Виды деформаций грунтов реферат

Обновлено: 25.06.2024

В результате строительства сооружения, даже если прочность грунта обеспечена, возникают деформации основания. Как правило, они имеют неравномерный характер и вызывают перераспределение усилий в конструкциях сооружения. При определенных условиях это может затруднить нормальную эксплуатацию сооружения, а в некоторых случаях даже привести к его аварии.

Первая стадия строительства всегда заключается в отрытии котлована под сооружение. При этом происходит разгрузка грунта ниже поверхности дна котлована на величину γd, где γ – удельный вес грунта, d – глубина котлована, и в соответствии с этим подъем дна котлована. Естественно, что чем глубже котлован, тем интенсивнее проявляется разгрузка грунта, причем величина подъема дна будет неравномерной по ширине котлована – наименьшей вблизи подошвы откоса и наибольшей в среднем сечении. Выберем некоторое сечение и обозначим величину подъема через r (риc. 7.1, а).

Следующую стадию строительства – возведение сооружения – можно условно разделить на два этапа: первый – когда нагрузка от строящегося сооружения достигает величины γd, соответствующей весу извлеченного грунта, и второй – когда после завершения строительства нагрузка возрастет еще на величину p–γd, где р – среднее напряжение под подошвой построенного сооружения.

Рис. 7.1 – Этапы строительства и эксплуатации сооружения, соответствующие им нагрузки и деформации основания

На первом этапе увеличение нагрузки вызовет осадку основания в рассматриваемом сечении на величину s₁ от положения дна котлована, определенного его подъемом (рис. 7.1, б). Возрастание нагрузки на втором этапе приведет к дальнейшему увеличению осадки s₂ уже от нового положения дна котлована (рис. 7.1, в).

Наконец, после завершения строительства в процессе эксплуатации сооружения возможны дополнительные воздействия (надстройка сооружения, изменение состояния грунтов основания, строительство новых сооружений вблизи построенного и т. п.). Эти воздействия приведут к дополнительным деформациям основания построенного сооружения. Например, строительство соседнего сооружения вызовет дополнительную местную нагрузку на основание р', которая приведет к развитию дополнительной неравномерной по длине построенного сооружения осадки s₂ (рис. 7.1, г).

Полная деформация в некотором вертикальном сечении сооружения, отсчитываемая от проектного уровня подошвы фундамента, для рассматриваемого примера будет равна

(7.1)

причем каждая составляющая этой деформации при известных значениях нагрузок на каждом этапе строительства и известных закономерностях деформирования грунта при его нагружении и разгрузке может быть определена.

Важно отметать, что приведенный пример сильно упрощает реальную обстановку строительства. Здесь не учитывались многие факторы, имеющие место в действительности и оказывающие влияние на деформации грунтов основания. К ним прежде всего относятся: пространственная жесткость сооружения и возможность передачи различных нагрузок на основание через отдельные фундаменты; неоднородность напластования и свойств грунтов в пределах пятна застройки; скорость приложения нагрузок в процессе строительства и длительность развития осадок грунтов и т. п. Все эти факторы приводят к значительному усложнению рассматриваемой картины, поэтому проблема прогноза деформаций оснований сооружений в целях инженерного проектирования основывается сейчас на ряде упрощающих предпосылок.

Под абсолютными перемещениями понимают осадку основания отдельного фундамента s и горизонтальное перемещение фундамента (или сооружения) u. К относительным перемещениям относят средние осадки основания сооружений, относительную разность осадок двух фундаментов, крен фундамента и т. п. Относительные деформации могут быть найдены при определенных для различных фундаментов или сечений значениях абсолютных перемещений. Поэтому основные методы, рассматриваемые здесь, посвящены определению величины абсолютных перемещений оснований отдельных фундаментов.

Расчет оснований фундаментов по деформациям в настоящее время производится исходя из условия

(7.2)

где s – совместная деформация (осадка, горизонтальное перемещение и т. п.) основания и фундамента (сооружения), определенная расчетом; s_u — предельное значение этой величины, устанавливаемое соответствующими нормативными документами или требованиями проекта.

Правила проектирования фундаментов сооружений в соответствии с условием (7.2) будут приведены в следующем семестре. Здесь же рассматриваются способы определения левой части этого неравенства.

Выше неоднократно отмечалось, что опытная зависимость между осадками поверхности грунтового основания и действующими нагрузками s=f(p) имеет нелинейный характер.

Было установлено, что в некотором интервале нагрузок, соответствующем фазе уплотнения грунта в основании, эта зависимость близка к линейной и развитие осадок во времени всегда имеет затухающий характер. В качестве максимального значения среднего давления р под подошвой фундамента, соответствующего границе фазы уплотнения, в настоящее время принимается расчетное сопротивление грунтов основания R. Это обосновывает возможность использования математического аппарата теории линейного деформирования грунтов для расчетов напряжений и деформаций оснований при p≤R. Процесс строительства сооружения при этом рассматривается как одноразовое нагружение грунтов основания, вызывающее их общее деформирование без разделения на восстанавливающуюся и пластическую составляющие деформаций грунтов.

Несмотря на определенные недостатки, такой подход существенно упрощает математический аппарат расчетов деформаций.

Таким образом, одной из важнейших предпосылок методов расчета деформаций грунтов является ограничение среднего давления под подошвой фундамента условием p≤R.

Другой важной предпосылкой расчетов деформаций грунтов является введение понятий о стабилизированных и нестабилизированных (развивающихся во времени) перемещениях. Во многих случаях для инженерной практики представляют интерес только наибольшие (конечные, стабилизированные) перемещения, а время, в течение которого происходит стабилизация деформаций, не имеет существенного значения. Такое ограничение в постановке задачи также приводит к значительному упрощению расчетов.

В то же время не всегда удается ограничиваться определением только конечных величин осадок. Поясним сказанное на примере. Пусть имеется сооружение (рис. 7.2, а), фундамент 1 которого расположен на водонасыщенных глинистых, а фундамент 2 – на песчаных грунтах. Пусть также характеристики деформационных свойств грунтов, действующие нагрузки и размеры фундаментов таковы, что конечные осадки s₁ и s₂ будут практически одинаковы и равны s_∞ (рис. 7.2, б). Однако, поскольку время развития осадок водонасыщенных грунтов связано со скоростью фильтрации воды в грунте, а процессы фильтрации в глинистых грунтах протекают существенно медленнее, чем в песчаных, характер кривых s = f(t) для этих фундаментов будет совершенно различным. Может оказаться так, что осадка фундамента 2 стабилизируется в течение срока строительства t, а осадка фундамента 1 к этому времени достигнет лишь некоторой доли конечной величины. Тогда к моменту окончания строительства разность осадок этих фундаментов Δs_t, может оказаться существенно больше, чем предельная для данного типа сооружения величина Δs_u. При этом сооружение может перестать соответствовать предъявленным к нему требованиям нормальной эксплуатации или даже претерпеть аварию, не достигнув времени стабилизации осадок обоих фундаментов.

Рис. 7.2. Схема сооружения и развитие осадок разных фундаментов во времени

В этом случае расчетом должен быть получен прогноз развития осадок каждого фундамента во времени и проведен анализ неравномерности деформаций сооружения для наиболее опасных периодов его строительства и эксплуатации. Такие расчеты выполняются в соответствии с теорией фильтрационной консолидации грунтов.

Наконец, может возникнуть и еще более сложная ситуация, когда требуется учесть поэтапность возведения сооружения. Простейший случай такой задачи был рассмотрен в начале параграфа (подъем дна котлована при его разработке и последующая осадка при строительстве сооружения). Может также понадобиться определить осадку сооружения при p>R. Подобные задачи достаточно точно решаются с помощью нелинейной механики грунтов.

Особенности деформирования грунтов по-разному проявляются у различных видов грунтов и существенно зависят от состояния грунта и интенсивности действующих нагрузок.

Монолитные скальные грунты при нагрузках, возникающих в результате строительства промышленных и гражданских сооружений, обычно могут рассматриваться как практически недеформируемые тела. Однако трещиноватая скала и разборный скальный грунт обладают некоторой деформируемостью. Разрушенные структурные связи в скальных грунтах со временем не восстанавливаются.

Объемные деформации крупнообломочных и однородных по гранулометрическому составу песчаных грунтов в значительной степени обусловливаются упругим сжатием частиц, а по мере увеличения нагрузки – пластическим разрушением контактов между ними. В неоднородных песках будут развиваться значительные деформации уплотнения. В водонасыщенных песчаных грунтах это сопровождается отжатием воды из пор. Поскольку размеры пор в песчаных грунтах относительно велики, процесс консолидации в них протекает значительно быстрее, чем в глинистых грунтах. Сдвиговые деформации в крупнообломочных и песчаных грунтах происходят за счет взаимного перемещения частиц с учетом разрушения контактов.

Наиболее сложно развивается процесс деформирования в глинистых грунтах. Объемные деформации в них связаны с более плотной переупаковкой частиц, окруженных пленками связанной воды, с уменьшением объема пор, с отжатием поровой воды и упругим сжатием защемленных пузырьков воздуха. Сдвиговые деформации в глинистых грунтах главным образом связаны с перемещением и переупаковкой частиц, окруженных гидратной оболочкой.

Интенсивность проявления деформаций в глинистых грунтах в большой мере зависит от характера структурных связей и величины действующих нагрузок. При нагрузках, не превышающих структурной прочности, глинистые грунты могут проявлять упругие свойства. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает постепенное разрушение структурных связей и интенсивное уплотнение грунта. Разрушенные водно-коллоидные связи со временем восстанавливаются, и после уплотнения глинистого грунта наблюдается его упрочнение.

Размеры пор в глинистых грунтах крайне малы, поэтому процесс консолидации в них протекает очень медленно. Деформации могут не стабилизироваться в течение многих месяцев, лет, даже десятилетий. Также медленно могут развиваться и процессы ползучести, связанные с взаимным смещением частиц, окруженных водными пленками, поворотом, изгибом и разрушением отдельных частиц.

Структурно-неустойчивые грунты

Среди грунтов, на которых возводятся сооружения, есть несколько характерных типов особенных образований. Строительство на таких грунтах сопряжено со специальными мероприятиями, несоблюдение которых часто приводит к авариям. К таким грунтам обычно относят мерзлые, вечномерзлые, лёссовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, насыпные грунты, торфы и заторфованные грунты.

Этим грунтам свойственна общая особенность – способность к резкому снижению прочности структурных связей между частицами при некоторых обычных для строительства и эксплуатации сооружений воздействиях: при нагревании – для одних, увлажнении – для других, быстром нагружении или вибрационном воздействии – для третьих типов грунтов. Это, в свою очередь, приводит также к резкому уменьшению прочности и несущей способности оснований, развитию недопустимых для сооружения деформаций.

Мерзлые и вечномерзлые грунты

Грунты всех видов относятся к мерзлым грунтам, если они имеют отрицательную температуру и содержат в своем составе лед. Грунты называют вечномерзлыми, если в условиях залегания они находятся в мерзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в течение многих (трех и более) лет.

Мерзлые и вечномерзлые грунты из-за наличия в них льдоцементных связей при отрицательной температуре являются очень прочными и малодеформируемыми природными образованиями. Однако при повышении или понижении температуры (даже в области отрицательных температур) за счет оттаивания льда или замерзания части поровой воды их свойства могут изменяться. При оттаивании порового льда структурные льдоцементные связи лавинно разрушаются и возникают значительные деформации. Многие виды вечномерзлых грунтов, особенно сильнольдистые пылевато-глинистые грунты, при этом могут переходить в разжиженное состояние. Важнейшей особенностью мерзлых грунтов является их просадочность при оттаивании – резкое уменьшение объема грунта при таянии льда и отжатии воды, что приводит к чрезмерным деформациям построенных на этих грунтах сооружений.

Лёссовые грунты (лёссы)

Лёссовые грунты по составу, структурно-текстурным признакам, а следовательно, и механическим свойствам существенно отличаются от всех других горных пород. Твердые частицы лёссовых грунтов на 80…90% состоят из кварца, полевого шпата и растворимых минералов. По крупности до 60%, иногда даже до 90% твердых частиц относится к пылеватым, остальные - к глинистым, лишь малая часть – к песчаным фракциям. По гранулометрическому составу и числу пластичности лёссовые грунты относятся к пылеватым супесям и суглинкам. Влажность лёссовых грунтов в естественном состоянии обычно не превышает 0,08…0,16, степень влажность менее 0,5, пористость – 0,4…0,5.

У лёссовых грунтов размер пор значительно превышает размер частиц грунта. Именно в связи с таким соотношением диаметра пор и диаметр частиц лёссовые грунты называют макропористыми.

При природной влажности лёссовые грунты за счет цементационных связей обладают заметной прочностью и способны держать вертикальные откосы высотой более 10 м. Увлажнение лёссов приводит к растворению цементационных связей и разрушению его макропористой текстуры. Это сопровождается резкой потерей прочности грунта, значительными и быстро развивающимися деформациями уплотнения – просадками. Поэтому лёссовые грунты называют просадочными. Просадочность грунта при замачивании водой оценивается величиной относительной просадочности: , где - коэффициент пористости в природном состоянии. При грунт считается просадочным.

Набухающие грунты

К набухающим грунтам относят глинистые грунты с большим содержанием гидрофильных глинистых минералов(монтмориллонит, каолинит, гидрослюды) и малой влажность в природном состоянии ().

Поступающая в набухающие грунты влага адсорбируется поверхностью глинистых частиц, образуя гидратные оболочки. При первоначальном относительно близком расположении частиц под действием гидратных оболочек они раздвигаются, вызывая увеличение объема грунта. Часть воды проникает внутрь кристаллов глинистых минералов, также приводя к увеличению объема грунта. При уменьшении влажности набухающих грунтов возникает их осадка, приводящая к объемным деформациям. Таким образом, набухающие грунты отличаются набуханием (увеличением объема) при увлажнении и усадкой (уменьшением объема) при высыхании.

Увлажнение может быть вызвано повышением уровня подземных вод, накоплением дополнительной влаги под сооружением из-за нарушения природных условий испарения воды из грунта, например, при экранировании его поверхности построенным сооружением. Уменьшение влажности грунта обычно связано с технологическими или климатическими факторами.

Увеличение влажности набухающих грунтов приводит к подъему расположенных в них фундаментов и развитию отрицательного (негативного) трения в случае свайных фундаментов. Усадка грунта после высыхания вызывает осадку сооружений. В ряде случаев представляет опасность также и горизонтальное давление набухания на подземные элементы конструкций.

В зависимости от величины относительного набухания , определяемой без нагрузки, грунты подразделяются на: слабонабухающие , средненабухающие , сильнонабухающие . Здесь, - высота образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения при полном водонасыщении, - первоначальная высота образца при природной влажности.

Слабые водонасыщенные грунты

К слабым водонасыщенным грунтам относят илы, ленточные глины, водонасыщенные лёссовые грунты и некоторые другие виды глинистых грунтов характерными особенностями которых являются их высокая пористость в природном состоянии, насыщенность водой, малая прочность и большая деформируемость.

Илами называют водонасыщенные современные осадки водоемов (морские, лагунные, озерные, речные, болотные илы), образовавшиеся при наличии микробиологических процессов. Влажность илов превышает влажность на границе текучести (), коэффициент пористости . В илах преобладают глинистая и пылеватая фракция, может присутствовать мелкопесчаная фракция. Органические образования в илах составляют от 2 до 12% по массе. Различают: супесчаные илы , суглинистые илы и глинистые илы . Структура илов легко разрушается при статических нагрузках, превышающих структурную прочность, и особенно при воздействии динамических нагрузок. Однако со временем водно-коллоидные связи в илах восстанавливаются и уплотненный илистый грунт упрочняется.

Ленточные глины (ленточные отложения) – это толща грунтов, состоящая из близкого к горизонтали переслаивания тонких и тончайших (несколько сантиметров и даже менее сантиметра) прослоев песка, супеси, суглинка и глины. Суммарная мощность (толщина) ленточных отложений может достигать 10 м и более. Их слоистая структура вызывает анизотропию свойств.

В естественном состоянии ленточные отложения имеют высокую пористость. Коэффициент пористости обычно равен 0,7…0,8, иногда превышает единицу. Грунты обычно находятся в водонасыщенном состоянии. Естественная влажность обычно равна 0,3…0,5, но может достигать и 0,7…0,8, тогда как влажность на пределе текучести не превышает 0,6…0,65. Следовательно, ленточные отложения находятся в скрытопластичном состоянии или даже в скрытотекучем состоянии. Высокое значение пористости и большая влажность ленточных глин свидетельствуют об их малой прочности и сильной деформируемости под нагрузками.

Торфы и заторфованные грунты.

Торфом называют органоминеральные отложения, не менее чем на 50% состоящие из остатков болотной растительности.

Песчаные, пылеватые и глинистые грунты, содержащие в своем составе от 10 до 50% по массе органических веществ, называют заторфованными грунтами.

Состояние и свойства торфа и заторфованных грунтов в большой мере зависят от степени разложения органических остатков, переходящих в гумус, и относительного содержания в них неорганических минералов. Плотность торфа обычно не превышает 1…1,2 г/см 3 . В природных условиях торф и заторфованные грунты, как правило, находятся в водонасыщенном состоянии. Торфы относятся к наиболее сжимаемым грунтам. Из-за большого содержания в торфах связанной воды осадки оснований, сложенных торфом или содержащих включения заторфованных грунтов, развиваются медленно. Несущая способность торфа и заторфованных грунтов крайне невелика. Поэтому напластования, содержащие заторфованные грунты, являются одним из наихудших типов оснований сооружений.

Засоленные грунты

К засоленным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие определенное количество легко –и среднерастворимых солей.

Легкорастворимыми солями являются хлористые, сернокислые и карбонатные соли натрия, калия и магния, среднерастворимыми – сульфат кальция (гипс), ангидрит, кальцит.

Основная опасность строительства на засоленных грунтах связана с выносом солей фильтрующими водами (химическая суффозия), разрушением текстуры грунта и развитием вследствие этого неравномерных просадок.

Насыпные грунты

К насыпным грунтам относятся грунты природного происхождения с нарушенной естественной структурой, а также минеральные отходы промышленного производства, твердые бытовые отходы, образовавшиеся их отсыпкой или гидронамывом.

Территории, занятые насыпными грунтами, обычно представляют собой бывшие овраги, пруды и т.п. Рельеф засыпаемых участков, как правило, сильно изрезан, поэтому мощность насыпных грунтов часто бывает весьма неравномерна. В насыпных грунтах постепенно происходят различные физические, физико-химические, биологические и другие процессы, приводящие, с одной стороны, к их самоуплотнению, упрочнению, с другой к распаду, к разложению как структуры отдельных агрегатов, так и отдельных частиц, т.е. к разупрочнению. Это в свою очередь сильно сказывается на их физические и механические свойства.

Особенности проектирования оснований и фундаментов. Характеристика типов грунтов: скальные, полускальные, крупнообломочные. Рассмотрение причин деформации оснований грунтов, виды: неравномерная, вертикальная. Важность инженерно-геологических изысканий.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	26.01.2013
Размер файла	29,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

фундамент грунт деформация геологический

Механика грунтов, основания и фундаменты вместе с инженерной геологией и охраной природной среды составляют особый цикл строительных дисциплин. Предметом его изучения являются материалы, как правило, природного происхождения - грунты и их взаимодействие с сооружениями. Если конструкционные материалы приготавливаются технологами так, чтобы они обладали заданными строительными свойствами, то грунты каждой строительной площадки имеют самостоятельную историю образования. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения.

Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложными процессами, во многом отличающимися от поведения конструкционных материалов. Это потребовало разработки специальных экспериментальных методов и теоретического аппарата механики грунтов для описания процессов их деформирования и разрушения.

Нормальная эксплуатация здания или сооружения во многом зависит от того, насколько правильно запроектировано и осуществлено его взаимодействие с основанием. Это же в значительной мере влияет на стоимость и сроки строительства.

Механика грунтов, основания и фундаменты неразрывно связаны с инженерной геологией, изучающей верхнюю часть земной коры как среду инженерной деятельности человека. Для понимания механики грунтов необходимо знать дисциплины механико-математического цикла: сопротивление материалов, теорию упругости, пластичности и ползучести, строительную механику, владеть методами математического анализа. Проектирование оснований и фундаментов требует также знания строительных конструкций, технологии строительного производства. Техники безопасности, экономики и организации строительства. Развитие автоматизированного проектирования фундаментов связано с умением специалистов работать с современными ЭВМ, прежде всего с персональными компьютерами.

Типы и состояние грунтов

Сооружение и основание составляют единую систему. Свойства грунтов основания, их поведение под нагрузками от сооружения во многом определяют прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию сооружения. Поэтому инженер-строитель должен хорошо понимать, что представляют собой грунты, каковы их особенности по сравнению с другими конструкционными материалами (бетон, железобетон, металл, кирпич и т.п.), каким образом залегают грунты в основании сооружений, что определяет свойства грунтов и грунтовых оснований.

Грунтом называют всякую горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения.Грунты разделяются на различные типы, рассмотрим их ниже.

Скальные грунты. Это самое надежное основание под фундамент. Представляют собой плотные горные породы, выходящие прямо на поверхность или покрытые тонким слоем почвы. Это гранит, базальт, диабаз, известняк, доломит, песчаник. Данные грунты не деформируются под нагрузкой, не размокают в воде и не промерзают зимой. На скальном грунте фундамент закладывают без заглубления, прямо на поверхности.Скалистые грунты считаются самыми надежными.

Полускальные грунты. Это те же горные породы, но раздробленные, с большим числом трещин. Они под нагрузкой не сжимаются, в воде не размокают, но во влажном состоянии способны промерзать. Надежное основание под фундамент, но при строительстве дома фундамент лучше заглубить в грунт на 0.5 м независимо от промерзания грунта.

Крупнообломочные грунты. Состоят из несвязанных обломков горных пород (щебня, гравия, галечника), бывают плотными или рыхлыми. Под нагрузкой не сжимаются, но часто размываются проточными водами, во влажном состоянии промерзают. Неплохой грунт для закладки фундамента. Надо лишь заглубить его на 0.5 м, даже если грунт промерзает на большую глубину.

Песчаные грунты. Сыпучие пески водопроницаемы, размываются проточной водой, во влажном состоянии промерзают. Под нагрузкой хорошо уплотняются, надежное основание под фундамент. Глубина заложения фундамента (обычно 0.4-0.7 м) зависит от плотности песчаного грунта - чем меньше плотность, тем глубже располагается фундамент.

Глинистые грунты. Состоят из глины почти без примеси песка. Сжимаются под нагрузкой, размываются проточной водой, при увлажнении часто сильно набухают, но уплотняются мало, при замерзании вспучиваются. Под весом дома уплотняются неравномерно, поэтому при осадке дом может покоситься, осадка длится долго - до нескольких лет. В таких грунтах фундамент закладывают на глубину промерзания.

Суглинки. Такой грунт состоит из глины со значительной (до 90%) примесью песка. Наиболее распространенный тип грунтов. По свойствам близки к глинистым грунтам. Разновидность суглинков - лессы, сильно оседают при замачивании. Во всех суглинистых грунтах фундаменты закладывают на глубину промерзания.Суглинистые грунты занимают промежуточное положение между песчаными и глинистыми. В их составе от 3 до 30% глины. При наличии в грунте менее 10% глиныгрунт называется супесчаным, и при повышенном содержании - суглинистым.

Торфяники. Сильно увлажненные грунты, состоящие в значительной степени из растительных остатков. Под нагрузкой сильно уплотняются, при замерзании увеличиваются в объеме. Фундаменты на торфяниках закладываются лишь после специальной подготовки.

Все эти грунты являются естественными, и поэтому их называют естественными основаниями под фундамент.

Но основания под фундамент бывают и искусственными. Они необходимы в тех случаях, когда на месте строительства оказываются слабые, сильно сжимаемые грунты. Есть две разновидности искусственных оснований: насыпные и улучшенные.

Насыпные основания. Устраивают намывом или насыпкой гравия, щебня с песком и примесью глины. Для этой цели подходят также металлургические шлаки, отвалы горных выработок, строительный мусор. Свойства таких грунтов неопределенны и устанавливаются для каждого грунта в каждом конкретном случае. При длительной выдержке такие грунты постепенно самоуплотняются и через 5-10 лет становятся пригодными для закладки в них фундамента.

Состав грунтов

Состав грунтов в значительной мере определяет их физические и механические свойства. В связи с этим он достаточно хорошо изучен в разделе инженерной геологии - грунтоведения.

В общем случае, с физических позиций, грунт состоит из трех компонентов: твердой, жидкой, газообразной.

Иногда в грунте выделяют биоту - живое существо. Это оправдано с общенаучной точки зрения и полезно практически, так как жизнедеятельность организмов может оказывать существенное воздействие на свойства грунтов. Активизация жизнедеятельности бактерий, как правило, снижает прочность грунта, а их отмирание приводит к повышению его прочности. Однако пока свойства биоты не нашли отражения в моделях механики грунтов, и мы будем рассматривать грунт как трехкомпонентную систему.

Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Часть минераловинертна по отношению к воде и практически не вступает во взаимодействие с растворенными в ней веществами (кварц, полевые шпаты, слюда, авгит, кремень, роговая обманка и др.). Эти минералы не меняют свойств не только при изменении содержания воды, но и в широком диапазоне температур. Очевидно, что грунты. Полностью сложенные такими минералами, обладают наиболее благоприятными строительными свойствами. Из инертных минералов состоят все магматические горные породы, подавляющее большинство метаморфических часть осадочных. Среди осадочных пород этими минералами сложены пески и крупнообломочные грунты, а также образующие из них при цементации песчинки и конгломераты.

Глинистые минералы составляют третью группу. Они нерастворимы в воде в отличии от минералов предыдущей группы, но их никак нельзя приравнять к инертным минералам первой группы. В силу чрезвычайно малых размеров кристаллов глинистые минералы обладают высокой коллоидной активностью. К ним относятся каолинит. Монтмориллонит, иллит, и другие минералы, кристаллы которых имеют выраженное свойство гидрофильности. Из-за мельчайших размеров и высокоразвитой поверхности глинистые минералы активно взаимодействуют с жидкой составляющей грунтов. Поэтому уже малое содержание их в общей массе грунта резко изменяет его свойства.

Органическое вещество в грунтах у поверхности земли находятся в виде микроорганизмов, корней растений и гумуса, а в глубоких горизонтах - в виде нефти. Бурого и каменного угля. Повсеместно на равнинных площадях с поверхности залегает почва, которая содержит 0,5…5% органических соединений. Коллоидная активность гумуса выше, чем даже глинистых минералов.

Жидкая составляющая грунтов. Кристаллизационная вода принимает участие в строении кристаллических решеток минералов и находится внутри частиц грунта. Удаление ее путем длительного нагревания грунта может привести к разложению минералов и значительному изменению свойств грунта.

Свободная вода в грунте подчиняется законам гидравлики. Она передает гидростатическое давление и может перемещаться под воздействием разности напоров. Часто свободную воду подразделяют на гравитационную и капиллярную. Практически вся вода, содержащаяся в трещиноватых скальных породах, крупнообломочных, гравелистых и крупных песках, относится к гравитационной. Капиллярная вода может содержаться в песках средней крупности, мелких и особенно пылеватых песках и глинистых грунтах. Газообразная составляющая грунта. Содержание воды и газов в грунтезависит от объема его пор: чем больше порызаполнены водой, тем меньше в них содержится газов. В самых верхних слоях грунта газообразная составляющая представлена атмосферным воздухом, ниже - азоном, метаном, сероводородом и другими газами.

Деформация оснований и гидроэкологическое усиление грунтов. Деформация оснований

Во время строительства зданий и сооружений необходимо, что бы деформация оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций была в пределах осуществления нормальной эксплуатации объектов и отсутствия недопустимых перемещений (трещины, садки, расстройство соединений, крены и т.д. ).

Вертикальные деформации основания подразделяются на:

Осадки - деформация, которая происходит в результате уплотнения грунта из-за внешних нагрузок и в некоторых случаях - собственного веса грунта, при этом не происходит коренного изменения его структуры;

Просадки - деформации, которые происходят в результате уплотнения и вместе с тем, коренным изменением структуры грунта под воздействием нагрузок, как внешних и собственного веса грунта, так и факторов, действующих дополнительно (замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т.д.);

Набухание и усадки - это деформации, которые получаются при изменении объема глинистых грунтов из-за изменения их влажности, температуры - морозное пучение или химическое воздействие веществ.

Оседания - это деформации земной поверхности, которая получается при разработке полезных ископаемых, при изменении гидрогеологических условий, и т.д. В зависимости от причин возникновения деформации основания подразделяются на два основных вида.

1-й вид - деформации грунтов образованных в связи с нагрузками на основание передаваемых зданием или сооружением (садки, просадки).

2-й вид - деформации, не зависящие от нагрузки здания или сооружения, которые проявляются в виде горизонтальных и вертикальных перемещений поверхности основания (набухания и усадки, оседания, просадки грунта от собственного веса.)

Неравномерные деформации наиболее опасные для зданий и сооружений.

Основные причины неравномерных деформаций основания.

Изменение снижаемости обычных грунтов 1 типа по просадочности из-за неоднородности, выклинивания и непараллельности залегания отдельных слоев, наличие лина и других включений, неравномерного уплотнения грунтов, в т.ч. искусственных подушек, и т.д.;

Особенность деформирования основания как сплошной среды, которая проявляется, например, в том, что осадки основания происходят не только в пределах площадки загружения, но и за ее пределами;

Неравномерное увлажнение грунтов, в т.ч. просадочных, набухающих и засоленных в пределах деформируемой зоны основания;

Различие величин нагрузок на отдельные фундаменты, их размеров в плане и глубины заложения;

Неравномерное распределение нагрузок на территории в непосредственной близости от сооружения;

Нарушения правил производства строительных работ, приводящие к ухудшению свойств грунтов, ошибки, допущенные при инженерно-геологических изысканиях и проектировании оснований и фундаментов, также нарушение предусмотренных проектом условий эксплуатации здания и сооружения.

Для деформации основания 2-го вида:

Замачивание или существенное повышение влажности грунтов на площадках 2го типа по просадочности;

Подземные горные выработки;

Изменение температурно-влажностного режима некоторых видов грунтов (например, набухающих) изменение гидрогеологических условий площадки и т.д.; Влияние динамических воздействий (например, от проходящего по рядом расположенной дороге тяжелого транспорта).

Заключение

В зависимости от типа, назначения, конструктивных и технологических особенностей сооружения - с одной стороны, от особенностей геологического строения основания, физико-механических свойств грунтов и возможных их изменений в результате строительства и эксплуатации сооружения - с другой, сложность устройства оснований и фундаментов может быть различна. Этому соответствует широкая номенклатура типов фундаментов и способов улучшения строительных свойств грунтов оснований, обеспечивающая возможность строительства и нормальной эксплуатации любых сооружений в самых сложных инженерно0геологических условиях.

Однако стоимость, трудоемкость и длительность работ, связанных с устройством оснований и возведением фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, может составлять весьма значительную часть общих расходов на строительство сооружения. Поэтому всегда важно оценить технико-экономическую целесообразность размещения тех или иных сооружений в определенных инженерно-геологических условиях.

Очень важной составляющей всего комплекса являются инженерно - геологические и геотехнические изыскания на площадке предполагаемого строительства. Необходимо всегда помнить, что изыскания проводятся для проектирования и строительства определенного сооружения или комплекса сооружений. Поэтому программа изысканий должна учитывать специфические особенности проектируемых зданий и сооружений. А рекомендации изыскателей содержать конкретную информацию, необходимую для проектирования и строительства именно этих зданий и сооружений. Целесообразна, особенно в сложных инженерно-геологических условиях, тесная взаимосвязь между проектировщиками и изыскателями, что позволит своевременно вносить необходимые коррективы в программу изысканий, а в случае необходимости - и в проект сооружения. Это обеспечит повышение качества и сокращение продолжительности проектно-изыскательных работ.

Литература

1.С.Б.У хов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский, З.Г. Тер-Мартиросян, С.Н. Чернышев. Механика грунтов, основания и фундаменты / Учебное пособие: - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005 г. - 528с.

Подобные документы

Характеристика крупнообломочных и песчаных грунтов. Анализ влияния состава, структуры, текстуры и состояния грунтов на их свойства. Инженерно-геологическая классификация грунтов. Характер связей между частицами в породах. Механические свойства грунтов.

контрольная работа [27,9 K], добавлен 19.10.2014

Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки. Расчет физико-механических свойств грунтов. Определение показателей текучести слоя, коэффициента пористости и водонасыщенности, модуля деформации. Разновидности глинистых грунтов и песка.

контрольная работа [223,4 K], добавлен 13.05.2015

Анализ способов оценки инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства. Рассмотрение особенностей определения классификационных показателей и физико-механических свойств грунтов. Анализ грунтовых условий строительной площадки.

контрольная работа [620,4 K], добавлен 15.05.2014

Предельные абсолютные и относительные деформации пучения фундамента. Физико-механические характеристики мерзлых грунтов. Классификация мёрзлых грунтов по гранулометрическому составу, льдистости и засоленности. Свойства просадочных грунтов лёссовых пород.

курсовая работа [558,0 K], добавлен 07.06.2009

Физико-географический обзор, геологическое строение и гидрогеологические условия Усть-Лабинского района. Проведение инженерно-геологических работ для проекта строительства компрессорной станции. Испытания просадочных грунтов статическими нагрузками.

Выбор фундамента под строительство загородного дома зависит, прежде всего, от вида грунта, на котором планируется возведение дома.

Поэтому в самом начале строительства еще при проектировании необходимо учесть данный фактор. Если рассматривать виды деформации грунтов, то необходимо разделить их по составу грунта. То есть отличительной чертой грунтов будет материал, из которого он образован.

Поэтому все грунты делятся на

Песчаные;
Суглинки и супеси;
Скальные;
Глинистые;
Крупноблочные;
Лесс;
Плывуны;
Насыпные;
С органическими примесями.

Чаще специалисты, чтобы не делать такую большую разбивку по типам, делят все грунты на две категории:

Сцементированные;
Несцементированные.

К первой категории относятся скальные и крупноблочные грунты, отличающиеся большим коэффициентом твердости и прочности. Ко второй категории относятся все остальные типы грунтов. Это грунты, состоящие из рыхлой породы, которая легко поддается рыхлению.

Но о какой бы категории грунта мы не говорили, все равно в основе всех расчетов будет лежать только один показатель – это деформация грунтов. Данный показатель определяется внешними силами, которые действуют на грунт, создавая внутри него перемещение частиц.

И здесь необходимо отметить, что создаваемое напряжение внутри грунта обеспечивает его деформацию. То есть нагрузка, к примеру, фундамента на грунт, создает напряжение, полученное за счет перемещения частиц грунта. Если нагрузку снять, то некоторые частицы вернутся в свое первоначальное положение, а часть останется в новом положении.

Так вот первый вариант с возвращенными частицами называется упругая деформация. А второй вариант с оставшимися частицами называется остаточная деформация. Если рассмотреть твердые тела, такие как металл, то обычно их остаточная деформация незначительна. Поэтому ее часто не учитывают при проведении расчетов на нагружаемость конструкций из металла.

То же самое нельзя сказать про грунты. Обычно практически в любых грунтах остаточная деформация преобладает над упругой в несколько десятков раз. Поэтому данный показатель должен быть учтен при проведении расчетов фундаментной нагрузки.
Виды деформаций грунта, а это, как было сказано выше упругая и остаточная, постоянно сопровождают друг друга.

Соответственно, чтобы получить полную или, как говорится, общую деформацию, необходимо сложить два вида деформации. Правда, не всегда общая деформация берется за расчетную. В каких-то случаях все же приходится брать за основу только упругую деформацию. В каких-то только остаточную.

Упругая деформация грунта

Если рассматривать основные виды грунта и их особенности в отдельности, то необходимо сказать, что каждый из них делится на подгруппы. Так упругая деформация делится на деформацию сжатия-растяжения, то есть изменения объема, и на деформацию изменения формы без изменения объема.

Первая обычно возникает при нагрузке, которая периодически дает сжатие и растяжение. То есть, происходит то нагрузка, то разгрузка грунта. Вторая деформация появляется только в случае мгновенной нагрузки.

Обычно при упругих деформациях не происходит компрессия грунта, потому что нагрузка действует мгновенно. Правда, сюда нельзя отнести вибрацию, которая все же создает компрессионные изменения в грунтах.

При закладке фундаментов можно часто наблюдать уплотнение грунта в одном месте и набухание в другом. Такой вид деформации нельзя отнести к упругим, потому что для их появления необходим определенный промежуток времени. К тому же данные процессы являются необратимыми.

Также необходимо отметить деформацию ползучести, где в структуре грунта появляются сдвиги частиц относительно друг друга. Такая деформация может со временем остановится, тогда она носит название затухающей. Если сдвиг продолжается в течение продолжительного времени, то такая деформация носит название установившейся. Обычно скорость такой деформации не меняется во времени.

Остаточная деформация грунта

И все же остаточная деформация будет считаться основным показателем, который будет влиять на выбор вида фундамента для загородного дома. Она обычно появляется при изломе грунта и разрушении структуры самих частиц.

Часто можно простым взглядом обозревать появление на поверхности грунта остаточной деформации, если нагрузка повторяется не один раз. К примеру, появление колеи на проселочных дорогах. Периодические нагрузки становятся причиной, от которой остаточная деформация просто накапливается.

Физических причин, по которым будут возникать те или иные виды деформаций грунта, могут быть различны. Часто сочетание причин вызывают деформацию. Но без какой-либо нагрузки деформации возникнуть не могут.

А возведение фундамента дома – это чистая нагрузка на грунт. Тем более бетон, из которого возводят фундамент, имеет достаточно большую массу. Вот вам и большая нагрузка.

Укрепления грунтов

В строительстве давно научились избегать последствий от появившихся деформаций. Такие технологии давно наработаны, и опыт имеется большой. Во многих регионах методам укрепления грунтов уделяется очень большое внимание.

Во-первых, необходимо отметить, что искусственное укрепление грунтов необходимо только для того, чтобы повысить несущую способность самих грунтов. Во-вторых, все виды укрепления делятся на несколько способов:

Цементация;
Силикатизация или химический;
Электрохимический;
Электрический;
Механический;
Термический.

Есть еще несколько способов, но они очень редко используются в строительстве загородных домов.

Первый способ самый распространенный, потому что не требует больших затрат как денежных, так и трудовых. Заключается он в том, что вначале в грунт забивают сваи. Сваи должны быть полыми. Внутрь заливается очень жидкий цементный раствор. Пока цемент не засох, убираются сваи. Обычно этот способ укрепления используется в песчаных грунтах.

Химический способ основан на заливке в сваи химических растворов. Также используется в грунтах песчаных и лессовых. Технология заливки химических растворов идентична технологии заливки цементного раствора. Единственное отличие – это состав самого раствора.

Химические растворы изготавливаются на основе жидкого стекла. А вот добавки могут быть любыми, все зависит от типа грунта. К примеру, в песчаные грунты заливают раствор жидкого стекла и хлористого кальция, а в пылевидные песчаные грунты лучше всего заливать раствор на основе жидкого стекла и фосфорной кислоты. А вот в лессовые грунты обычно заливают просто жидкое стекло.

Термическое укрепление грунта основано на пропускании через слои грунта раскаленных газов. Обычно газы проходят через трубы, относящиеся к категории жаропрочных. К тому же газы обязательно мешаются с воздухом. Этим способом достигается обжиг внутренних слоев грунта, то есть повышается показатель прочности.

А вот электрический способ применяют в основном в глинистых грунтах, где есть повышенное содержание влаги. Постоянный электрический ток пропускается через грунт. Тем самым добивается осушение глины, что ведет к ее уплотнению. Следствие – способность грунта к пучению сходит к минимуму.

Электрохимический способ совмещает в себе не только обработку грунта постоянным током, но также введением в его слои через катод, который представляет собой полую трубу химических растворов. Последние являются катализаторами, с помощью которых процесс укрепления сильно возрастает. Обычно к таким растворам относят, например, водный раствор хлористого кальция.

Механические способы давно известны в строительстве и пришли в настоящее время из далеких веков. Их несколько, но основных способов всего три, которые до сих пор используются, это:

Обычно подушку изготавливают из более прочных материалов, которые укладываются послойно, и также утрамбовываются. Часто подушки изготавливают из щебня или того же бетона.

Грунтовые сваи – более сложный процесс, который связан с использованием специальной техники.

Предварительно сваи забиваются в грунт, затем они удаляются. В образовавшиеся полости засыпают более прочный грунт. Кстати, и в этом случае приходится проводить послойную утрамбовку.

Вытрамбовывание котлована – менее трудоемкий процесс, потому что не связан с заменой грунта на более прочный. Обычно утрамбовку производят специальной трамбовкой достаточно большой массы, которую подвешивают на подъемный кран.

Поднимая трамбовку на предельную высоту, сбрасывают на дно котлована. При ударе происходит остаточная деформация грунта. Такую процедуру выполняют несколько раз на одно и то же место.

В промышленном строительстве, когда размеры котлованов достигают больших размеров, часто используют способ уплотнения дна котлована. В данной ситуации обычно используется спецтехника, такая как кулачковые и гладкие катки, вибромашины, виброплиты, трамбующие машины.

В загородном строительстве больше всего используется метод замены слабого грунта на более прочный. Обычно более прочным материалом является крупнозернистый песок или щебень. Вырытый под фундамент котлован или траншеи засыпаются песком, который обязательно утрамбовывают, не забывая при этом его поливать. Такой грунт называется подушкой.

Как видно из этой статьи, виды укрепления грунтов различны. Какой именно необходим для строительства вашего загородного дома, подскажет только точный анализ грунтов. И только после этого можно будет решать проблемы, связанные с выбором самого фундамента. А это в свою очередь отразится на экономии, затратах и выплатах работникам, которые будут заниматься заливкой фундамента. Как обычно, все упрется в финансы.

Читайте также: