высоко поднимается от уровня грунтовых вод* (см.Примечание) в направлении к поверхности земли и хорошо удерживается в таком положении при неизменности УГВ. В крупнозернистых песках влага к поверхности не поднимается, и грунт остается влажным только по уровню грунтовых вод. То есть, чем тоньше структура грунта, тем выше поднимается в нем влага, тем логичнее отнести его к пучинистым грунтам.

Итак, сильнопучинистым считается грунт, когда уровень грунтовых вод находится ниже расчетной глубины промерзания** (см.Примечание) :

— на 0,3 м – в супесях;

— на 0,7 м – в суглинках;

— на 1,0 м – в глинах.

Среднепучинистый грунт – когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

— на 0,5 м – в супесях;

— на 1,0 м – в суглинках;

— на 1,5 м – в глинах.

Слабопучинистый грунт – когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

— на 0,5 м – в пылевых песках;

— на 1,0 м – в супесях;

— на 1,5 м – в суглинках;

— на 2,0 м – в глинах.

Необходимо помнить, что уровень грунтовых вод лучше всего определять весной, когда он наиболее высокий за счет интенсивного таяния снега. Уровень грунтовых вод определяется замером расстояния от поверхности грунта до зеркала воды в ближайших колодцах или скважинах.

Во-вторых. Процесс промерзания грунта происходит сверху вниз, при этом граница между влажным и мерзлым грунтом опускается с некоторой скоростью, определяемой погодными условиями. Влага, превращаясь в лед, увеличивается в объеме, вытесняя сама себя в нижние слои грунта, сквозь его структуру.

Пучинистость грунта определяется также тем, успеет ли выдавливаемая сверху влага просочиться через структуру грунта или нет, хватит ли  степени фильтрации грунта, чтобы этот процесс прошел  с пучением или нет.

Если крупнозернистый песок не создает влаге никакого сопротивления и она беспрепятственно уходит, то такой грунт не расширяется при промерзании.

Что касается глины, то сквозь нее влага уйти не успевает, и такой грунт становится пучинистым.

Кстати, грунт из крупнозернистого песка, помещенный в замкнутый не пропускающий воду объем, которым может оказаться скважина в глине, поведет себя как пучинистый.

Именно поэтому траншею под мелкозаглубленными фундаментами заполняют крупнозернистым песком, позволяющим выровнять степень влажности по всему его периметру, сгладить неравномерность пучинистых явлений. Траншею с песком, если возможно, следует соединить с дренажной системой, отводящей верховодку из-под фундамента.

В-третьих. Наличие давления от веса строения также сказывается на проявлении пучинистых явлений. Если слой грунта под подошвой фундамента сильно уплотнить, то и степень пучинистости его уменьшится. Причем, чем больше будет само давление на единицу площади основания, тем больше будет объем уплотненного грунта под подошвой фундамента и меньше величина пучения.

Сильное уплотнение пучинистого грунта под лентой мелкозаглубленного фундамента может возникнуть, если на нем будет возведен каменный дом высотой не менее трех этажей. В этом случае можно говорить о том, что пучинистые явления будут просто задавлены весом дома. Но и в этом случае они, все же, останутся и могут вызвать появление трещин в стенах дома.

Если же на таком фундаменте будет возведено более легкое строение (например, сруб бани), то в этом случае однозначно пучинистые явления грунта могут привести к неравномерному подъему фундамента, а вместе с ним и строения в этих местах. В случае деревянной бани если и не появятся трещины в стенах (за счет повышенной гибкости дерева к изгибным деформациям фундамента), то перекос дверных косяков и окон будет гарантировано обеспечен.

Примечание.

*Грунтовые воды – это подземные воды первого от поверхности земли постоянного водоносного горизонта. Они образуются за счет насыщения верхних пластов земли атмосферными осадками, водами рек и озер, притоком поверхностных вод. Из всех видов грунтовых вод особое значение принимает так называемая «верховодка» — сезонное скопление вод в верхнем водонасыщенном слое грунта над водоупорными глинистыми или суглинистыми породами. А уже под этими породами находится, как правило, первый водонесущий слой.

**Расчетная глубиной промерзания грунта – положение границы промерзания относительно уровня грунта, принятое в качестве расчетной величины и которое узаконено нормативными документами (нормами СНиП). На Рис.1 приведена карта расчетной глубины промерзания глинистых и суглинистых грунтов для части территории России и стран ближнего зарубежья. Цифры у кривых показывают расчетную глубину промерзания не покрытого снегом грунта в сантиметрах на той или иной территории.

Karta promerzaniya grunta

Рис.1

Перейдем к рассмотрению вопроса определения размеров основания фундамента, требуемого для возведения строения на том или ином виде грунта.

Для начала отметим, что назначением любого фундамента является обеспечение пространственно-временной стабильности находящегося на нем строения вне зависимости от изменения характеристик грунта, возникающих под действием климатических и геологических факторов.

Фундамент своей подошвой должен опираться на грунт, который имеет стабильные характеристики, не подвержен сезонному промерзанию и несущая способность которого не даст возможности просесть фундаменту под весом находящегося сверху строения.

Исходя из этих требований, площадь подошвы фундамента рассчитывается по формуле:

S > γnF/γcRo                                                                                                                    (1)

где

S – площадь подошвы фундамента, см2;

F – расчетная нагрузка на основание (общий вес дома, в том числе фундамент, полезная нагрузка, снеговой покров…), кг;

γn= 1,2 – коэффициент надежности (запаса);

γc– коэффициент условий работы фундамента на том или ином виде грунта.

γc = 1,0 – глина пластичная, сооружение жесткой конструкции (каменные стены);

γc = 1,1 – глина пластичная, сооружения нежесткой конструкции (деревянные или каркасные стены) и жесткой конструкции длинные, с соотношением длины к высоте больше 4;

γc = 1,2 – глина слабопластичная (суглинки, супеси), пески пылеватые маловлажные, строения нежесткие и жесткие короткие с соотношением длины к высоте меньше 1,5;

γc = 1,2 – крупный песок, строения жесткие длинные;

γc = 1,3 – пески мелкие, сооружения любой жесткости;

γc = 1,4 – крупный песок, сооружения нежесткие и жесткие длинные;

Roусловное расчетное сопротивление грунта основания для фундаментов с глубиной заложения 1,5-2,0 м, кг/см2.

Для влажных грунтов значения Roприведены в табл.1.

Таблица 1

Тип грунта

Ro, кг/см2

Галька с глиной

4,5

Гравий с глиной

4,0

Песок крупный

6,0

Песок средний

5,0

Песок мелкий

4,0

Песок пылеватый

2,0

Супесь

3,5

Суглинок

3,5

Глина

6,0

Просадочный грунт

1,5

Насыпной грунт с уплотнением

1,5

Насыпной грунт без уплотнения

1,0

Пример расчета фундамента по несущей способности грунта.

Жилой каменный дом 7×8 м в два этажа имеет одну внутреннюю несущую стену. Вес дома с учетом снегового покрова и полезной нагрузки (мебель и пр.) – около F =180 тонн. Фундамент – заглубленный. Грунт – суглинок увлажненный (несущая способность Ro = 3,5 кг/см2). γc = 1,2. γn= 1,2.

Площадь подошвы фундамента определяется по формуле (1):

S > 1,2*180000/1,2*3,5=51428 см2=5,14м2.

При общей длине ленты фундамента – около 35 м ширина подошвы фундамента должна быть не менее 5,14/35 = 0,15м.

Величины расчетного сопротивления грунтов Ro, приведенные в табл.1, даны для глубины заложения фундамента 1,5-2,0м.

Если глубина заложения фундамента h меньше чем 1,5м, то расчетное сопротивление грунта Rh определяется по формуле (2):

Rh = 0,005*Ro*(100+h/3).                                                               (2)

Пример. Глинистый грунт на глубине h = 0,5м при Ro = 4,0 кг/см2 будет иметь расчетное сопротивление грунта Rh = 2,33 кг/см2.

Если глубина заложения фундамента h больше чем 2,0м, то расчетное сопротивление грунта Rh определяется по формуле (3):

Rh = Ro+g*k*(h-200),                                                                         (3)

где

g– вес столба грунта, расположенного выше глубины заложения фундамента, давящий на 1см2 площади поверхности (кг/см2);

k– коэффициент грунта (для песка – 0,25; для супеси и суглинка – 0,20; для глины – 0,15).

Пример. Глинистый грунт на глубине h=3м при Ro = 4,0 кг/см2 будет иметь расчетное сопротивление Rh=10,3 кг/см2. Удельный вес глины – 1,4 кг/см2, а вес столба глины высотой 300 см – 0,42 кг/см2.

Итак, подведем итоги.

1)      Мы рассмотрели основные виды грунтов, с которыми приходится сталкиваться каждому застройщику в своей практике при принятии решения возведения фундамента.

2)      Было показано, что под действием  сил морозного пучения эти грунты могут вести себя по-разному. Пучинистые грунты (глина, суглинок, супесь, пылеватые и мелкие пески) увеличиваются в своих размерах под действием замерзаемой при отрицательных температурах воздуха в их порах воды. Гравелистые грунты и грунты, состоящие из крупного и среднего песка, относятся к непучинистым грунтам.

3)      Фундаменты, заглубленные в землю, подвержены воздействию сил морозного пучения и выдавливания.

4)      Если подошва фундамента опирается на грунт, ниже глубины его промерзания, тогда этот грунт можно отнести к разряду неподвижных грунтов с неизменными во времени механико-гранулометрическими характеристиками.

5)      Приведены формулы, позволяющие произвести расчет основания фундамента по несущей способности грунта на заданной глубине его залегания.

Пока все. Полученных сведений нам будет вполне достаточно, чтобы начать рассмотрение конструктивных особенностей столбчато-ленточного фундамента, выполненного по технологии ТИСЭ, и особенностям его возведения в мерзлом влажном грунте. Этим мы и займемся в следующей статье.

До встречи!

 

Другие статьи на эту тему:

Комментариев нет

Размещен в разделе Фундаменты

 

Теги: , , , , ,

Добавить комментарий

 
 
 

«Банная печь Игоря Кузнецова БИК 41» 
(3-D модель и 3-D порядовки печи в SketchUp)

 Конфиденциальность гарантирована