5.2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

До начала проектирования фундаментов необходимо;

• изучить местный опыт строительства;

• ознакомиться по материалам инженерно-геологических изысканий с напластованием грунтов и положением уровня грунтовых вод (УГВ) на строительной площадке, ожидаемым во время строительства фундаментов и эксплуатации сооружения;

• установить нормативные и расчетные характеристики грунтов каждого слоя для расчета по обеим группам предельных состояний.

Особое внимание должно уделяться оценке УГВ, его сезонным колебаниям, возможным изменениям вследствие возведения сооружения, агрессивности по отношению к материалу фундаментов.

Для каждого слоя грунта устанавливают природную влажность  , плотность грунта , твердых частиц грунта   и скелета грунта , удельный вес грунта  , твердых частиц грунта   и сухого скелета грунта  , пористость n, объем твердых частиц грунта в единице объема m, коэффициент пористости  ,

коэффициент водонасыщенности (степень влажности)  , влажность на границе текучести   и на границе раскатывания  , число пластичности   и показатель текучести  . Характеристики   устанавливают опытным путем. Остальные вычисляют по формулам:

где   - ускорение свободного падения;  - удельный вес воды, равный 10 кН/м³.

По данным лабораторных или полевых испытаний устанавливают модуль деформации E, МПа, нормативные параметры сопротивления грунта сдвигу (угол внутреннего трения   и удельное сцепление c_n, МПа).

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды вычисляют по формулам

, 

5.3. Вариантность решения

При одних и тех же грунтовых условиях можно наметить несколько вариантов устройства фундаментов, из которых выбирают оптимальный на основе технико-экономического сравнения вариантов. Для этого рекомендуется:

• составить эскизы всех реальных вариантов;

• отбросить наиболее неприемлемые;

• рассчитать отобранные варианты для наиболее загруженного фундамента;

• произвести технико-экономическое сравнение вариантов.

5.4. Пучинистые свойства грунтов

Практически вся территория РФ находится в зоне сезонного промерзания грунтов. Большинство строительных площадок, на которых возводятся коттеджи, представлены глинистыми грунтами, мелкими и пылеватыми песками. Такие грунты легко сжимаются, размываются, поднимаются и пучатся при минусовой температуре.

Пучение грунтов обусловлено тем, что, накапливающаяся при промерзании грунта избыточная влага превращается в лед, увеличиваясь в объеме приблизительно на 10%, возникает подъем (пучение) слоев почвы в пределах глубины промерзания. Грунт стремится вытолкнуть фундамент из земли в зимний период и затягивает его при таянии льда весной. Это происходит неравномерно по периметру фундамента и может повлечь за собой его деформацию и разрушение.

Рис. 2.19. Схема образования неравномерных деформаций пучения.

1-поверхность талого грунта; 2-поверхность вспученного грунта; 3-граница промерзания; 4-снег; d_f-глубина промерзания; h_f-величина пучения поверхности грунта.

Силы пучения способны приподнять почти любой коттедж, правда, в разных местах участка с разной интенсивностью (около 12 тс/м2). Исключить влияние этого явления можно только при грамотном исполнении фундамента.

Даже когда грунтовые воды находятся ниже глубины промерзания грунта и не влияют на процесс пучения, оно происходит за счет перераспределения влаги в порах грунта в пределах глубины промерзания и расположенного ниже слоя грунта. Избыточное накопление воды в виде линз льда в верхней зоне промерзания происходит за счет иссушения нижних слоев грунта. Такие грунты, как правило, характеризуются как слабопучинистые.

При близком расположении грунтовых вод к поверхности грунта в течение 3-4 месяцев происходит движение воды к фронту промерзания, который перемещается вниз. Такие грунты в большинстве случаев характеризуются как сильнопучинистые.

На рис.2.20 показаны основные факторы и влияние их на морозное пучение грунта и подземные части зданий.

Рис. 2.20. Влияние основных факторов на морозное пучение грунта и подземные части зданий.

Различают четыре вида воздействия сил пучения на фундамент (рис. 4.3).

Рис. 2.21. Виды силового воздействия сил пучения на фундамент.

Наиболее опасными из них являются две силы (рис. 2.21)

• нормальные силы пучения, действующие на подошву;

• касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности фундамента.

Рис. 2.22. Виды воздействия пучинистых грунтов на фундаменты.

а-мелкозаглубленные; б-заглубленные ниже глубины промерзания;

-касательные силы пучения;   - нормальные силы пучения; q-погонная нагрузка от надфундаментной части дома; d_f-глубина промерзания.

С увеличением толщины мерзлого слоя возрастают нормальные силы пучения. Эти силы создают препятствующее их росту напряженно-деформированное состояние подстилающего талого грунта. Взаимодействие этих процессов в конечном итоге и определяет зависимость нормальных сил морозного пучения от формы и размеров подошвы фундамента. С ростом толщины слоя мерзлого грунта влияние ширины подошвы ленточных и площади подошвы столбчатых фундаментов увеличивается. В таблице 2.13 приведено значение нормальных сил пучения (Pf), создаваемое 1 см промерзающего слоя грунта в зависимости от площади подошвы фундамента (А) и степени морозной пучинистости грунта (f).

Таблица 2.13