Меню

Геологическое строение оснований фундамента



Геологическое строение оснований

Сооружение редко располагается на одном грунте. Обычно в ос­новании оказывается несколько типов грунтов (рис. 1.1). Тогда кроме оценки свойств каждого грунта возникает не менее важная задача — схематизация геологического строения основания, т. е. выделение внутренне однородных объемов разных грунтов и прове­дение границ между ними. Эта задача подробно рассматривается в курсе инженерной геологии. Здесь же остановимся лишь на неко­торых принципиальных вопросах.

По предложению Н. В. Коломенского однородные части в гео­логической среде называют инженерно-геологическими эле­ментами. Однородность элемента рассматривается как стати­стическое понятие, т. е. принимается, что характеристики грунта в его границах изменяются случайно, причем величина изменения этих характеристик не должна превышать определенных пределов. Обычно выделение инженерно-геологических элементов основания производится по данным анализа характеристик физико-механи­ческих свойств грунтов. Тогда приведенные выше понятия нор­мативных и расчетных характеристик в среднем определяют свой­ства грунта в границах выделенного инженерно-геологического элемента.

Практически при проведении границ между инженерно-геоло­гическими элементами сначала строят геологическую гипотезу о расчленении грунтовой толщи. При этом, во-первых, проводят границы между грунтами разного происхождения, во-вторых, меж­ду грунтами различного наименования внутри каждого возрастного комплекса и, в-третьих, между грунтами различного состояния. Схематизация геологического строения основания является слож­ной инженерно-геологической задачей, от правильного решения

которой во многом зависит достоверность последующих расчетов, а следовательно, и судьба сооружения.

Форма и размеры геологических тел в основании сооружений. Инженерно-геологические элементы формируют в массиве грунтов геологические тела (рис. 2.3). Самой распространенной формой залегания осадочных горных пород, т. е. всех нескальных и части скальных грунтов, является слой. Слоем называют внутренне од­нородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассмат­риваемой области двумя непересекающимися поверхностями: подо­швой и кровлей.

Расстояние между этими поверхностями называют мощностью слоя. Часто подошва и кровля горизонтальны, плоски и практичес­ки параллельны, как показано для слоя 4 на рис. 2.3. Это характерно для морских, озерных и некоторых других отложений. В континен­тальных отложениях мощность слоя обычно меняется (слой 1 на рис. 2.3).

Внутри слоя залегает грунт одного наименования, но не обяза­тельно одного состояния. Например, часть слоя суглинка может находиться в мерзлом, часть — в талом состоянии; часть слоя песка — в водонасыщенном, а часть — во влажном или маловлаж­ном состоянии и т. п. Положение границы между грунтами различ­ного состояния может меняться со временем в естественных услови­ях и тем более после освоения территории. Границы же слоев значительно более устойчивы. Хотя выветривание и некоторые техногенные воздействия на грунты способны изменить их состав настолько, что с течением времени изменяется наименование грун­та, а с ним и положение границы слоя.

Линзой называют внутренне однородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассматриваемой области замкнутой пове­рхностью (3 на рис. 2.3).

Из определения следует, что мощность линзы меняется от неко­торого максимального значения до нуля. Линзы, как и слои, рас­полагаются горизонтально или слабо наклонно. В отдельных случа­ях слои и линзы могут быть смяты в складки, что свидетельствует о прошедших в прежние времена пластических деформациях мас­сива.

В определениях слоя и линзы использовалось понятие «рассмат­риваемой области». Можно следующим образом определить это понятие. Если известно пятно застройки сооружения, то рассмат­риваемой областью будет, по существу, основание этого сооруже­ния, т. е. та часть массива, в которой под влиянием нагрузок от сооружения происходят деформации грунта. Поскольку инженерно- геологическая модель массива грунта часто строится до выбора конкретного места для сооружения, рассматриваемой областью будет являться вся часть слоистой толщи или массива, попадающая на геологический разрез. Тогда слоем будет геологическое тело,

границы которого пересекают вертикальные границы разреза; линзой — геологическое тело, замкнутое внутри разреза.

Если геологическое тело входит с одной стороны в раз- рез и заканчивается в нем, го- ворят, что имеет место вы- клинивание слоя.

Мощности слоев и линз мо- гут быть невелики (несколько дециметров), но могут быть и значительны. Обычно мощ- ность слоев и линз изменяется в пределах метров, но иногда достигает 10 и даже 30 м. Од- нородные слои мощностью бо- лее указанных значений встре- чаются крайне редко. Мощ- ность слоя в таких случаях на разрезе может быть показана лишь частично. В расчетной схеме такой мощный слой обы- чно рассматривается как полу- пространство.

Слои мощностью менее 0,5 м, как правило, не выделяются. Их необходимо выделять только в тех случаях, когда такой маломощ­ный слой сложен породой с резко отличными инженерно-геологи­ческими свойствами. Например, выделяется песчаный водопроводя­щий слой среди суглинка или слой слабого глинистого грунта среди водонасыщенных песков и т. п.

Очень тонкое однородное геологическое тело, ограниченное дву­мя непересекающимися поверхностями, называют прослоем (5 на рис. 2.3).

В расчетной схеме прослой часто моделируют поверхностью, в простейшем случае — плоскостью. Правильное изображение про­слоев имеет исключительно большое значение, например, при про­гнозе устойчивости склонов и при расчете фильтрации.

Жила — это внутренне однородное геологическое тело, протя­женное и пересекающее слои.

Жилы обычно располагаются вертикально или наклонно. Жилы и подобные им более мощные тела (дайки) встречаются обычно в скальных грунтах, где они не нарушают прочности массива. В нескальных грунтах практически термин «жила» применяется исключительно в словосочетании «жила льда», так как скопление

Рис. 2.3. Формы геологических тел в гру­нтовом массиве:

1 — слой суглинка; 2 — слой песка, включа­ющий лишу гравия 3; 4 — слой супеси, вклю- чащий песчаный прослой S; б — известняк; С, fQ, aQ. dQ — геологические индексы возраста и генезиса

Читайте также:  Утепление фундамента снаружи минплитой

льда в мерзлых породах в форме жил, а также линз значительно ослабляет основание и детально изучается при изысканиях.

Наряду с внутренне однородными телами в толще грунтов геологи выделяют зоны, например зону выветривания или зону повышенной трещиноватости у разрыва, зову промерзания.

Зоной называют часть массива или толщи, где происходят закономерные постепенные изменения свойств грунтов с глубиной или же в каком-либо другом определенном направлении, например по нормали к крупной наклонной трещине. Зона — это область перехода от грунтов с одними свойствами к грунтам с другими свойствами.

Границы между геологическими телами. Определение границ между геологическими телами при построении инженерно-геологи­ческой модели массива грунта или геологического разреза далеко не всегда оказывается простым делом. Необходимо помнить, что строение грунтовой толщи определяется интерполяцией данных, полученных по отдельным вертикалям (бурение скважин, геофизи­ческая разведка и т. п.). В зависимости от расстояния между этими вертикалями и условий образования грунтов границы, показанные на разрезе, будут лишь более или менее соответствовать дейст­вительным.

В природе границы между геологическими телами могут быть резкими или неопределенными («размазанными»>. Например, если на коренное ложе долины, промытое в скальной породе, река откладывает песок, то граница между скалой и песком будет обяза­тельно резкой. Внутри же аллювиальных отложений слой песка с вышележащим слоем супеси может быть связан постепенным переходом. Установить границу между ними можно лишь условно, по изменению числа пластичности 1Г. Граница между песком и су­песью, зафиксированная инженерно-геологической разведкой, мо­жет не отмечаться «на глаз» в котловане. Это, однако, не значит, что она не существует.

Границы, как резкие, так и условные, могут быть плавными или очень сложивши по форме. На разрезе же они изображаются оди­наковой тонкой линией (рис. 2.4). Границы между геологическими телами, например в толще ледниковых и водно-ледниковых отложе­ний, могут быть очень неправильными по форме, извилистыми, но зачастую резкими (рис. 2.4, а). Неоднородность строения леднико­вой толщи может существенно осложнять строительство.

Еще более сложной является граница между коренной породой и продуктами ее выветривания — элювием. Эта граница обычно то поднимается к поверхности, то погружается на глубину в несколько метров (рис. 2.4, в). Выявление границы элювия только в 2. 3 вертикалях почти ничего не говорит о ее положении между этими вертикалями. Проведение спрямленной границы между скважинами может привести к значительным ошибкам, которые выявляются

О 10 20 30 40 М 35 40 м 7

Рис. 2.4. Формы геологических границ в грунтовых толщах различного происхож­дения:

а — ледниковые и водно-ледниковые отложения: 6 — элювий; * — морские и озерные отло­жения; г — элювий (детализация); 1 — песок; 2 — суглинок; 3 — то же, с включением крупвообломочного материала; 4 — крупнообломочные грунты; 5 — гранит вывегрелый, трещиноватый; 6 — граница между геологическими телами; 7 — уровнь подземных вод и дата его измерения; индексами обозначены возраст н происхождение горных пород: уА — граниты архейской эры; mN — морские отложения неогенового периода; IQ — озерные четвертичные отложения; eg — элювиальные четвертичные образования; gQ — ледниковые четвертичные отложения; JQ — водно-ледниковые четвертичные отложения; aQ — речные четвертичные

при вскрытии котлованом или при сгущении сети скважин. На рис. 2.4, г приведена деталировка разреза (рис. 2.4, в), показывающая, как усложнилось представление о геологическом разрезе после про­ходки дополнительных скважин между скважинами № 4 и 5. Поэто­му при строительстве на элювиальных грунтах часто приходится углублять котлованы ниже проектной отметки, чтобы вынуть силь­но выветрелые грунты и поставить фундаменты по всей длине сооружения на скалу.

Совершенно другой характер имеют геологические границы в морских и озерных отложениях (рис. 2.4, б). Они, как правило, близки по форме к горизонтальной плоскости. Здесь производителя

Источник

Как определиться с фундаментом: поэтапная инструкция

Строительство любого дома начинается с закладки фундамента. Главная задача нулевого цикла — передавать нагрузку здания непосредственно на грунт. А потому от надежности и правильности выбора фундамента напрямую зависит капитальность и долговечность самой постройки. С помощью представленной в этой статье поэтапной инструкции определения свойств грунта, вы сможете самостоятельно и без заказа дорогостоящих услугу специалистов определиться с типом, видом и конструкцией будущего фундамента.

Для каждой определенной местности и для каждого вида и веса здания существует свой тип фундамента. Например, нельзя под каменным массивным домом обустраивать легкие свайные конструкции, и вовсе нецелесообразно устанавливать дорогостоящую огромную монолитную плиту под небольшую и легкую каркасную баню. Вот почему еще на самом этапе проектирования необходимо однозначно определиться с типом фундамента.

Главное требование к нулевому циклу дома — это надежность, долговечность и способность держать постройку идеально ровно. И зависят эти качества фундамента не столько от его дороговизны или массивности, сколько от пригодности для определенного вида грунта и рельефа. Например, добротный ленточный малозаглубленный или плитный монолитный фундамент может элементарно начать сползать даже по небольшому склону, а столбчатый — «гулять» в глиняной среде. Вот почему перед началом строительства, и даже выбора участка, необходимо определить степень однородности грунта, наличие и расположение в нем грунтовых вод и глубину его промерзания.

Читайте также:  Как сделать фундамент под шлакоблок

Все эти геологические исследования многие сегодня заказывают в строительных кампаниях. Но, если запланированный бюджет ограничен, то многое о грунте можно узнать так называемым «старым дедовским способом».

Определение типа грунта

Первый шаг в выборе типа фундамента дома — это определение типа грунта участка. Для этой цели можно выкопать яму глубиной 1,5-2 м и хорошо рассмотреть так называемый «срез» земли. Верхний слой, самый темный, — это почва, и ее нужно будет перед началом строительства убрать из-за непригодности. А вот в зависимости от типа находящихся ниже слоев и нужно подбирать фундамент.

Итак, самый нетребовательный для фундамента грунт — скалистый. Он не оседает, не размывается и не вспучивается. Для строительства фундамента на нем нет нужды даже в углублении.

Под почвой оказался песок и глина, да еще и с большой примесью щебня или мелкого камня? Это — хрящеватый грунт. Он достаточно надежен, не размывается водой, и на нем можно ставить даже мелкозаглубленный ленточный фундамент.

Грунт хорошо пропускает воду, прекрасно уплотняется и трамбуется? Это — песчаный грунт. Промерзать он будет на незначительную глубину (до 1 м), а фундамент в нем не намокнет. На таком участке строить можно даже ленточный фундамент из отдельных блоков. Хотя и столбчатый хорошо себя «чувствует» в таких условиях.

От дождя земля сразу стала разжижаться и размываться? Это — глинистый грунт. Глубина промерзания у него более 1,5 м, да и вспучивание немалое. Строительство домов на таком грунте — самое проблемное. Поэтому предпочтение в этом случае рекомендуется отдавать мелкозаглубленному фундаменту, который представляет собой жесткую железобетонную конструкцию, отлично приспособленную к неравномерной деформации основания. Это ленточные, столбчатые фундаменты и монолитная плита. На крайний случай строители обычно еще делают противопучинистую подушку — убирают глину и заменяют ее песком с различными примесями.

Под почвой оказалась смесь песка с глиняными частицами? Грунт будет вести себя соответственно в зависимости от преобладания одного или второго компонента.

А вот на месте осушенных или частично осушенных болот находятся торфяные грунты. Такая земля обычно перенасыщена влагой, и уровень залегания грунтовых вод здесь высок. На таком месте единственно возможный фундамент — это монолитная плита, которую еще называют «плавающей». Неплохо также себя ведет на уклонах и подвижных почвах столбчато-ригельный монолитный фундамент.

К слову, для всех сильно сжимаемых, как торфяники и песчаные подушки, пучинистых и слабонесущих грунтов «плавающие» фундаменты — идеальный вариант. Ведь их большая поверхность значительно снижает давление на сам грунт, а ребра жесткости придают достаточную устойчивость к всевозможным воздействиям разнонаправленных нагрузок, которые неизбежны при просадке, замерзании и оттаивании земли.

Проверка грунта на однородность

Проверить грунт застраиваемого участка на однородность своими силами можно во время бурения глубокой скважины или рытья шурфа минимум на 2,5 м. Так хорошо виден срез грунта — при помощи выработки. Благодаря рытью каналов такой глубины хорошо видно, из каких слоев состоит сам грунт и какой фундамент для него больше подходит.

Так, если грунт окажется крайне неоднородным, плотность его — различной, и заметно, что он неравномерно деформируется, тогда предпочтение лучше отдать такому типу фундамента, как свайный. Ведь именно сваи способны передать давление от здания на более плотные и устойчивые слои грунта — нижние.

Определение близости грунтовых вод

Наличие близкорасположенных подпочвенных вод всегда усложняет строительные мероприятия. Такая почва сильно пучинится зимой и проседает весной, что даже хорошим, капитальным фундаментом переносится крайне тяжело. Нередко из-за этого появляются трещины, разрывы, а двери в доме начинают закрываться с трудом. Но еще полбеды, если дом вместе с почвой поднимается и опускается посезонно одновременно, и куда хуже, если грунт насыщен водами по всей площади неодинаково. В этом случае лучше провести необходимые меры, такие, как сушка, дренаж и перезасыпка. Важно только не путать грунтовые воды и поверхностные — верховодки, которые вызываются таянием снега и дождями и носят временный характер.

Определить уровень расположения грунтовых вод на участке хотя бы приблизительно можно самостоятельно. Для этого необходимо выкопать неглубокие колодцы-шурфы до 2,5 метра глубиной и через них рассмотреть залегающие слои грунта и наличие грунтовых вод. Кроме того, не лишним будет отнести саму жидкость на лабораторный анализ — на вредность.

Но полный профиль грунтовых вод на участке можно получить лишь обратившись за помощью в одну из современных строительных фирм. За неимением такой возможности желательно проконсультироваться с соседями и строителями смежных домов о рекомендуемом заглублении фундамента. Который, к слову, обязательно должен находиться в этом случае ниже уровня промерзания земли.

И, наконец, самый надежный метод определения обилия влаги в почве — это наблюдение весной за дорогой вокруг стройки. Так, если дорога асфальтирована, и в ней видны трещины — почва под ней неоднородна и богата грунтовыми водами. Понаблюдать также будет полезно и за подвалами старых домов в округе — если они сухие и не имеют трещин, значит, фундамент строился именно ленточный. И этому примеру желательно последовать.

Определение глубины промерзания грунта

По сути, не так важно значение глубины промерзания грунта, сколько то, не больше ли эта величина чем расстояние от поверхности земли до первых грунтовых вод. Ведь зимой такие воды быстро замерзают, а лед, как известно, расширяется. И в тех местах, где расположение грунтовых вод достаточно высоко, земля будет подниматься гораздо выше, чем в других местах. И построенный дом станет подниматься выше одним углом, а вторым — ниже. Как результат — трещины и ранние деформации фундамента.

Читайте также:  Слои фундамента для дома

Но, если точно воссоздать полный профиль расположения грунтовых вод в земле довольно сложно, и без профессионального анализа здесь не обойтись, то глубину промерзания почвы определить можно самостоятельно. Для этого необходимо обратить внимание на:

  • плотность грунта. Чем плотнее земля, тем она сильнее промерзает из-за хорошей проводимости холода между ее отдельными частицами;
  • влажность грунта. Более влажный грунт промерзает глубже. А на его насыщенность влагой влияет уровень грунтовых вод и наличие поблизости любого естественного водоема;
  • состояние стен и фундаментов соседних более старших построек;
  • количество снега зимой на земле. Чем его меньше, тем глубже промерзает на этом месте грунт.

В дополнение, в сильно промерзающих грунтах, да еще и с высокими грунтовыми водами, сегодня часто возводят фундамент мелкого заложения с теплоизоляцией. Именно теплоизоляция помогает предотвратить промерзание земли возле фундамента, а, значит, уменьшает воздействие сил пучения от морозов на само здание. Такой способ на сегодняшний день считается одним из самых эффективных и экономичных. Кроме того, такому фундаменту не страшны изменения свойств грунта, которые неизбежно возникают со временем. Единственный недостаток мелкозаглубленных фундаментов — их нельзя возводить на склонах из-за возможного сдвига.

Вычисление силы вспучивания грунта

На глубину закладки и выбор вида фундамента влияет также такое обстоятельство, как вспучивание грунта. Так, зимой все грунты в той или иной мере поднимаются, а весной — опускаются. Фундамент и все расположенные строения на нем «дышат» вместе с грунтом. Вот почему так важно, чтобы грунт был однородным, и вспучивался благодаря этому одинаково по всему участку. Верхний слой грунта — почва — традиционно перед строительством снимается, т.к. она сама по себе неоднородна от природы — в ней всегда встречаются различные примеси органических остатков, разнородный мусор, камней и других вкраплений, а это опасно для последующей неравномерной осадки фундамента.

Определить возможную силу сезонного вспучивания можно по таким признакам:

  • насыщенность грунта влагой. Влажный грунт всегда вспучивается сильнее;
  • состав грунта. Традиционно сильнее «играют» глинистые грунты, если сравнивать их с песчаными;
  • уровень грунтовых вод. Чем он выше, тем сильнее будет пучится почва.

Если на выбранном участке под застройку почва пучится достаточно сильно, то лучше отдать предпочтение плитному типу фундамента, который армируется железным каркасом и сам по себе — очень надежная конструкция.

Но, если грунт к тому же еще и мягкий и глубоко промерзает, то для облегченных конструкций неплохим вариантом станет и столбчатый фундамент.

А вот в случае, если грунт на планируемом участке не только пучится, но еще и подвижен (чаще всего это глинисто-песчаные земли), да и грунтовые воды максимально близки к поверхности, строиться дом будет исключительно на плитном, «плавающем» фундаменте.

Прогнозирование будущей просадки грунта

Важна при выборе фундамента также просадка имеющегося грунта. Так, какое бы здание не строилось, под воздействием его нагрузок фундамент обязательно опускается на величину, которая и называется осадкой. Если при этом сама осадка будет неравномерной — трещин не избежать. И задача проектировщика как раз добиться того, чтобы в первые два года здание оседало максимально равномерно.

Сама нагрузка, действующая на основание фундамента, состоит из таких составляющих: веса выбранных строительных материалов, конструктивных особенностей чердачного и межэтажного помещения, кровельного материала, конструкции кровли (задерживает она на себе снег или нет), а также эксплуатационных нагрузок.

Не стоит забывать, что на грунт оказывают давление все дома, которые расположены близко к застраиваемому участку, и новый дом также добавит свою тяжесть.

А вот в случае, если участок под застройку оказался с пучинистым, тяжелым и просадочным грунтом, фундамент может быть только плитным, когда котлован под домом полностью заливается бетоном. Затрат на металл и бетон такой вид фундамента, конечно, требует значительных, зато такой дом может смело стоять не один десяток лет даже на высушенном болоте. Ведь, как известно из курса физики, чем больше площадь давления на поверхность, тем меньше сама сила давления.

Определение степени риска коммунальных аварий

Еще один немаловажный фактор для определения типа будущего фундамента — это риск аварий старых водопроводных труб. Ведь даже при несильной протечке ржавые трубы быстро насыщают окружающий грунт дополнительной влагой, и он пучится в холодное время намного сильнее, чем обычно. И это опасно как для целостности фундамента, так и для самой постройки. Поэтому строиться лучше на том участке, где узлы таких систем расположены подальше, или на крайний случай установить дополнительную дренажную выводящую систему для уменьшения количества грунтовых вод.

Идеальным без преувеличения можно назвать каменистый и скалистый грунт, который, по сути, представляет собой сплошной камень. Такому грунту не страшно ни влияние влаги, ни морозы, ни изменения погодных условий — своих свойств он не изменяет. В остальных же случаях при проектировании дома нужно выбирать тот тип фундамента, который максимально бы соответствовал и планируемым нагрузкам, и природным особенностям имеющегося грунта участка.

Источник