Разработка грунта под фундамент

Почва - удивительное творение природы, неоценимое богатство нашей планеты, ее ресурс и в то же время средство сельскохозяйственного производства, в частности земледелие. Тысячи лет использует человечество почвы, а они беспрестанно отдают ему свои дары. Давняя мудрость свидетельствует: «Почва и солнце дают жизнь растениям, которые кормят, одевают и обогревают человечество».
Площадь Украины составляет 60,4 млн. гектара, из которых 41,4 млн. гектара – сельскохозяйственные угодья. Размещается она в трех зонах - на Полесье, у Лесостепи и Степи Восточно-европейской равнины. К ее пределам входят также часть Карпат и Крымский полуостров. Грунтовый покров Украины очень разнообразен. По данным Б.С. Носка (1994), номенклатура почв, принятая во время крупномасштабного грунтового обследования, насчитывает около 650 видов, а с учетом грунтовых отличий - 4000 таксономических грунтовых единиц. Площади отдельных групп почв в абсолютных и относительных показателях и степени их распаханности приведены в табл. 1. Самыми распространенными среди пахотных земель являются черноземы (типичные, обычные, южные), которые составляют 60,6%, и серые лесные почвы, - 21,3%. Вместе эти почвы составляют основной фонд пахотных земель Украины. Территория Украины имеет три грунтово-биоклиматических пояса: бореальный (умеренно холодный - Полесье), суббореальный (умеренный - большая часть страны), субтропический (умеренно-теплый - часть Южного берегу Крыма). В свою очередь, пояса и области разделены на грунтовые зоны По характеру происхождения виды грунтов делятся на естественные - напластования земной коры, находящиеся в естественном уплотненном и увлажненном состоянии, образовавшиеся за миллионы лет в результате разрушения древних горных или морских (озерных, илистых, наносных и пр.) пород, и насыпные - результат деятельности человека. Фундамент лучше всего располагать на основании грунта, находящегося в естественном нетронутом состоянии. Для выравнивания основания под фундамент допустима песчаная подсыпка высотой не более 10 см. Более высокие подсыпки должны быть рассчитаны грамотным специалистом и уплотнены механическими трамбовками. При переборе грунта в котловане более чем на 10 см при его разработке экскаватором ямы заливают "тощим" бетоном или весь фундамент углубляют до нетронутого грунта. Засыпка ям более 1 м песком впоследствии может обернуться потере уже отстроенного дома в результате трещин. Естественные грунты делятся на крупнообломочные, песчаные и пылевато-глинистые. Для определения вида грунта на конкретной строительной площадке должны быть проведены геологические изыскания, при которых производят бурение скважин и отбор проб грунтов, после чего в лабораториях определяют несущую способность данных грунтов. На примитивном уровне можно выполнить эту работу и самому - вырыть на месте будущего дома шурф и определить состав грунта на уровне подошвы фундамента. Однако проще всего обратиться в районные отделы архитектуры и землеустройства, где должны знать состав грунтов. Расчетные сопротивления грунтов сжатию по первому предельному состоянию приведены в таблицах ниже. Расчетные сопротивления (R0) крупнообломочных грунтов, кг/см2 Крупнообломочные грунты R0 Галечниковые (щебенистые) с заполнителем : песчаным пылевато-глинистым 6 4 Гравийные (дресвяные) с заполнителем : песчаным пылевато-глинистым 5 3,5 Расчетные сопротивления (R0) песчаных грунтов, кг/см2 Песчаные грунты R0 Крупные ( фракция до 5 мм ) 5 Средней крупности ( 1- 2 мм) 4 Мелкие ( 0,14 - 1 мм ) маловлажные влажные и насыщенные водой 3 2 Пылеватые ( 0,05 - 0,14 мм ) маловлажные влажные насыщенные водой 2,5 1,5 1 Расчетные сопротивления (R0) пылевато-глинистых грунтов, кг/см2 Пылевато-глинистые грунты Коэффициент пористости, е R0 при различных показателях текучести грунта IL = 0 IL = 1 Супесь 0,5 0,7 3 2,5 3 2 Суглинок 0,5 0,7 1,0 3 2,5 2 2,5 1,8 1 Глина 0,5 0,6 0,8 1,1 6 5 3 2,5 4 3 2 1 При проведении геологических изысканий непосредственно застройщиком может возникнуть вопрос: в чем различие между пылевато-глинистыми грунтами и чем отличается супесь от суглинка? Проводят простой тест: небольшую порцию грунта обильно смачивают водой, затем из полученной массы между ладоней рук скатывают жгут и загибают в кольцо. Кольцо из супеси рассыпается на мелкие фрагменты, из суглинка на 2 - 3 части, из глины - кольцо остается целым. Для определения коэффициента пористости: из тестируемого грунта вырезают кубик размером 10 х 10 х 10 см и взвешивают. таким образом узнают объемную массу грунта в естественном состоянии. Затем этот грунтизмельчают и уплотняют. Таким образом удаляют из кубика воздушные поры. У полученной массы измеряют объем, т.е. находят объемную массу грунта без пор. Коэффициент пористости определяется по формуле: e=1 - y0/y ; y = G/V0 ; y = G/V1, где y, y0 - объемный вес грунта в уплотненном и естественном состояниях; G - вес единицы объема грунта; V0, V1 - объем грунта в естественном и уплотненном состояниях. При вырезании кубика из грунта он может рассыпаться. Ничего страшного - объем известен и нужен только вес. Объем грунта без пор можно определить мерным стаканом. Показатель текучести определить более сложно, но есть такой критерий: при нулевой текучести лопата в глинку почти не входит, при текучести 1 глина прилипает к лопате намертво. Определение других видов грунтов, приведенных в таблицах. не составляет особого труда. Если возникают сомнения в определении вида грунта, нужно принимать значение расчетного сопротивления грунта сжатию в сторону уменьшения, т.е. перестраховаться и сделать подошву фундамента несколько шире, чем нужно.
При встрече на участке строительства биогенных (торфяников и пр.) засоленных, набухающих либо просто непонятных грунтов необходимо приостановить строительство и пригласить специалистов. Грунт считается упругопластическим материалом. Под действием нагрузки, не превышающей определенного значения, он способен сжиматься и расправляться после ее снятия. Расчет фундамента на такую нагрузку называется расчетом по несущей способности грунта. При увеличении нагрузки происходит необратимое смятие грунта, расчет в таком случае называется расчетом по деформациям. Этот расчет позволяет выполнять более узкие, а следовательно, более экономичные фундаменты, и помогут вам его сделать только специалисты.
Расчетные сопротивления (R0) насыпных грунтов, кг/см2 Характеристика насыпи Пески крупные, средней крупности и мелкие, шлаки Пески пылеватые, супеси, суглинки, глины, золы Насыпи, планомерно возведенные с уплотнением 2 1,5 Отвалы грунтов и отходов про- изводства: с уплотнением без уплотнения 2 1,5 1,5 1 Свалки грунтов и отходов про- изводства: с уплотнением без уплотнения 1,2 1 1 0,8 Таблица применяется, если содержание в насыпи органических веществ не превышает 10%. Для неслежавшихся отвалов и свалок грунта значение R0 принимается с учетом коэффициента 0,8. Для того, чтобы дом устойчиво стоял на основании грунта, давление от его веса не должно превышать расчетного сопротивления грунта. Например, фундамент на суглинке, имеющем расчетное сопротивление 2,5 кг/см2, не должен давить на грунт с большей силой, в противном случае произойдет необратимое смятие грунта и, как следствие. осадка дома. Фундаменты, передающие нагрузки намного меньше, чем расчетное сопротивление грунта, - экономически невыгодные, так как нецелесообразное утолщение фундамента приводит к перерасходу материалов и утяжелению фундамента. Фундамент должен быть ни узок, ни широк Разновидности и свойства грунтов
Термины и определения, общие свойства грунтов Грунт Горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека. Грунты могут служить: 1) материалом основании зданий и сооружений; 2) средой для размещения в них сооружений; 3) материалом самого сооружения. Грунт скальный Грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа. Грунт полускальный Грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурный связи цементационного типа. Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (Rc > = 5 МПа - скальные грунты, Rc - полускальные грунты). Грунт дисперсный Грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения. Структура грунта Пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта. Текстура грунта Пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др). Состав грунта вещественный Категория, характеризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов. Органическое вещество Органические соединения, входящие в состав грунта в виде неразложившихся остатков растительных и животных организмов, и также продуктов их разложения и преобразования. Грунт глинистый Связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности I р> 1. Песок Несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50% (1р = 0). Грунт крупнообломочный Несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50%. Ил Водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса. Обычно верхние слои ила имеют коэффициент пористости е > = 0,9, текучую консистенцию IL > 1, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30-50% по массе. Сапропель Пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоемов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10% (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков. Сапропель имеет коэффициент пористости е > 3, как правило, текучую консистенцию IL> 1, высокую дисперсность - содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5% по массе. Торф Органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50% (по массе) и более органических веществ. Грунт заторфованный Песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50% (по массе) торфа. Почва Поверхностный плодородный слой дисперсного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов. Грунт набухающий Грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) Esw > = 0,04. Грунт просадочный Грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки Е sl > = 0,01 Грунт пучинистый Дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения Е fn > = 0,01 Степень засоленности Характеристика, определяющая количество воднорастворимых солей в грунте D sa ,%. Степень морозной пучинистости Характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения Е fn , д. е., которая определяется по формуле: E fn = ( h 0,f - h 0 ) / h 0 где: h 0,f - высота образца мерзлого грунта, см: h 0 - начальная высота образца талого грунта до замерзания, см Предел прочности грунта на одноосное сжатие Rc , МПа Отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения. Плотность скелета грунта Плотность сухого грунта ρd, г/см3, определяемая по формуле: ρd = ρ/(1 - W) где: ρ - плотность грунта, г/см3; W - влажность грунта, д.е. Коэффициент выветрелости Kwr, д. е. Отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта. Коэффициент размягчаемости в воде К sо р, д. е. Отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии. Степень растворимости в воде Характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, q sr, г/л. Степень водопроницаемости Характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации К ф, м/сут. Определяется по ГОСТ 12536. Гранулометрический состав Количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536. Степень неоднородности гранулометрического состава С u Показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле: C u = d 60 / d 10 где: d 60, d 10 - диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10% (по массе) частиц. Число пластичности I р Разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp, WL и Wp определяют по ГОСТ 5180 Показатель текучести IL Отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp, к числу пластичности Iр. Относительная деформация набухания без нагрузки Esw, д. е. Отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143. Относительная деформация просадочности Es, д. е. Отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определенном давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161. Коэффициент водонасыщения Sr, д. е. Степень заполнения объема пор водой. Определяется по формуле: S r= W ρ s / e ρ w где: W - природная влажность грунта, д.е.; е - коэффициент пористости; ρ s - плотность частиц грунта, г/см3; ρ w - плотность воды, принимая равной 1 г/см3 Коэффициент пористости е Определяется по формуле: e = (ρ s - ρ d) / ρ d где: ρ s - плотность частиц грунта, г/ см3; ρ d - плотность сухого грунта, г/ см3 Степень плотности песков I D Определяется по формуле: I D = (e max - e) / (e max - e min) где: e - коэффициент пористости при естественном иили искусственном сложении; e max - коэффициент пористости в предельно-плотном сложении; e min - коэффициент пористости в предельно-рыхлом сложении Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов Кwr, д. е. Определяется по формуле: К wr = (K1 - K0) / K0 где: К1 - отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане; К0 - то же, в природном состоянии Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов К fr, д.е. Определяется по формуле: К fr = q1 / q0 где: q1 - масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане; q0 - начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание) Относительное содержание органического вещества I r, д.е. Oтношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта. Степень разложения торфа D dp, д.е. Характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые клслоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650 Степень зольности торфа D ds, д. е. Характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306 Грунт мерзлый Грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями Грунт многолетнемерзлый (синоним - грунт вечномерзлый) Грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет Грунт сезонномерзлый Грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона Грунт морозный Скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду Грунт сыпучемерзлый (синоним - "сухая мерзлота") Крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления Грунт охлажденный Засаленный крупиообломочный, песчаный и глинистый грунты, отрицательная температура которых выше температуры начала их замерзания Грунт мерзлый распученный Дисперсный грунт, который при оттаивании уменьшает свой объем Грунт твердомерзлый Дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой Грунт пластичномерзлый Дисперсный грунт, сцементированный льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под внешней нагрузкой Температура начала замерзания (оттаивания) Температура, °С, при которой в порах грунта появляется (исчезает) лед Криогенные структурные связи грунта Кристаллизационные связи, возникающие во влажных дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате сцементирования льдом Криогенная текстура Совокупность признаков сложения мерзлого грунта, обусловленная ориентировкой, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента. Лед (синоним - грунт ледяной) Природное образование, состоящее из кристаллов льда с возможными примесями обломочного материала и органического вещества не более 10% (по объему), характеризующееся криогенными структурными связями. Коэффициент сжимаемости мерзлого грунта δ p Относительная деформация мерзлого грунта под нагрузкой Степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой Sr, д. е. Определяется по формуле: S r = ( (1,1 W ic + W w) ρ s) / e f ρ w где: W ic - влажность мерзлого грунта за счет перового льда, цементирующего минеральные частицы (лед - цемент), д. е.; W w - влажность мерзлого грунта за счет содержащейся в нем при данной отрицательной температуре незамерзшей воды, д. е.; ρ s - плотность частиц грунта, г/см3; e f - коэффициент пористости мерзлого грунта; ρ w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3 Суммарная льдистость мерзлого грунта i tot, д. е. Отношение содержащегося в нем объема льда к объему мерзлого грунта. Определяется по формуле: i tot = i i + i ic = ((W tot - W w)ρf) /(W tot + 1)ρ i Льдистость грунта за счет видимых ледяных включений i i , д.е. Отношение содержащегося в нем объема видимых ледяных включений к объему мерзлого грунта. Определяется по формуле: i i = ((W tot - W m) ρ s) / ρ i + (W tot - 0,1 W w) ρ s где: i ic - льдистость грунта за счет льда-цемента (порового льда), д. е; W tot - влажность мерзлого грунта, д. е.; ρ i - плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см3; ρ f - плотность мерзлого грунта, г/см3; W m - влажность мерзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. е. Техногенные грунты Естественные грунты, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования. Антропогенные образования Твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья. Природные перемещенные образования Природные грунты, перемещенные с мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в процессе их перемещения. Природные образования, измененные в условиях естественного залегания природные грунты, для которых средние значения показателей химического состава изменены не менее чем на 15%. Грунты, измененные физическим воздействием Природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие и т. д.) изменяет строение и фазовый состав. Грунты, измененные химико-физическим воздействием Природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный со став, структуру и текстуру Насыпные грунты Техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с использованием транспортных средств, взрыва Намывные грунты Техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с помощью средств гидромеханизации. Бытовые отходы Твердые отходы, образованные в результате бытовой деятельности человека. Промышленные отходы Твердые отходы производства, полученные в результате химических и термических преобразований материалов природного происхождения. Шлаки Продукты химических и термических преобразований горных пород, образующиеся при сжигании. Шламы Высокодисперсные материалы, образующиеся в горнообогатительном, химическом и некоторых других видах производства. Золы Продукт сжигания твердого топлива Золошлаки Продукты комплексного термического преобразования горных пород и сжигания твердого топлива