Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Найбільш важливими фізико-механічними властивостями є пластичність, липкість, набухання, усадка, зв'язність, твердість і стиглість. Велика частина цих властивостей пов'язана з кількістю глинистих або мулистих часток і вологістю грунту.
Пластичність - здатність вологого грунту необоротно міняти форму без утворення тріщин після впливу певного навантаження. Пластичність характеризується числом Аттеберга. Верхньою межею пластичності вважають вологість, при якій грунт починає текти, а нижньою - вологість, при якій грунт перестає скочуватися в шнур без тріщин діаметром більше 3 мм. Піски мають число пластичності - 0, супіски - 0-7, суглинки - 7-17, глини - понад 17. Пластичність грунту широко використовується при визначенні механічного складу грунтів методом скочування шнурів та куль, при розрахунках тягових зусиль із обробки грунтів.
Липкість - властивість вологого грунту прилипати до інших тіл, зокрема до поверхні сільськогосподарських знарядь, вона вимірюється навантаженням в паскалях, необхідним для відриву металевої пластинки від вологого грунту. Липкість залежить від механічного складу грунтів, оструктуреності, кількості органічної речовини, насиченості грунтів різними катіонами. Грунти супіщані і піщані, оструктурені, багаті органікою мають меншу липкість. За липкістю грунти поділяються на гранично липкі (> 147 Па), сильно в'язкі (49,0-147 Па), середні (19,6-49,0 Па), слабо в'язкі (19,6 Па).
Набухання - властивість грунтів і глин збільшувати свій об'єм при зволоженні. Воно залежить від вмісту мулистої частини грунту, її мінерального складу, складу обмінних катіонів. Більше набухають глини, особливо складені монтморилонітом і насичені Na або Li. Набухання виражають в об'ємних % по відношенню до вихідного об'єму. Усадка - скорочення обсягу грунту при його висиханні. Це явище зворотне набуханню, залежне від тих самих умов, що й набухання. Вимірюється в об'ємних % по відношенню до вихідного об'єму. При усадці грунт може покриватися тріщинами, можливі формування структурних агрегатів, розрив коренів, посилення випаровування. Усадка викликає зміну процесів розкладання органічних речовин, збільшення аеробіозису грунту.
Зв'язність - здатність грунтів чинити опір розриваючому зусиллю. Вона обумовлена силами зчеплення між частинками і залежить від складу колоїдів і катіонів. Найбільш зв'язними є глини, малооструктурені грунти, насичені одновалентними катіонами. Зв'язність вимірюється в Па при випробуванні зразків на зсув, розрив, вигин, розчавлювання. У легких грунтах органічна речовина і деяка вологість збільшують зв'язність, в суглинистих, навпаки, зменшують. Зв'язність грунту впливає на якість обробки і опір впливу машин і знарядь.
Твердість грунту - здатність чинити опір стисненню і розклинюванню. Вимірюється за допомогою твердоміру і виражається в Па. Твердість грунту залежить від механічного складу, складу катіонів та вологості. У міру зволоження грунту його твердість зменшується, при насиченні одновалентними металами - збільшується, малогумусні грунти твердіші сильно гумусованих, оструктурені грунти менш тверді, ніж неоструктурені. Твердість може бути використана при визначенні необхідної сили тяги при обробці грунту.
Водопроникність чи фільтраційна здатність грунту. Під водопроникністю розуміють здатність грунту поглинати та пропускати воду, яка надходить з поверхні. Цей процес перебігає в дві фази: перша фаза всмоктування, коли вільні пори послідовно заповнюються водою і її всмоктування триває до повного насичення грунту; друга – фільтрації, коли за умов повного насичення грунту водою вона починає рухатися в порах під дією сили тяжіння. Якість водопроникності тим ліпша, що вона однорідніша та постійна в часі.
Шари грунту, в яких формуються грунтові води дістали назву зон Гофмана. Вода спочатку фільтрується через поверхневий шар грунту – зону випаровування. Товщина його в середніх широтах Європейського континенту не перебільшує 1 м. Зона випаровування містить велику кількість органічних (гумінових) речовин. Саме тут розташована коренева система рослин, які всмоктують воду та зменшують її випаровування з грунту. Але де-які рослини (сонячних, індійський рис та ін.) випаровують надзвичайно велику кількість води, почерпнуту ними з грунту. Такі рослини зневоднюють грунт, тому їх спеціально вирощують у болотистих місцевостях. Вода, яка пройшла через зону випаровування, потрапляє в розташований нижче шар грунту – зону фільтрації. Зазвичай це досить потужний шар, в якому залежно від вологоємності грунту може затриматись значна частина води 150-350 л в кожному кубічному метрі. Після насичення всіх пор зони фільтрації та перевищення поглинальної здатності грунту надлишок води почне фільтруватись в розташованих нижче шарах, доки не зустріне водонепроникний шар (жирних глин, гранітів, вапняків, щільного піщанику), який практично не пропускає воду. На цьому шарі вода затримується, збирається та утворює зону грунтових вод, так званий водоносний шар (горизонт). Із цього шару певна кількість води піднімається вгору завдяки капілярності. Утворюється зона капілярного підняття грунтових вод, товщина якої залежить від розміру пор цього грунту.
7.3.1 Основними параметрами властивостей ґрунтів, що визначають несучу здатність основ і їх деформації, є характеристики:
-міцності - кут внутрішнього тертя ф, питоме зчеплення с, межа міцності на одновісний стиск скельного ґрунту Rc;
-деформативності - модуль деформації Е, модуль пружності Еn, коефіцієнт поперечної деформації ν;
-фізичні - щільність ρ, щільність часток грунту ρs, коефіцієнт пористості е, питома вагаγ,
вологість W, показник текучості IL ; крупність фракцій, однорідність складу.
Допускається застосування інших параметрів, що характеризують взаємодію фундаментів із ґрунтами основи, які встановлюють випробуваннями, у т.ч. за спеціальними методиками, якщо визначення необхідних параметрів не передбачені відповідними стандартами згідно з додатком А.
7.3.2 Характеристики грунтів основи природного складу (стану), а також штучного походження повинні визначатись, як правило, випробуваннями у польових і лабораторних умовах згідно з ДБН А.2.1-1. Випробування проводять у діапазоні діючих напружень, що складаються з напружень від проектних навантажень від фундаментів і природних напружень на відповідній глибині деформованої зони або збільшеної зони до глибини підошви слабких чи структурно нестійких нашарувань грунтів, з урахуванням можливої зміни вологості грунтів у процесі будівництва та експлуатації об'єктів.
7.3.3 Для забезпечення надійності розрахунків осідань фундаментів модуль деформації грунтів основи Е слід визначати:
- для фундаментів споруд класу СС3 - за результатами польових випробувань грунтів (ДСТУ Б В.2.1-7) з урахуванням 7.3.2 або лабораторними випробуваннями зразків грунту непорушеної структури, що відібрані з кожного нашарування літологічної структури основи;
- для фундаментів споруд класу СС2 - за результатами зондування або лабораторних випробувань;
Значення Е визначені для фундаментів споруд: класу СС3 за даними лабораторних та пресіо-метричних випробувань, методом статичного, а пісків (крім пилуватих водонасичених) - динамічного зондування (ДСТУ Б В.2.1-9), класу СС2 - визначені лабораторними методами та зондуванням в обґрунтованих випадках повинні уточнюватись на основі зіставлення з результатами паралельно проведених польових випробувань тих же грунтів штампами;
- для споруд класу СС1 та попередніх розрахунків фундаментів малозаглиблених та мілкого закладання допускається визначення Е за результатами зондування і таблицями додатка В.
7.3.4 Нормативні і розрахункові значення характеристик ґрунтів установлюють на основі статистичної обробки результатів випробувань згідно з ДСТУ Б.В.2.1-5 (додаток А)
Нормативні і розрахункові значення параметрів деформацій земної поверхні встановлюють згідно з підрозділами 9.1, 10.1, 10.3.
7.3.5 Усі розрахунки повинні виконуватись із використанням розрахункових значень характеристик ґрунтів основ Х, що визначають за формулою
X = Xn/γg, (7.1)
де Xn – нормативне значення характеристики;
γg – коефіцієнт надійності по ґрунту.
Коефіцієнт надійності по ґрунту γg при обчисленні розрахункових значень характеристик ґрунтів X слід визначати згідно з додатком В (В.6-В.7).
При цьому вимоги В.6, В.7 слід вважати обов'язковими.
7.4 Підземні води
7.4.1 При проектуванні основ, фундаментів і підземних споруд необхідно враховувати гідрогеологічні умови території, можливість їх зміни в процесі будівництва й експлуатації з урахуванням технологічних особливостей об'єктів:
-наявність чи можливість утворення першого непостійного горизонту підземних вод - верховодки;
-природні (сезонні і багаторічні) коливання рівня підземних вод;
-можливі техногенні зміни рівня і режиму підземних вод;
-ступінь агресивності підземних вод до матеріалів підземних конструкцій і корозійну активність ґрунтів.
7.4.2 Прогноз змін гідрогеологічних умов повинен виконуватись на стадії інженерних вишукувань для об'єктів класів СС3 і СС2 з використанням математичного моделювання геофільтрації та урахуванням можливих природних сезонних коливань рівня, ступеня потенційного підтоплення території та інших факторів, які впливають на формування багаторічного режиму підземних вод.
7.4.3 Оцінку можливих природних сезонних і багаторічних коливань рівня підземних вод виконують за результатами багаторічних режимних спостережень по державній стаціонарній мережі з використанням даних короткострокових спостережень, у тому числі одноразових вимірів рівня підземних вод, що виконують при інженерних вишукуваннях на території будівництва.
7.4.4 Ступінь потенційного підтоплення території і його змін у часі повинен оцінюватись з урахуванням:
- рельєфу місцевості;
-кліматичних, інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов майданчика будівництва і прилеглих територій;
-технологічних особливостей об'єктів, що проектуються й експлуатуються (з даними щодо витрат води);
-наявності і розташування на території забудови водонесучих інженерних мереж і водомістких об'єктів;
-витрат води комунальними службами і підприємствами.
7.4.5 При проектуванні основ, фундаментів, підземних конструкцій та споруд нижче п'єзометричного рівня напірних підземних вод необхідно враховувати тиск підземних вод і передбачати заходи захисту згідно з розділом 16.
Під водопроникністю розуміють здатність грунту вбирати і пропускати воду, яка надходить з поверхні. Цей процес протікає у дві фази: перша фаза - вбирання, коли вільні пори послідовно заповнюються водою. При надлишку вологи вбирання її триває до повного насичення грунту. Друга фаза - фільтрації, відбувається за умови повного насичення грунту водою, коли вода починає рухатися в грунтових порах під дією сили тяжіння.
Водопроникність грунту робить вирішальний вплив на утворення грунтових вод і накопичення їх запасів в надрах Землі. Це має безпосереднє відношення до постачання населення водою з підземних джерел. Від водопроникності грунту залежить можливість використання її для очищення стічних вод, твердих і рідких побутових відходів, які утворюються в населених пунктах. З водопроникністю грунту пов'язана можливість забруднення підземних джерел водопостачання небезпечними в санітарному відношенні поверхневими стоками з території населених місць і сільськогосподарських угідь.
Фільтраційну здатність і механічний склад грунту на практиці можна оцінити за часом всмоктування води грунтом: викопують приямок розміром 03 х 03 м і глибиною 015 м швидко заповнюють водою (125 л) і за секундоміром визначають час вбирання води. На підставі отриманих результатів можна прогнозувати здатність грунтів до самоочищення від органічних забруднень і вирішувати питання про використання грунту для очищення побутових відходів.
Крім того, фільтраційну здатність грунту характеризує коефіцієнт фільтрації, під яким розуміють довжину шляху, яку проходить вода за одиницю часу, вертикально рухаючись в грунті під дією сили тяжіння. Наприклад, для середньозернистих пісків коефіцієнт фільтрації, становить 043 м /добу, для дрібнозернистих - 0043 м /добу, для суглинків - 00043 м /сут. Чим вище фільтраційна здатність грунту, тим вище коефіцієнт фільтрації.
Модуль деформации грунта Е0 учитывает в отличие от модуля упругости как упругие, так и остаточные деформации.
Модули деформации грунтов в подушках при расчете оснований принимаются, как правило, по результатам непосредственных испытаний статическими нагрузками, а также по данным опыта строительства в аналогичных условиях.
Модуль деформации грунтов оснований рекомендуется определять в полевых условиях статической нагрузкой. При исследовании грунтов оснований реконструируемых зданий этот метод применяют, если испытательную установку можно разместить в подвальной части здания или иных стесненных условиях. Для исследований грунтов используются стандартные плоские штампы площадью 5000 и 2500 см2, устанавливаемые в котловане или шурфе, и площадью 1000 и 600 см2, погружаемые в дудку или скважину. Нагружение штампа осуществляется домкратом или тарированным грузом.
Модуль деформации грунта природного сложения предлагается определять с использованием данных статического зондирования.
Модуль деформации грунтов оснований зданий и сооружений рекомендуется определять в полевых условиях загружением штампа статическими нагрузками. Этот метод является наиболее достоверным и пригоден для нескальных грунтов всех видов. Методику проведения и обработки результатов испытания следует принимать в соответствии с действующим ГОСТом.
Зависимость коэффициента с ] (, учитывающего образования свода естественного равновесия грунта при продольных перемещениях трубопровода, от относительной глубины заложения трубопровода h / DH. Егр - модуль деформации грунта, кгс / см2, принимаемый по табл. 5.6 п 5.8; firp - коэффициент Пуассона грунта ( по табл. 5.11); т гр - коэффициент снижения модуля деформации ( по табл. 5.12); / 0 100 см - единичная длина трубопровода.
Здесь Е0 - модуль деформации грунта, с учетом больших размеров опорной площади он принят равным 53 МПа ( согласно СНиП П - В. VQ - коэффициент Пуассона грунта, vo0 35; p ( p) - реактивное давление грунта; р - переменная интегрирования; У ( р) - осадка грунта основания.
Пуассона; Е - модуль деформации грунта, определяемый по компрессионной кривой.
По формуле (1.1) рассчитывается значение модуля деформации грунта для различных интервалов давления. Результаты расчетов заносятся в табл. V прил.
Обе формулы показывают, что коэффициент постели возрастает с увеличением модуля деформации грунта и уменьшается с увеличением жесткости сооружения.
Число испытаний грунтов штампами в полевых усло-гиях для нахождения нормативного значения модуля деформации грунта в соответствии с рекомендациями СНиП должно быть не менее трех. Допускается уменьшение числа испытаний до двух, если найденные значения модуля деформации грунта отклоняются не более чем на 25 % от среднего значения модуля.
Для неоднородных грунтов, а также в тех случаях, когда неизвестен модуль деформации грунта, длину сжатия висячих свай можно упрощенно найти также исходя из соображений, изложенных ниже. Статистическая обработка результатов испытаний свай без уширенных подошв пробными нагрузками показала, что при усилии, составляющем 0 5 Рпр, осадка сваи в среднем равна s 5 мм, независимо от ее размеров и грунтовых условий.
Значения коэффициента ta при односторонней доверительной вероятности а. Изложенная методика статистической обработки опытных данных применяется для определения физических характеристик и модуля деформации грунтов.
Первинні грунтові часточки, представлені мінеральними зернами, органічними та органо-мінеральними гранулами, що вільно суспендуються у воді після руйнування клейких матеріалів, називаються механічними (гранулометричними) елементами або елементарними грунтовими частинками (ЕҐЧ).
Гранулометричний склад переважної більшості грунтів приблизно на 90% представлений ЕГЧ мінеральної природи. ЕГЧ можуть мати будь-яку геометричну форму: шар, куб, призма тощо. Умовно форму їх приймають за кулеподібну, враховуючи так званий ефективний діаметр. Механічні частинки приблизно однакового діаметра об'єднують у фракції, оскільки вони володіють подібними властивостями. У грунтознавстві відомо кілька класифікацій механічних елементів, проте загальновизнаною є класифікація Н.А. Качинського, яку широко використовують у навчальній і науковій літературі (табл. 2).
Таблиця 2. Класифікація елементарних грунтових частинок (за Н.А.Качинським) (доступно при скачуванні повної версії книжки)
Крім того, М.М.Сибірцев усі механічні елементи грунту поділив на дві групи фракцій: фізичний пісок (>0,01 мм) і фізичну глину (<0,01 мм), відокремивши в складі ЕГЧ скелет (часточки крупніші 1 мм) і дрібнозем (менші 1 мм).
Кожна фракція володіє певними характерними властивостями, по-різному впливає на властивості грунтів, що пояснюється неоднаковим мінералогічним і хімічним складом, фізичними та фізико-хімічними її властивостями.
Фракція каміння представлена переважно уламками гірських порід. Каменястість – явище незадовільне, оскільки наявність у грунті значної кількості включень літогенного походження призводить до збільшення енергетичних затрат грунтової біоти на їх огинання при рості чи русі, а також до ускладнення його обробітку та прискорення зносу сільськогосподарських знарядь. За ступенем каменястості грунти поділяють на некаменисті – вміст каміння не перевищує 0,5%, слабокаменисті – 0,5-5%, середньокаменисті – 5-10%, сильнокаменисті – понад 10%. За типом каменястості грунти можуть бути валунні, галечникові та щебенюваті.
Гравій – складається з уламків первинних мінералів. Високий уміст гравію в грунтах не впливає на обробіток, але створює несприятливі властивості, такі як низька вологоємність, провальна водопроникність і відсутність водопідйомної здатності.
Піщана фракція – складається з уламків первинних мінералів, перш за все кварцу та польових шпатів. Ця фракція володіє високою водопроникністю, не набухає, не пластична, а також володіє деякою вологоємністю та капілярністю. На грунтах із великим умістом цієї фракції та при інших сприятливих умовах добре розвивається фітоценоз з підвищеною вимогливістю до повітряного та теплового режиму, зокрема непогані врожаї дає картопля.
Крупнопилувата фракція мало чим відрізняється від піску, тому її властивості дуже схожі. Проте середньопилувата фракція збагачена слюдами, що значно підвищує пластичність і зв'язність. Середній пил дисперсніший, ліпше утримує вологу, але володіє слабкою водопроникністю, нездатний до коагуляції та не бере участі у структуроутворенні і фізико-хімічних грунтових процесах. Як наслідок, грунти, збагачені цими фракціями, будуть володіти відповідними властивостями. Пил дрібний – досить високодисперсна фракція, що складається з первинних і вторинних мінералів. Здатна до коагуляції, бере участь у структуроутворенні, володіє поглинальною здатністю, містить значну кількість гумусових речовин. Велика кількість неагрегованого дрібного пилу в грунтах спричиняє такі негативні властивості, як низька водопроникність, значна кількість недоступної вологи, висока здатність до набухання й усадки, липкість, тріщинуватість, висока щільність складення.
Мул складається переважно з високодисперсних вторинних мінералів. З первинних подекуди зустрічаються кварц, ортоклаз, мусковіт. Мулиста фракція займає провідне місце у формуванні фізико-хімічних властивостей грунтів. Мул містить значну кількість гумусу та елементів живлення для рослин. Ця фракція відіграє провідну роль у структуроутворенні. Володіє високою ємністю поглинання та коагуляційною здатністю. Проте надвисокий уміст мулу в грунтах є причиною погіршення їх фізичних властивостей.
Колоїдна частина – найважливіша з точки зору формування обмінних властивостей та структури грунту.
Кількісне визначення механічних елементів називають гранулометричним аналізом. Під гранулометричним (механічним) складом грунтів і грунтоутворюючих порід розуміють відносний уміст фракцій механічних елементів. В основу класифікації грунтів за механічним складом покладено співвідношення фізичного піску і фізичної глини. Найдосконалішою в наш час є класифікація М А Качинського (табл. 3).
Таблиця 3. Класифікація грунтів і порід за гранулометричним складом (за Н.А.Качинським) (доступно при скачуванні повної версії книжки)
Згідно з даною класифікацією, грунт має основну назву за вмістом фізичного піску і фізичної глини і додаткову за вмістом фракції, що переважає: гравійної (3-1 мм), піщаної (1-0,05 мм), крупнопилуватої (0,05-0,01 мм), пилуватої (0,01-0,001 мм) і мулистої (0,001 мм). Наприклад, дерново-середньопідзолистий грунт на морені містить фізичної глини 24,0%, піску 42,6%, крупного пилу 33,4%, середнього пилу 6,57% і дрібного -9,6%. Основною назвою гранулометричного складу даного грунту буде легкосуглинковий, додатковою – крупнопилувато-піщаний.
Класифікація складена з врахуванням генетичної природи грунтів та здатності їх глинистої фракції до агрегування, що залежить від умісту гумусу, складу обмінних катіонів, мінералогічного складу. Чим вища ця властивість, тим слабше проявляються глинисті властивості при рівному вмісті фізичної глини. Тому степові грунти, червоноземи та жовтоземи, як більш структурні, переходять у категорію більш важких при вищому вмісті фізичної глини, ніж солонці та грунти підзолистого типу.
Кожний тип грунту характеризується своїм специфічним профільним розподілом фракцій, особливо тонкодисперсних. Наприклад, у підзолистих, дерново-підзолистих грунтів, солонців – елювіально-ілювіальний тип розподілу; у чорноземів, дернових грунтів – рівномірно-акумулятивний тощо.
Гранулометричний склад грунту має важливе значення в педогенезі, у формуванні родючості грунту. Від нього залежать водні, теплові, повітряні, загальні фізичні й фізико-механічні властивості грунту. Механічний склад грунту зумовлює окисно-відновні умови, величину ємності вбирання, перерозподіл у грунті зольних елементів, накопичення гумусу тощо. Інтенсивність багатьох грунтотворних процесів залежить від гранскладу: на піщаних породах вона незначна, на суглинкових – досить висока. Від гранскладу залежать умови укорінення фітоценозу та чисельність риючої фауни, а також спосіб обробітку грунту, строки польових робіт, норми добрив, розміщення сільськогосподарських культур. Наприклад, легкі (піщані та супіщані) грунти легко піддаються обробітку, швидко прогріваються, мають добру водопроникність та повітряний режим. Але володіють низькою вологоємністю, бідні на гумус і елементи живлення, мають незначну поглинальну здатність, піддаються вітровій ерозії. Важкі (важкосуглинкові й глинисті) грунти володіють високою зв'язністю й вологоємністю, краще забезпечені поживними речовинами та гумусом. Безструктурні важкі грунти мають несприятливі фізичні й фізико-хімічні властивості: слабку водопроникність, здатність запливати й утворювати кірку, високу щільність і т.п. Найкращими з цієї точки зору є суглинкові грунти.
У польових умовах гранулометричний склад визначають приблизно за зовнішніми ознаками і на дотик (органолептичний метод). Для точного визначення гранскладу застосовують лабораторні методи (наприклад, метод Качинського).
Мокрий органолептичний метод. Зразок розтертого грунту зволожують і перемішують до тістоподібного стану. З підготовленого грунту на долоні роблять кульку і пробують зробити з неї шнур товщиною близько 3 мм, а потім звернути кільце діаметром 2-3 см. Залежно від гранулометричного складу результати будуть різні:
- пісок – не утворює ні кульки, ні шнура;
- супісок – утворює кульку, розкачати шнур не вдається, утворюються тільки зачатки шнура;
- легкий суглинок – розкачується в шнур, але дуже нестійкий, легко розпадається на частини при розкачуванні або знятті з долоні;
- середній суглинок – утворює суцільний шнур, який можна звернути в кільце з тріщинами й переломами;
- важкий суглинок – легко розкачується в шнур, утворює кільце з тріщинами;
- глина – утворює довгий тонкий шнур, котрий потім легко утворює кільце без тріщин.
Грунт – арена взаємодії малого біологічного і великого геологічного кругообігу речовин. Взаємодія біологічного і геологічного кругообігів проявляється через ряд процесів, які відбуваються в ґрунті у процесі його формування. Сукупність цих процесів і становить загальний процес ґрунтоутворення. Багато з цих процесів мають циклічний характер.
Всі ґрунтоутворюючі процеси О.А.Роде поділив на макропроцеси і мікропроцеси.
Макропроцеси охоплюють весь профіль ґрунту в цілому, а мікропроцеси відбуваються в межах ізольованих ділянок ґрунтового профілю. Макропроцеси, які є специфічними для ґрунтоутворення, І.П.Герасимов назвав елементарними ґрунтовими процесами (ЕГП). Цей термін набув загального визнання серед ґрунтознавців.
Аналізуючи та узагальнюючи концепції О.А.Роде і І.П.Герасимова, Б.Г.Розанов (1988) всі ЕГП поділив на сім груп, а саме:
1. Біогенно-акумулятивні (гумусоутворення, торфоутворення).
2. Гідрогенно-акумулятивні (засолення, оруднення, загіпсовування).
3. Метаморфічні (оглеєння, , озалізнення, сіалітизація).
4. Елювіальні (вилуговування, опідзолення, осолодіння).
5. Ілювіально-акумулятивні (підзолисто-ілювіальний, глинисто-ілювіальний).
6. Педотурбаційні (спучування, розтріскування, кріотурбація).
7. Деструктивні (ерозія, дефляція, поховання).
Висновок
Таким чином, процес ґрунтоутворення – це сукупність різноманітних елементарних ґрунтових процесів, які формують склад твердої фази ґрунту, розчину і ґрунтового повітря, будову і властивості ґрунту.
Гірські породи відзначаються винятковою різноманітністю: кількість тільки найбільш важливих різновидів їх перевищує декілька тисяч. Разом з тим у багатьох випадках різні гірські породи з інженерно-геологічної точки зору мають більш-менш схожі або спільні властивості (наприклад, нема суттєвої різниці між гранітом і діоритом у невивітрілому стані).
Гірські породи за їхніми основними інженерно-геологічними ознаками можна групувати у певні категорії. Тим самим при вирішенні інженерно-геологічних задач значно скорочується кількість розрахункових схем механіки ґрунтів шляхом їх систематизації.
Відповідно до нормативів, класифiкацiя грунтiв включає такi таксономiчнi одиницi, що видiляються за групами ознак:
- клас - за загальним характером структурних зв'язкiв;
- група - за характером структурних зв'язкiв (з урахуванням їх мiцностi);
- пiдгрупа - за походженням та умовами утворення;
- тип - за речовинним складом;
- вид - за найменуванням грунтiв (з урахуванням розмiрiв часток та показникiв властивостей);
- рiзновиди - за кiлькiсними показниками речовинного складу, властивостей та структури грунтiв.
Виділяють такі класи грунтів: природних скельних, природних дисперсних (нескельних) (див. § 9.1), природних мерзлих, техногенних (штучного походження).
Подальший поділ природних скельних ґрунтів (на групи, підгрупи, типи і види) робиться за генезисом, постгенетичними процесами та за петрографічним складом
Для тонкозернистих ґрунтів такий метод неприпустимий із-за граничної тонкості ситової тканини (біля 0,1 мм) і труднощів поділу в сухому стані агрегатів на окремі зерна, тому повний аналіз тонкодисперсного ґрунту проводять у два етапи. На першому визначають процентний вміст зерен у породі з розмірами частинок крупніше 0,1 мм просіюванням на стандартному наборі сит, на другому - процентний вміст частинок з розмірами зерен менше 0,1 мм з вимірюванням швидкості осідання часток ґрунту у воді.
Найбільш простим методом гранулометричного аналізу глинистих ґрунтів є ареометричний. Він базується на вимірюванні ареометром щільності суспензованого розчину, яка змінюється з часом у зв'язку з випаданням з води завислих частинок ґрунту.
Гранулометричний аналіз можна проводити за методами Сабаніна та Робінзона. Вони засновані на відборі із водного розчину проб через певний проміжок часу та визначенні: сухого залишку шляхом випаровування і зважування.
Для глинистих ґрунтів часто гранулометричний аналіз не проводиться, а про вміст у них глинистих частинок судять за числом пластичності (див. § 9.2).
Крім зернового складу, для класифікації великоуламкових ґрунтів використовують ступінь вологості, а для класифікації піщаних ґрунтів - ступінь вологості та коефіцієнт пористості.
Виділяють такі різновиди великоуламкових та піщаних ґрунтів за ступенем вологості:
маловологі 0 < Sr 0,5;
вологі 0,5 < Sr 0,8;
насичені водою 0,8 < Sr 1.
Фізичні та механічні характеристики ґрунтів дають кількісне уявлення про властивості, які необхідні для розрахунків стану і прогнозу поведінки ґрунтів під навантаженням в тих чи інших умовах. Фізичні характеристики дають уявлення про стан ґрунтів у природі, а механічні - про їхню поведінку під навантаженням.
Фізичні характеристики властивостей ґрунтів поділяють на дві групи:
- основні, які визначаються дослідним шляхом на основі лабораторних або польових дослідів;
- розрахункові, які визначаються розрахунком на основі перших.
Дослідним шляхом визначаються: питома вага часточок ґрунту, питома вага ґрунту, вологість, границі пластичності, коефіцієнт фільтрації. Усі інші характеристики визначаються розрахунком. Основні відомості про фізичні характеристики ґрунтів наведені в табл. 9.1, де для основних характеристик прийняті такі умовні позначення: G - вага ґрунту, Gs- вага твердих часточок, Gw - вага води, V - об'єм ґрунту, Vs - об'єм твердих часточок, І - напірний градієнт, Q - витрата води, А - площа поперечного перерізу ґрунту градієнт, Q - витрата води, А - площа поперечного перерізу ґрунту.
То саме що в 13 питанні
За жорсткістю та характером деформування усі споруди розділені на три типи: абсолютно жорсткі, абсолютно гнучкі, та ті, що мають cкінчену жорсткість.
Абсолютно жорсткі споруди не можуть викривлятися. При симетричному завантаженні та симетричній піддатливості основ їхнє осідання буде рівномірним, а при нерівномірній деформації основи вони одержують крен без вигину конструкцій (димові труби, доменні печі, силосні корпуси та ін.). Ці споруди взаємодіють з основами таким чином: у місцях більшої піддатливості основи тиск під підошвою фундаменту зменшується, а при меншій - збільшується. Внаслідок перерозподілу тиску зменшується нерівномірність осідання поверхні ґрунту основи. У той же час перерозподіл тиску сприяє розвитку в абсолютно жорстких спорудах додаткових зусиль, які в більшості випадків не є небезпечними для них, тому що конструкції часто мають чималий запас міцності на вигин.
Абсолютно гнучкі споруди безперешкодно переміщуються услід за поверхнею ґрунтів основи в усіх точках контакту з нею. При цьому у випадку розвитку нерівномірного осідання в конструкціях не виникають додаткові напруження. До таких споруд відносяться земляні насипи. Їх нерівномірне осідання не викликає ускладнень під час будівництва та експлуатації. Для одержання проектних відміток насипу його роблять вище на величину очікуваного осідання, тобто придають насипу будівельний підйом.
До споруд скінченої жорсткості відносяться більшість будинків та багато інженерних споруд. Такі будівлі та споруди при розвитку нерівномірного осідання одержують викривлення. У той же час вони частково зменшують нерівномірність осідання, оскільки тиск під підошвою фундаментів у деякій мірі перерозподіляється. У несучих конструкціях таких споруд розвиваються додаткові зусилля, які, нажаль, досить часто не враховують при проектуванні цих конструкцій, внаслідок цього в несучих конструкціях можливе виникнення тріщин. Щоб запобігти цьому, при проектуванні фундаментів та надземних конструкцій необхідно приділяти увагу оцінці сумісної роботи ґрунтів основи та несучих конструкцій споруди.
Оцінка роботи ґрунтів основи сумісно з несучими конструкціями споруди скінченої жорсткості відноситься до найбільш складних задач розрахунку споруд. Складності полягають у трудності визначення жорсткості несучих конструкцій споруд, які працюють як єдина просторова система в цілому і в невизначеності деформативності ґрунтів у кожній точці основи.
Іноді споруди мають незначну скінчену жорсткість і тому їх, як правило, вважають практично гнучкими. Такі споруди в основному переміщуються услід поверхні ґрунту, тобто одержують викривлення (невисокі одноповерхові будинки з розрізними балками покриття). У той же час на окремих ділянках невеликої протяжності вони в деякій мірі зменшують нерівномірність осідання. Як правило, це викликає виникнення в несучих конструкціях невеликих додаткових зусиль. При значних нерівномірностях осідання ці зусилля можуть стати причиною руйнування конструкцій.
Навантаження і впливи на основи, які передаються фундаментами споруд, повинні визначатись розрахунком, як правило, з урахуванням спільної роботи споруди і основи.
Величини навантажень і впливів на споруду або її окремі елементи, коефіцієнти надійності за навантаженнями, а також можливі поєднання навантажень приймають згідно з вимогами [8].
Навантаження на основу допускається визначати без урахування їх перерозподілу надфундаментною конструкцією при розрахунках:
а) основ будівель і споруд третього класу;
б) загальної стійкості масиву ґрунту основи спільно зі спорудою;
в) середніх значень деформацій основи;
г) деформацій основи у стадії прив'язки типового проекту до місцевих ґрунтових умов.
Розрахунок основ за деформаціями повинен виконуватись на основне поєднання навантажень (включаючи постійні, тривалі та короткочасні навантаження), а розрахунок за несучою спроможністю - на основне, а при наявності особливих навантажень - на основне і особливе поєднання.
При цьому навантаження на перекриття і снігові навантаження, які відповідно до [8] можуть відноситись як до тривалих (при урахуванні зниженого нормативного значення), так і до короткочасних (при урахуванні повного нормативного значення), при розрахунках основ за несучою спроможністю враховуються як короткочасні, а при розрахунках за деформаціями - як тривалі. Навантаження від рухомого підйомно-транспортного обладнання в обох випадках враховуються як короткочасні.
В розрахунках основ необхідно враховувати навантаження від матеріалів і обладнання, які розміщуються безпосередньо на ґрунті поблизу фундаментів.
Зусилля у конструкціях, які спричиняються кліматичними температурними впливами, при розрахунках основ за деформаціями не враховуються, якщо відстань між температурно-осадовими швами не перевищує значень, які вказані у нормах з проектування відповідних конструкцій.
Розрахункове значення навантаження потрібно визначати як добуток його нормативного значення на коефіцієнт надійності за навантаженнями, що приймається при розрахунках на міцність і стійкість у відповідності з [8], а при розрахунках за деформаціями - дорівнює одиниці.
В будівлях зі статично визначеною розрахунковою схемою на фундаменти передається навантаження, яке збирається на колону або стіну з вантажних площ перекриттів. Для будівель зі статично невизначеною розрахунковою схемою навантаження на фундамент визначають з урахуванням:
а) перерозподілу їх за рахунок жорсткості верхньої будови;
б) перерозподілу їх за рахунок піддатливості основи, тобто з урахуванням спільної роботи основи і надземних конструкцій.
I. Інженерно-геологічні дослідження при виборі будівельного майданчика, виконуються з метою порівняльної оцінки можливих варіантів її розміщення (перша стадія вишукувань), включають в себе проведення наступних робіт.
Збір, систематизація й аналіз наявних геологічних, гідрогеологічних та інших матеріалів, включаючи дані про досвід місцевого будівництва по досліджуваному району.
Інженерно-геологічна рекогносцировка. При рекогносцировці проводиться маршрутне обстеження району і здійснюється проходка 1-2 розвідувальних виробок на кожному геоморфологічному елементі обстежуваної території, супроводжувана відбором зразків порід для подальших лабораторних досліджень по визначенню в основному класифікаційних показників властивостей грунтів. Глибина виробок визначається в залежності від типу спорудженні та складності інженерно-геологічних умов. Як правило, вона не перевищує 20 м.
З'ясування загальних відомостей з гідрогеології району та про найбільш високому
положенні рівня грунтових вод.
4. Камеральна обробка матеріалів та складання звіту.
II. На обраній площадці (друга стадія) вишукування проводиться з метою отримання інженерно-геологічних даних для складання генерального плану промислового підприємства (комплексу будівель цивільного будівництва) з урахуванням прогнозу можливої зміни природних умов території в зв'язку з будівництвом і експлуатацією споруді (будівель).
До складу робіт входять: 1) інженерно-геологічна зйомка; 2) бурові, гірничопрохідницькі та геофізичні роботи; 3) польові дослідні інженерно-геологічні роботи; 4) гідрогеологічні дослідження; 5) лабораторні дослідження; 6) камеральні роботи і складання звіту.
Для інженерно-геологічного районування обраної площі з метою прийняття оптимальних проектних рішень проводиться інженерно-геологічна зйомка території в масштабах 1: 2000 - 1: 10000 в залежності від складності інженерно-геологічних умов і класу проектованих споруд та будівель.
Бурові, гірничопрохідницькі та геофізичні роботи виконуються з метою: 1) встановлення складу і потужності порід, особливостей їх залягання; 2) визначення глибини залягання грунтових вод; 3) відбору зразків породи і води для лабораторних досліджень; 4) проведення польових досвідчених інженерно-геологічних робіт і гідрогеологічних досліджень.
Кількість, глибина і розміщення виробок визначається їх призначенням, ступенем вивченості і складності досліджуваної майданчики, а також класом проектованих споруд. В залежності від складності інженерно-геологічних умов, характеру споруд та намічуваного розташування відстань між сусідніми виробками змінюється приблизно від 30 до 100-120 м.
На ділянках будівництва найбільш важких і відповідальних споруд (доменні печі, заводські труби і деякі інші) при складних інженерно-геологічних умовах глибина виробок може збільшуватися до 30 м., а в окремих випадках до 50 м. і більше.
При определении нагрузок на фундаменты и основания руководствуются СНиП 2.01.07 - 85 по нагрузкам и воздействиям (их рекомендации кратко излагаются ниже).
Нагрузки и воздействия делятся на постоянные и временные.
Постоянные нагрузки и воздействия прикладываются во время строительства и проявляются в течение всего периода эксплуатации (собственный вес конструкций, давление грунта и т.п.).
Временные нагрузки и воздействия прикладываются или возникают в отдельные периоды строительства или эксплуатации, они могут уменьшаться или полностью исчезать. Различают длительные, кратковременные и особые нагрузки и воздействия. Ниппельными называют нагрузки, действующие продолжительное время (вес оборудования, нагрузка от складируемых материалов и т.п.). К кратковременным относятся нагрузки, действующие непродолжительное время (от транспорта, включая краны, веса людей, снега, ветра и т.п.). Особые нагрузки возникают в исключительных случаях (сейсмические, аварийные, от просадки основания при его замачивании и т.п.).
Различают следующие сочетания нагрузок:
Основные, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок или воздействий; из кратковременных учитывают те. которые способны вызвать рассматриваемый вид деформации (при учете двух и более крагковременных нагрузок их принимают с коэффициентом надежности по нагрузке у = 0,9).
Особые, состояшие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий.
, Различают нагрузки нормативные (максимальные типичные) и расчетные, получаемые путем умножения значения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке yf, учитывающий возможное отклонение нагрузки от типичного значения.
Расчеты основания по деформациям ведут на основные сочетания расчетных нагрузок yf = I. Когда рассчитывают осадки основания, сложенного медленно деформирующимися пылевато-гли-нистыми грунтами, целесообразно учитывать постоянные и длительные нагрузки и периодически действующие кратковременные нагрузки. Если же определяется неравномерность осадок, то при расчете важно получить наибольшую осадку одного фундамента и наименьшую — другого. При определении наименьшей осадки учитывают все постоянные нагрузки и только те временные, которые обязательно должны действовать в условиях нормальной эксплуатации сооружения.
Проектування основ та фундаментів засноване на техніко-економічному порівнянні конструктивних рішень і виборі найбільш оптимального з них. При цьому ураховуються такі показники: вартість конструкції та трудомісткість її зведення, довговічність, технологічність та індустріальність, можливість зведення взимку, збереження природної структури ґрунту та ін. Рекомендується такий порядок проектування.
1. Підраховують навантаження та впливи, які діють на фундамент, і визначають найбільш несприятливе їх сполучення.
2. Аналізують інженерно-геологічні умови будівельного майданчика та району будівництва.
3. При необхідності визначають нормативні та розрахункові характеристики ґрунтів основи.
4. Складають ескізи, суміщені з геологічним розрізом, найбільш імовірних типів фундаментів з урахуванням типа споруди, діючих навантажень та фізико-механічних властивостей ґрунтів.
5. Визначають несучі шари основи для вибраних типів фундаментів.
6. Виконують попередній розрахунок прийнятих типів фундаментів.
7. Підраховують техніко-економічні показники варіантів та вибирають найбільш оптимальний з них.
8. Виконують остаточний розрахунок вибраного варіанта фундаменту.
Такого порядку проектування дотримуються не завжди. В одному випадку деякі розрахунки відпадають, в іншому - виконуються додаткові перевірки та повторні розрахунки. За інших рівних умов найбільш суттєвими є показники вартості та трудомісткості зведення фундаментів. У цьому плані різні типи фундаментів неодноманітні. Наприклад, монолітні стовпчасті та стрічкові фундаменти за трудомісткістю практично завжди поступаються перед фундаментами із забивних паль, проте за вартістю матеріалу конструкції пальові фундаменти, як правило, програють.
Вибір того чи іншого типу фундаменту в такому випадку залежить від призначення об'єкта, що будується, та можливостей будівельної організації. Якщо скорочення строків будівництва дає суттєвий економічний ефект, то перевагу надають фундаментам з найменшою трудомісткістю, яка забезпечує максимальну швидкість зведення.
За жорсткістю та характером деформування усі споруди розділені на три типи: абсолютно жорсткі, абсолютно гнучкі, та ті, що мають cкінчену жорсткість.
Абсолютно жорсткі споруди не можуть викривлятися. При симетричному завантаженні та симетричній піддатливості основ їхнє осідання буде рівномірним, а при нерівномірній деформації основи вони одержують крен без вигину конструкцій (димові труби, доменні печі, силосні корпуси та ін.). Ці споруди взаємодіють з основами таким чином: у місцях більшої піддатливості основи тиск під підошвою фундаменту зменшується, а при меншій - збільшується. Внаслідок перерозподілу тиску зменшується нерівномірність осідання поверхні ґрунту основи. У той же час перерозподіл тиску сприяє розвитку в абсолютно жорстких спорудах додаткових зусиль, які в більшості випадків не є небезпечними для них, тому що конструкції часто мають чималий запас міцності на вигин.
Абсолютно гнучкі споруди безперешкодно переміщуються услід за поверхнею ґрунтів основи в усіх точках контакту з нею. При цьому у випадку розвитку нерівномірного осідання в конструкціях не виникають додаткові напруження. До таких споруд відносяться земляні насипи. Їх нерівномірне осідання не викликає ускладнень під час будівництва та експлуатації. Для одержання проектних відміток насипу його роблять вище на величину очікуваного осідання, тобто придають насипу будівельний підйом.
До споруд скінченої жорсткості відносяться більшість будинків та багато інженерних споруд. Такі будівлі та споруди при розвитку нерівномірного осідання одержують викривлення. У той же час вони частково зменшують нерівномірність осідання, оскільки тиск під підошвою фундаментів у деякій мірі перерозподіляється. У несучих конструкціях таких споруд розвиваються додаткові зусилля, які, нажаль, досить часто не враховують при проектуванні цих конструкцій, внаслідок цього в несучих конструкціях можливе виникнення тріщин. Щоб запобігти цьому, при проектуванні фундаментів та надземних конструкцій необхідно приділяти увагу оцінці сумісної роботи ґрунтів основи та несучих конструкцій споруди.
Внаслідок конструктивних особливостей, природних умов діяльності людини споруди в цілому та їх окремі елементи відчувають різного роду деформації.
У загальному випадку під терміном деформація розуміють зміну форми об'єкта спостережень. У геодезичної же практиці прийнято розглядати деформацію як зміна положення об'єкта відносно якого-небудь первісного.
Під постійним тиском від маси споруди грунти в підставі його фундаменту поступово ущільнюються (стискуються) і відбувається зміщення у вертикальній площині або осаду споруди. Крім тиску від власної маси, осаду споруди може бути викликана і іншими причинами: карстовими і зсувними явищами, зміною рівня грунтових вод, роботою важких механізмів, рух транспорту, сейсмічними явищами і т.п. При докорінній зміні структури пористих і пухких грунтів відбувається швидко що протікає в часі деформація, звана просадкою .
У тому випадку, коли грунти під фундаментом споруди стискаються неоднаково або навантаження на грунт різна, осаду має нерівномірний характер. Це призводить до інших видів деформацій споруд: горизонтальним зміщенням, зрушень, перекосів, прогинам, які зовні можуть проявлятися у вигляді тріщин і навіть розломів. p align="justify"> Зсув споруд у горизонтальній площині може бути викликано бічни м тиском грунту, води, вітру і т.п.
Високі споруди баштового типу (димові труби, телевежі і т.п.) відчувають кручення і вигин , що викликаються нерівномірним сонячним нагріванням або тиском вітру.
Для вивчення деформацій у характерних місцях споруди фіксують точки і визначають зміну їх просторового положення за обраний проміжок часу. При цьому певне положення і час приймають за початкові. p align="justify"> Для визначення абсолютних або повних осад S фіксованих на спорудженні точок періодично визначають їх позначки H щодо вихідного репера, розташованого в стороні від споруди й прийнятого за нерухомий. Очевидно, щоб визначити осадку точки на поточний момент часу відносно початку спостережень, необхідно обчислити різницю відміток, отриманих на ці моменти, тобто S = H тек -H поч . Аналогічно можна обчислити осадку за час між попереднім і наступним періодами (циклами) спостережень.
Середня осаду S ср всієї споруди або окремих його частин обчислюється як середнє арифметичне з суми осад всіх n його точок, тобто S ср =? S/n . Одночасно з середньою осадкою для повноти загальної характеристики вказують найбільшу S наиб і найменшу S наим опади точок споруд.
Нерівномірність опади може бути визначена по різниці осад ? S < span align = "justify">-яких двох точок 1 і 2, т.е .? S 1,2 < i align = "justify"> = S 2 -S 1 .
Крен і нахил споруди визначають як різницю осад двох точок, розташованих на протилежних краях споруди, або його частин уздовж вибраної осі. Нахил у напрямку поздовжньої осі називають завалом , а в напрямку поперечної осі - перекосом . Величина крену, віднесена до відстані між двома точками 1 і 2, називається відносним креном До . Обчислюється він за формулою K = (S 2 -S 1 )/l.
Горизонтальна зміщення q окремої точки споруди характеризується різницею її координат x тек , y тек і x поч , y поч , отриманих у поточному та початковому циклах спостережень. Положення осей координат, як правило, збігається з головними осями споруди. Обчислюють зміщення в загальному випадку за формулами q x = x тек -x поч ; q y = y тек -y поч . Аналогічно можна обчислити зміщення між попереднім і наступним циклами спостережень. Горизонтальні зрушення визначають і по одній з осей координат.
Крутіння щодо вертикальної осі характерно в основному для споруд баштового типу. Воно визначається як зміна кутового положення радіуса фіксованої точки, проведеного з центру досліджуваного горизонтального перерізу. p align="justify"> Зміна величини деформації за обраний інтервал часу характеризується середньою швидкістю деформації v ср . Так, наприклад, середня швидкість опади досліджуваної точки за проміжок часу t між двома циклами i і j вимірювань буде дорівнює v ср = (S j -S i )/t . Розрізняють середньомісячну швидкість, коли t виражається числом місяців, і середньорічну, коли t - число років, і т.д.
25. Класифікація фундаментів
За класифікацією фундаменти діляться на стовпчасті, стрічкові, плитні і пальові
Стовпчасті фундаменти виконують із штучних матеріалів: каменю, цегли, бетону, дерев'яних і залізобетонних стовпів, металевих і азбестоцементних труб. За витратами матеріалів та трудових витрат стовпчасті фундаменти в 1,5-2 рази дешевше стрічкових. Особливо ефективно їх застосовувати в пучинистих грунтах при їх глибокому промерзанні.
Стрічкові фундаменти зазвичай застосовують для будівель стя-желимі стінами та перекриттями, а також при наявності підвалу або теплого підпілля. Їх влаштовують при дрібному закладення на сухих грунтах непучиністих. У цьому випадку вони стають як би заглибленим цоколем, а по витраті матеріалів і трудовитрат наближаються до стовпчасті фундаменти.
Конструкція мілкозаглублених бетонних стрічкових фундаментів з фундаментними блоками, поєднують функції цоколя, з подушкою шириною на 40-50 см більше ширини фундаменту знижує витрату бетону на 50% і трудомісткість зведення – на 40%.
Плитні фундаменти є різновидом дрібно-заглиблених стрічкових, проте на відміну від них мають жорстке просторове формування по всій несучої площині. Конструкція плитних (плаваючих) фундаментів – суцільна або решітчаста залізобетонна плита. Рекомендується для застосування на пучинистих, рухомих і просадних грунтах.
Пальові фундаменти застосовують для передавання навантажень у слабких і сильно стискаються грунтах (пливуни і т.д.), в районах вічної мерзлоти, а також при великих навантаженнях на основу. Вони складаються з сбаі і ростверку (плита, в яку закладені кінці паль). Палі можуть спиратися на твердий фунт (палі-стійки) або бути висячими, тобто передавати навантаження на грунт за рахунок тертя по бокових поверхнях палі.
Конструкції стовпчастих і стрічкових фундаментів виконують з різних будівельних матеріалів в нерухомих і пучинистих грунтах.
30. Конструкції фундаментів мілкого закладання.
Можуть виконуватися в монолітному або збірному варіанті. Представляють собою цегляні, кам'яні, бетонні або залізобетонні стовпи з уширенной опорною частиною.
- Фундаменти мають похилу бічну грань або, що частіше, розширюються до підошви уступами, розміри яких визначаються кутом жорсткості α (≈ 30-40 º), тобто граничним кутом нахилу, при якому в тілі фундаменту не виникають напруження розтягу.
Рис 10.3. Конструкція жорсткого фундаменту:
а - з похилими бічними гранями, б - уширяется до підошви уступами.
- Сполучення збірних колон з фундаментом здійснюється за допомогою склянки (фундаменти стаканного типу), монолітних колон - з'єднанням арматури колон з випуском з фундаменту, а сталевих колон - кріпленням черевика колони до анкерних болтом, забетонованих.
Рис 10.4. Збірний фундамент під колону:
а - з декількох елементів, б - з одного елемента; 1 - фундаментні плити; 2 - подколоннік; 3 - рандбалки; 4 - бетонні стовпчики; 5 - монтажні петлі.
- Розміри в плані підошви, ступенів і подколонніка монолітних фундаментів приймаються кратним 300 мм, а висота ступенів кратній 150 мм.
- При влаштуванні окремих фундаментів під стіни по обрізу фундаментів, а при необхідності і через додаткові опори, укладаються фундаментні балки (рандбалки), на які впираються підземні конструкції (рис 10.4.а).
- У тих випадках, коли це можливо, збірний фундамент влаштовують з одного елемента (рис 10.4.б) або переходять на монолітний варіант фундаменту.
- З метою скорочення трудомісткості робіт з улаштування фундаментів і зменшення їх вартості створюються нові типи фундаментів, які у відповідних грунтових умовах виявляються більш економічними в порівнянні з традиційними типами.
Рис 10.5. Буробетонние (а), щілинні (б) і анкерні (в) фундаменти:
1 - колона; 2 - арматурний каркас, 3 - фундамент; 4 - подколоннік; 5 - плитна частина; 6 - бетонні пластини; 7 - анкери (буронабивні палі) d = 15-20см, l = 3-4м.
Рис 10.6. Стрічкові фундаменти:
а - монолітний; б - збірний суцільний; в - збірний переривчастий; 1 - армована стрічка; 2 - фундаментна стіна; 3 - стіна будівлі, 4 - фундаментна подушка; 5 - стіновий блок.
- Щоб зменшити об'єм залізобетону в тілі фундаменту, іноді застосовують ребристі залізобетонні блоки або плити з кутовими вирізами (рис 10.7).
Рис 10.7. Конструкції фундаментних плит:
а - суцільна; б - ребриста; в - з кутовими вирізами.
- Фундаментні стінові блоки (ФБС) виготовляють з важкого бетону, керамзитобетону або щільного силікатного бетону. Ширина блоків приймають рівною (або менше) товщині надземних стін, але не менше 30 см.
Надземні стіни не повинні виступати над фундаментними більш ніж на 15 см.
Висота типових стінових блоків становить 280 або 580 мм (20 на цементний шов).
- Для підвищення жорсткості споруди (вирівнювання осад, антисейсмічні заходи тощо) збірні фундаменти посилюють армованими швами або залізобетонними поясами, влаштованих поверх фундаментних плит або останнього ряду стінових блоків по всьому периметру будівлі на одному рівні.
Під колони: влаштовують у вигляді одиночних або перехресних стрічок і виконують, як правило, в монолітному варіанті із залізобетону. Можливо їх пристрій і в збірному варіанті у вигляді окремих блоків, що з'єднуються між собою з подальшим омонолічіваніем стиків. в. Суцільні фундаменти Виконуються, як правило, з монолітного залізобетону.
- За конструктивними особливостями розрізняють:
Плитні (гладкі, ребристі);
Коробчаті. (Див. ріс.10.8)
Рис 10.8. Суцільні фундаменти:
а - гладка плита зі збірними склянками; б - гладка плита з монолітними склянками; в - ребриста плита; г - плита коробчатого перетину.
- Товщину плити визначають розрахунком на моментні навантаження (від вигину у двох взаємно перпендикулярних напрямках) і виходячи з розрахунку на продавлювання в місцях обпирання колон.
- Обпирання колон здійснюється через збірні та монолітні стакани, ребристі плити з'єднуються з колонами за допомогою монолітних склянок або випусків арматури.
м. Масивні фундаменти
Виконуються в монолітному варіанті.
З метою скорочення обсягу бетону в тіло масивного фундаменту закладають пустообразователі.
При передачі на такий фундамент великих моментів (щогли, димові труби тощо) доцільно його посилення анкерами, що дозволяє підвищити стійкість споруди, зменшити його розміри і масу.
Рис 10.9. Масивний фундамент з пустообразователямі:
1 - фундамент, 2 - пустообразователі.
Розглянемо, як визначити глибину закладення фундаменту, залежно від гідрогеологічних і геологічних умов. Для цього потрібно слідувати декільком правилам.
• Несучий шар грунту потрібно вибирати з урахуванням нашарування поверхні, фізичного стану, розмірів граничних осад, стійкості основи, а також способу спорудження фундаменту.
• Необхідно передбачити врізку фундаменту в несучий шар на величину від 10 до 50 см.
• У разі якщо стисливість верхнього шару грунту набагато більше стисливості шару, підстилаючого його, то небажано залишати під підошвою підстави шар малої потужності.
• Потрібно закладати фундамент вище рівня грунтової води для запобігання водовідливу, а також для збереження первинної структури грунту.
• Якщо глибина залягання буде нижче грунтової води, тоді необхідно вирішити питання, що стосується збереження структури грунту в основі під час риття котловану та будівництва фундаменту.
• Глибина фундаменту для колон і стін будівель, в конструкцію яких входять неопалювані підвали, повинна починатися від підлоги підвалу і дорівнює половині глибини промерзання, визначеної розрахунковим шляхом.
• Перед початком промерзання, під час оцінювання рівня грунтових вод, потрібно врахувати також можливість появи верховодки, яка виникає найчастіше в дуже дощову осінь.
Важливо! Якщо розрахунок глибини закладення фундаменту показав значення, менше нормативної глибини промерзання, тоді потрібно захистити цей грунт від промерзання в будівельний період, а також від зволоження поверхневими водами.
Якщо глибина залягання підстави призначена менше розрахункової глибини промерзання, тоді грунт повинен бути захищений від поверхневих вод протягом всього будівельного періоду, а також періоду експлуатації підстави.
Мінімально можлива заглиблених ПІДСТАВИ
Якою має бути мінімальна глибина? Вона визначається глибиною промерзання грунту, розташуванням грунтових вод і ступенем пучиністості. Залежність пряма: чим більше води в грунті і чим вона ближче до поверхні, тим більшою буде глибина промерзання і сильніше буде сила обдимання, яка діє на фундамент по дотичній, знизу і збоку. Ці сили намагатимуться виштовхнути фундамент на поверхню і таким чином будуть його здавлювати. Для того щоб знизити дію цих сил потрібно його заглибити.
Крім заглиблення фундаменту, сили обдимання можна зменшити, якщо утеплити грунт за допомогою споруди спеціальної утепленої опалубки для підстави. Також можна повністю або частково змінити грунт, ущільнити його, дренувати або створити систему водовідведення. За нормами СНиП, глибина закладення фундаменту має мінімальне значення, яке може бути різним для кожної країни. Наприклад, у Великобританії цей показник становить 0,45 м, у нас - 0,5 м. Якщо грунт скельний і фізично просто неможливо заглибити фундамент, тоді його можна влаштувати безпосередньо на поверхні, тобто без заглиблення.
7.6.1 Розрахунок за деформаціями основ повинен виконуватись із метою обмеження абсолютних чи відносних переміщень об'єкта (фундаменту) сумісно з основою такими межами, за яких забезпечуються експлуатаційні якості та довговічність об'єкта, унеможливлюються прояви недопустимих осідань, підйомів, кренів, змін проектних рівнів і положень конструкцій, розладнання їх з'єднань тощо.
Міцність, деформативність і тріщиностійкість фундаментів і надфундаментних конструкцій повинні перевірятись розрахунком на зусилля, які виникають при взаємодії об'єкта з основою.
При проектуванні об'єктів, що зводяться у безпосередній близькості від існуючих, необхідно враховувати можливі додаткові деформації основ існуючих об'єктів від навантажень і впливів, які передаються на них спорудами, що проектуються, згідно з підрозділом 11.3.
7.6.2 Деформації основи в залежності від причин їх виникнення підрозділяють на:
-деформації від зовнішнього навантаження, яке передається на основу фундаментами (ФПЧ) і викликає їх переміщення разом з основою: осідання, горизонтальні зміщення (розпірні фундаменти, підпірні і утримуючі конструкції, підземні частини споруд, що контактують з основами тощо);
- деформації, що не пов'язані з зовнішнім навантаженням на основу, передаються на (через) фундаменти як впливи від нерівномірних деформацій основи (земної поверхні) внаслідок підробки, просідання від власної ваги грунту, набрякання чи здимання грунту, зсувів, карстопроявів, сейсмічних чи динамічних коливань тощо. Впливи проявляються у вигляді вертикальних та (чи) горизонтальних переміщень контактної поверхні основи з фундаментами (мульди осідання, провали, уступи, просідання, підняття і осідання, горизонтальні деформації) чи додаткових навантажень (при зсувах).
7.6.3 Розрахунки споруди за деформаціями основи повинні виконуватись виходячи з умови їх сумісної роботи.
Розрахунки за деформаціями основ допускається виконувати без урахування спільної роботи споруди і основи у випадках, обумовлених 7.2.2.
Розрахунок за деформаціями основ виконують виходячи з умови
s ≤ su (7.3)
де s – спільна деформація основи і споруди, яку визначають розрахунком згідно з 7.1.9, 7.1.10, підрозділом 8.3 та додатком Д;
su – граничне значення спільної деформації основи і споруди, що встановлюють згідно з підрозділом 7.9.
Під величинами s, suможе розумітись будь-яка з деформацій, вказаних у 7.6.5.
7.6.5 Спільна деформація основ і споруд характеризується:
-абсолютним осіданням (підйомом) s основи окремого фундаменту;
-середнім s і максимальним smaxосіданням споруди;
-відносною нерівномірністю осідань (підйомів) двох фундаментів (Δs/L), (L - відстань між фундаментами) ;
-креном фундаменту (споруди) і;
-відносним прогином чи вигином f/L, L - довжина ділянки вигину чи прогину;
-кривизною ділянки споруди, що згинається, ρ;
-відносним кутом прогину; закручування спорудиΘ;
-горизонтальним переміщенням фундаменту (споруди) u.
7.6.6 При розрахунках фундаментів за деформаціями основ необхідно враховувати можливість зміни як розрахункових, так і граничних значень деформацій основи за рахунок застосування інженерних заходів, передбачених проектом згідно з додатком К.
7.6.7 Розрахунок фундаментів за деформаціями основи слід виконувати на основі лінійних чи нелінійних розрахункових моделей згідно з 7.1.10, 7.1.11.
Лінійні моделі застосовуються при дотриманні критерію
σ ≤ σR –- у загальному випадку або р≤ R, (7.4)
де σR – див. 7.1.6;
р або σ – середній тиск або напруження безпосередньо під підошвою фундаменту;
R – розрахунковий опір грунту основи під підошвою фундаменту згідно з 7.7.1.
7.6.8 Розрахункова схема основи для визначення спільних деформацій основи і будівлі, повинна вибиратись згідно з 7.1.9.
Розрахунок деформацій основи при дотриманні вимог 7.6.8 слід виконувати із застосуванням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформованого півпростору з умовним обмеженням глибини стисливої товщі Нс або збільшеної товщі Нсдо підошви слабких чи структурно нестійких грунтів згідно з Д. 10.
Примітка.Деформації основи повинні визначатись з урахуванням змін властивостей грунтів в результаті природних чи техногенних впливів на грунти.
7.6.9 При напруженні (тиску) під підошвою фундаментів, яке перевищує напруження, що відповідає розрахунковому опору R або 1,2R у випадках, обумовлених Е. 10, деформації основи слід визначати з урахуванням фізичної нелінійності деформування грунту.
35. Розрахунок осідання методом пошарового підсумовування
Осідання основи S, із використанням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформівного напівпростору, визначається методом пошарового підсумовування [6].
Розрахунок осідань цим методом виконується в такій послідовності:
1. Товща ґрунтового масиву, починаючи від підошви фундаменту, розбивається на шари завтовшки не більше 0,2b (b - ширина фундаменту). При цьому межа між шарами з різним модулем деформації повинна служити і межею між шарами методу пошарового підсумовування. Спочатку ґрунтова товща під фундаментом розбивається на шари на глибину ~ 2b.
2. Визначається додатковий тиск під підошвою фундаменту:
р0 = p – szg,0, (5.2)
де р - середній тиск під підошвою фундаменту, який визначається за формулою (3.3);
szg,0 - вертикальна напруга від власної ваги ґрунту на рівні підошви фундаменту (при плануванні зрізанням приймають szg,0 = gІІ′ d, при відсутності планування чи плануванні підсипанням szg,0 = gІІ′ dn, де gІІ′ - осереднене значення питомої ваги ґрунту, розташованого вище підошви фундаменту).
3. Будується епюра додаткових вертикальних напруг за глибиною основи sz,pi (рис. 5.1). Ординати епюри визначаються на межах шарів ґрунту, на які розбита товща, що стискається, за формулою:
sz,pi = ap0, (5.3)
де α – коефіцієнт затухання напруг з глибиною, який приймається за таблицею 1 додатку 2 [6] в залежності від коефіцієнтів ξ=2Zi/b; η=l/b, де Zi – глибина розташування точки, в якій визначається sz,pi від підошви фундаменту.
4. Будується епюра вертикальних напруг від власної ваги ґрунту по глибині основи sz,g,i (див. рис. 5.1). Вертикальна напруга від власної ваги ґрунту на межі шару, розташованого на глибині Zi від підошви фундаменту:
(5.4)
де gІІ,j і hj - питома вага і товщина шарів ґрунту, які лежать у межах глибини Zi (у межах цієї глибини кількість шарів буде дорівнювати m).
Питома вага ґрунтів, які залягають нижче від рівня підземних вод, але вище від водонепрохідного шару, повинна прийматись з урахуванням зважувальної дії води (для супісків і пісків). Питома вага ґрунту з урахуванням зважувальної дії води:
(5.5)
де gw - питома вага води, яка дорівнює 10 кН/м3.
40, 45. Класифікація паль та пальових фундаментів
Паля - вертикальний або похилий стояк, розташований у ґрунті, з бетону, залізобетону, металу, дерева, який сприймає навантаження від споруди і передає його на більш щільні шари ґрунту вістрям та боковою поверхнею. Палі класифікуються за такими ознаками: способом виготовлення, характером роботи в грунті, конструктивними особливостями.
За способом виготовлення палі поділяються на такі види:
а) готові, які виготовляються в заводських умовах і занурюються в ґрунт за допомогою пальобійних молотів, віброзанурювачів або іншим шляхом;
б) набивні, що улаштовуються в грунті в свердловинах і виготовляються безпосередньо на будівельному майданчику; в свою чергу вони підрозділяються на такі види:
• буронабивні, що виготовляються в попередньо пробурених свердловинах з розширенням або без нього з подальшою установкою інвентарної бетоноподавальної труби та подальшим витягуванням в міру укладання бетону:
• набивні у виштампуваних свердловинах, що улаштовуються методом попереднього забивання інвентарних труб із закритим нижнім кінцем, які залишаються в грунті або витягаються в міру заповнення свердловини бетоном.
За характером роботи в грунті палі розділяються на палі - стояки і висячі палі.
До паль - стояків належать палі, що прорізують слабкі ґрунти і спираються нижнім кінцем на скельні, або ґрунти, що практично не стискаються. Внаслідок того, що вертикальне переміщення палі вниз неможливе, тертя по боковій поверхні відсутнє.
Висячі палі (палі тертя) передають навантаження нижнім кінцем на грунт, що стискається, а також працюють боковою поверхнею.
За конструктивними особливостями палі поділяються за формами поперечного та поздовжнього перерізів.
За формою поперечного перерізу палі бувають квадратні, прямокутні, круглі, трикутні, та інші. Ці палі можуть бути як суцільними так і порожнистими.
За формою поздовжнього перерізу палі поділяються на призматичні або циліндричні, пірамідальні або конічні, трапецієподібні та гвинтові, що занурюються в грунт способом вгвинчування.
Найбільше застосування знаходять забивні призматичні палі квадратного поперечного перерізу, номенклатура яких наведена в табл. 4.1
Буронабивні палі доцільно застосовувати під важкі споруди, коли щільні ґрунти залягають глибше 12-20 м. За вартістю та трудомісткістю вони значно поступаються перед забивними палями. Номенклатура буронабивних паль наведена в табл. 4.2.
Суттєвий ефект досягається при застосуванні пірамідальних паль під розпірні конструкції (рами), оскільки при їх забиванні утворюється значна зона ущільненого ґрунту, що дає змогу витримувати значні горизонтальні навантаження у порівнянні з іншими видами паль.
Гвинтові палі застосовуються тільки при наявності висмикуючих навантажень.
Усі забивні палі маркуються буквеними та цифровими позначками із зазначенням типу та стану арматури. Наприклад, П8-30 - паля довжиною 8м з поперечником 30 см без попередньо напруженої арматури; ПН10-35-паля довжиною 10 м з поперечником 35 см з попередньо напруженою арматурою; ПНдр 12-30 - паля довжиною 12м з попередньо напруженою арматурою.
Палі-стійки можуть втратити несучу здатність або в результаті руйнування грунту під її нижнім кінцем, або в результаті руйнування самої палі, тобто таку палю необхідно розраховувати: по міцності матеріалу стовбура палі і за умовою міцності грунту під її нижнім кінцем. За несучу здатність береться менша величина. По міцності матеріалу паля-стійка розраховується як центрально навантажений стиснене стрижень, без урахування поперечного вигину.
Для залізобетонних паль формула розрахунку несучої здатності по матеріалу виглядає наступним чином:
,
де φ - коефіцієнт поздовжнього вигину, зазвичай φ = 1;
γ с - коефіцієнт умов роботи,
для паль перетином менше 0,3 × 0,3 м γ з = 0,85;
для паль більшого перерізу γ з = 1;
γ m - Коефіцієнт умов роботи бетону (0,7 ... 1 - в залежності від виду паль);
R b - Розрахунковий опір бетону осьовому стиску, залежить від класу бетону (кПа);
A - площа поперечного перерізу палі, м 2;
γ a - Коефіцієнт умов роботи арматури, γ a = 1;
R s - Розрахунковий опір стисненню арматури (кПа);
A s - площа поперечного перерізу арматури, м 2.
Несуча здатність палі-стійки по грунту визначається за формулою:
,
де γ с - коефіцієнт умов роботи палі в грунті, γ з = 1;
R - розрахунковий опір грунту під нижнім кінцем палі, кПа
А - площа обпирання палі на грунт, м 2.
44. Визначення несучої здатності палі
Для визначення показника несучої здатності проводяться польові дослідження та випробування: статичні, динамічні, випробування грунтів, випробування зондів і статичне зондування. Кожне випробування проводиться не менше шести разів. За результатами проведених статичних і динамічних випробувань визначають ставлення нормативного значення граничного опору до коефіцієнта надійності по грунту, при цьому враховують коефіцієнт умов роботи. За визначенням з урахуванням вдавлюють або горизонтальних навантажень коефіцієнт приймається рівним одиниці. У тому випадку, якщо випробування проводяться висмикувальними навантаженнями, то коефіцієнт приймається в залежності від глибини занурення в грунт: менше 4 м – 0.6, більше 4 м – 0.8.
Визначення несучої здатності палі відбувається з урахуванням багатьох коефіцієнтів і показників. Для проведення досліджень використовують не менше шести паль. При цьому грунтові умови повинні бути однакові. У цьому випадку коефіцієнт навантаження по грунту буде дорівнювати одиниці, а граничне значення опору прирівнюється до найменшим значенням, отриманим в результаті досліджень. Показник несучої здатності залежить і від кількості випробовуваних паль. Їх може бути представлено більше шести. У цьому випадку проводиться аналіз виведення статичної обробки, отриманого в результаті проведених дослідів.
У розрахунку такого варіанту застосовується методика з урахуванням тимчасового опору. Тут потрібно враховувати, що показник і розрахунок для вдавлюється, висмикують і горизонтальних навантажень, а також для динамічних буде різним.
Під час статичних випробувань на вдавлювання навантаження доводять до безперервного зростання просадки без збільшення ступеня тиску.
При застосуванні висмикує і горизонтальної статичних навантажень для проведення дослідних робіт за числове граничне значення опору приймають значення навантаження на один щабель менше того значення, при якому йде безперервне переміщення палі.
У тому випадку, якщо досліджують динаміку забивних паль, її результати заносять в таблицю і потім за спеціальними формулами проводять технічний розрахунок приватного показника несучої здатності. В даних розрахунках враховують наступні показники: негативні сили тертя; площа бічної поверхні; прискорення; висота ударної частини молота; енергія удару молота; висота першого відскоку молота; всілякі коефіцієнти; маси.
Визначення несучої здатності палі методом польових досліджень проводять для успішного і правильного конструювання пальового фундаменту.
Паля - вертикальний або похилий стояк, розташований у ґрунті, з бетону, залізобетону, металу, дерева, який сприймає навантаження від споруди і передає його на більш щільні шари ґрунту вістрям та боковою поверхнею. Палі класифікуються за такими ознаками: способом виготовлення, характером роботи в грунті, конструктивними особливостями.
За способом виготовлення палі поділяються на такі види:
а) готові, які виготовляються в заводських умовах і занурюються в ґрунт за допомогою пальобійних молотів, віброзанурювачів або іншим шляхом;
б) набивні, що улаштовуються в грунті в свердловинах і виготовляються безпосередньо на будівельному майданчику; в свою чергу вони підрозділяються на такі види:
• буронабивні, що виготовляються в попередньо пробурених свердловинах з розширенням або без нього з подальшою установкою інвентарної бетоноподавальної труби та подальшим витягуванням в міру укладання бетону:
• набивні у виштампуваних свердловинах, що улаштовуються методом попереднього забивання інвентарних труб із закритим нижнім кінцем, які залишаються в грунті або витягаються в міру заповнення свердловини бетоном.
За характером роботи в грунті палі розділяються на палі - стояки і висячі палі.
До паль - стояків належать палі, що прорізують слабкі ґрунти і спираються нижнім кінцем на скельні, або ґрунти, що практично не стискаються. Внаслідок того, що вертикальне переміщення палі вниз неможливе, тертя по боковій поверхні відсутнє.
Висячі палі (палі тертя) передають навантаження нижнім кінцем на грунт, що стискається, а також працюють боковою поверхнею.
За конструктивними особливостями палі поділяються за формами поперечного та поздовжнього перерізів.
За формою поперечного перерізу палі бувають квадратні, прямокутні, круглі, трикутні, та інші. Ці палі можуть бути як суцільними так і порожнистими.
За формою поздовжнього перерізу палі поділяються на призматичні або циліндричні, пірамідальні або конічні, трапецієподібні та гвинтові, що занурюються в грунт способом вгвинчування.
Найбільше застосування знаходять забивні призматичні палі квадратного поперечного перерізу, номенклатура яких наведена в табл. 4.1
Буронабивні палі доцільно застосовувати під важкі споруди, коли щільні ґрунти залягають глибше 12-20 м. За вартістю та трудомісткістю вони значно поступаються перед забивними палями. Номенклатура буронабивних паль наведена в табл. 4.2.
Суттєвий ефект досягається при застосуванні пірамідальних паль під розпірні конструкції (рами), оскільки при їх забиванні утворюється значна зона ущільненого ґрунту, що дає змогу витримувати значні горизонтальні навантаження у порівнянні з іншими видами паль.
Гвинтові палі застосовуються тільки при наявності висмикуючих навантажень.
Усі забивні палі маркуються буквеними та цифровими позначками із зазначенням типу та стану арматури. Наприклад, П8-30 - паля довжиною 8м з поперечником 30 см без попередньо напруженої арматури; ПН10-35-паля довжиною 10 м з поперечником 35 см з попередньо напруженою арматурою; ПНдр 12-30 - паля довжиною 12м з попередньо напруженою арматурою.
Стандартних марок буронабивних паль не існує, відрізняють їх типи в залежності від виду, стану ґрунтів та способу їх виготовлення