Основанием называется массив грунта, залегающий под фундаментом и воспринимающий нагрузку от здания.

Грунты, расположенные в основании, должны удовле­творять следующим требованиям: иметь достаточную не­сущую способность; обладать небольшой и равномерной сжимаемостью, обеспечивающей равномерную осадку здания в допустимых для него пределах; быть устойчи­выми к воздействию грунтовых вод (не размываться и не растворяться ими); не выпучиваться при промерзании; обладать неподвижностью (не допускать просадок и оползней).

Большое влияние на структуру, физическое состояние и механические свойства грунтов оказывают грунтовые воды, которые в ряде случаев снижают несущую способ­ность основания.

Уровень грунтовых вод может меняться как в резуль­тате изменения сезонного режима, так и в результате проведения различных технических мероприятий (плани­ровочных работ, устройства дренажа, ливневой канали­зации и др.). Необходимо иметь в виду, что повышение или понижение уровня грунтовых вод, не учтенное при проектировании, может вызвать дополнительную и не­равномерную осадку здания.

Влажность некоторых грунтов может явиться причи­ной увеличения их объема при промерзании. Если грунт способен удерживать в своих порах воду, то при промер­зании он вспучивается, так как вода, превращаясь в лед, увеличивается в объеме. Весной, при оттаивании, грунт оседает. Пучение и оседание могут вызвать неравномер­ную осадку здания и образовать в нем трещины.

Способность грунтов вспучиваться при замерзании зависит не только от их влажности, но также от их зер­нового состава. Размер пучения грунта тем больше, чем меньше размер зерен грунта и чем больше его влажность.

Грунты весьма разнообразны по своему составу, структуре и характеру залегания. Принята следующая строительная классификация грунтов: скальные, крупно­обломочные, песчаные и глинистые.

Скальные грунты залегают в виде сплошного массива. К ним относятся граниты, кварциты, песчаники, извест­няки и др. Эти грунты несжимаемы, водоустойчивы и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочны­ми и надежными основаниями. Менее прочны скальные грунты, залегающие в виде трещиноватых слоев, обра­зующих подобие сухой кладки.

Крупнообломочные грунты - это несвязные обломки скальных пород с преобладанием по массе (свыше 50 %) частиц размером более 2мм. К ним относятся гравий, щебень, галька, дресва. Эти грунты не подвержены вспу­чиванию, малосжимаемы, не размываются водой. Так же как скальные грунты, они являются надежным основа­нием.

Песчаные грунты состоят из частиц крупностью 0,1... 2 мм. В зависимости от соотношения зерен различной крупности пески разделяют на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Чем крупнее и чище песок, тем большую нагрузку он может воспринять.

Вследствие значительной водопроницаемости увлаж­нение гравелистых, крупных и средней крупности песков почти не сказывается на их механических свойствах, а мелкие и пылеватые пески, насыщенные водой, приоб­ретают подвижность (плывуны). Это ведет к резкому снижению несущей способности основания.

Крупные и чистые пески при промерзании не вспучи­ваются, дают быструю, окончательную осадку под на­грузкой и являются хорошим основанием.

Глинистые грунты состоят из.очень мелких (размером менее 0,005мм) частиц, имеющих в основном чешуйча­тую форму. Глинистые грунты делятся на глины (с со­держанием глинистых частиц более 30 %), суглинки (10...30%) и супеси (3...10%).

В отличие от песчаных грунтов глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкос­новения между частицами. Капиллярные силы всасыва­ют воду, которая заполняет все поры глины, поэтому при промерзании происходит ее вспучивание.

Несущая способность глинистых грунтов зависит от влажности. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку.

Лёссовым (макропористым) грунтом называется гли­нистый грунт с содержанием большого количества пылеватых частиц и наличием крупных пор (макропор) в ви­де вертикальных трубочек, видимых невооруженным гла­зом. Эти грунты в сухом состоянии обладают достаточной прочностью, но при увлажнении способны давать под на­грузкой большие просадки. Такие грунты относятся к просадочным и при возведении на них зданий требуют надежной защиты основания от увлажнения или укреп­ления основания.

Под воздействием нагрузок от сооружения основание деформируется. Эти деформации создают дополнитель­ные напряжения и деформации в самом сооружении. Чем меньше и чем равномернее деформируется основание, тем выше его строительные качества, тем меньше будут до­полнительные напряжения и деформации в самом соору­жении, тем меньше будет оно изменять свою форму и по­ложение в пространстве.

Размер возможной осадки зданий проверяется расче­том и не должен превышать допускаемой нормы (80... 150 мм в зависимости от вида здания).

Строительными нормами и правилами (СНиП) опре­деляется также предельная нагрузка, которую можно пе­редать на грунт основания. Давление, вызываемое этой предельной нагрузкой, называется расчетным дав­лением на основание К. Для предварительных (прикидочных) расчетов размеров фундаментов зданий нормами установлены следующие условные расчетные давления (МПа) на основания при глубине заложения 1...2,5м и ширине подошвы фундамента 0,6...1,5м.

В период изыскательских работ, на начальном этапе проектирования производят тщательные геологические и гидрогеологические исследования грунтов с тем, чтобы определить их физические и механические свойства, вид грунтовой воды и уровень ее стояния. Исследование или разведку грунтов производят путем бурения или шурфо­вания с последующими лабораторными анализами образ­цов грунта.

Буровой скважиной называется вертикальное отверстие диаметром 75...200 мм, устраиваемое в грунте при помощи буровых инструментов. Шурфом называется колодец, выкапываемый в грунте, стенки которого во из­бежание обрушения крепят.

Результаты геологических и гидрогеологических ис­следований заносят в специальные журналы, после чего составляют чертежи вертикальных разрезов (колонок) буровых скважин или шурфов и по ним - геологический профиль грунтового массива с указанием полных харак­теристик пластов грунта и положения уровня грунтовых вод, что позволяет правильно выбрать основание под здание (рис. 8).

 

Рис. 8. Пример колонки буровой скважины а - план расположения скважины; б - колонка буровой скважины- УВГВ уровень высоких грушевых вод; УНГВ - уровень низких грунтовых вод

Основания бывают двух видов: естественные и искус­ственные.

Если строительные качества грунта таковы, что его можно загружать без какой-либо предварительной под­готовки, то основание называется естественным.

Искусственным основанием называют искусственно уплотненный или упрочненный грунт, который в природ­ном состоянии не обладает достаточной несущей способ­ностью.

Увеличить несущую способность слабого грунта мож­но путем его уплотнения, закрепления или замены слабо­го грунта на более прочный (рис. 9).

Уплотнение слабого грунта может быть поверхностное и глубинное. Поверхностное уплотнение грунта осущест­вляется пневматическими трамбовками (иногда с втрамбованием щебня или гравия) или трамбовочными плита­ми массой 2...4 т, имеющими вид усеченного конуса с диа­метром основания не менее 1 м (из железобетона, стали или чугуна). Этот способ применяют в случае, если грун­ты недостаточно плотные, а также при насыпных грун­тах. Для уплотнения больших площадей применяют кат­ки. Глубинное уплотнение слабых грунтов вы­полняют при помощи грунтовых или песчаных свай, образуемых путем пробивания скважин и заполнения их песком или грунтовым материалом с уплотнением (рис. 9, а).

 

Рис. 9. Искусственные основания а -грунтовая свая; б - песчаная подушка; в - усиление грунта цементацией (силикатизацией); 1 - слабый грунт; 2 - песчаная подушка; 3 - зона уплот­ненного грунта; 4 - инъекторы; 5 - фундамент

Простейшим видом грунтовых искусственных основа­ний являются песчаные подушки. Слой слабого грунта под будущим фундаментом удаляют и вместо него на­сыпают песок (с тщательным послойным уплотнением). Такие подушки можно устраивать также из материала большей несущей способности: гравия, щебня или смеси грунта с гравием или щебнем. Подушка распределяет давление от фундамента на большую площадь слабого грунта (рис. 9, б).

К более сложным способам искусственного улучше­ния свойств грунтов относят закрепление их различными вяжущими материалами, нагнетаемыми под давлением через инъекторы: цементным молоком (цементация), ра­створом жидкого стекла и отвердителя (силикатизация), горячим битумом или холодной битумной мастикой (би­тумизация). Вяжущие материалы после отвердения свя­зывают частицы грунта в прочный камневидный моно­лит (рис. 9, в).

Цементация применяется для укрепления гравелистых, крупных и среднезернистых песков, силикатизации подвергаются пылеватые пески и лёссовые грунты. Би­тумизация применяется для закрепления сильно трещи­новатых скальных пород и песчаных грунтов. Лёссовид­ные просадочные грунты можно закрепить термическим способом - обжигом раскаленными газами через пробу­ренные скважины диаметром 150...200 мм, глубиной 15м.

Ю. М. Соловей  Основы строительного дела. - М.: Стройиздат, 1989г. - 429с.