Грунт — горная порода или почва, представляющая собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени и используемую как основание, среда или материал для возведения зданий и сооружений.

Все нагрузки, действующие на здание, в том числе и собственный вес здания, через фундаменты передаются на грунт. Грунт, непосредственно воспринимающий эти нагрузки, называется основанием. Надежность и прочность основания являются важнейшими условиями для нормальной эксплуатации здания.

Грунт, способный в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведенного здания, называется естественным основанием.

Искусственное основание — искусственно уплотненный или упрочненный грунт, который в природном состоянии не обладает достаточной несущей способностью.

Вследствие давления, передаваемого зданием на основание, грунты под фундаментом испытывают значительные сжимающие усилия. Под действием этих усилий грунты равномерно уплотняются. Такие равномерные деформации, называемые осадкой грунта, вызывают осадку фундаментов.

Общий вид оснований и фундаментов

а – естественное основание б – искусственное основание

Неравномерные деформации фунта, происходящие в результате уплотнения и, как правило, существенного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственной массы грунта и других факторов (замачивания просадочного грунта, подтаивания линз льда в грунте и т.д.), называют просадками. Они могут вызвать повороты фундаментов вплоть до разрушения. Просадки оснований недопустимы.

Для того чтобы осадки не оказали опасных воздействий на работающие под нагрузкой конструкции, а также не повлияли на условия эксплуатации зданий, установлены предельные величины деформаций основания и напряжений в грунте, возникающих под подошвой фундаментов. Допустимые величины осадок в зависимости от вида здания составляют от 80 до 150 мм.

Грунт, работающий как основание здания, должен удовлетворять следующим требованиям: обладать достаточной несущей способностью, а также малой и равномерной сжимаемостью (слабые, непрочные грунты или сильно сжимаемые вызывают большие и неравномерные осадки здания, приводящие к его повреждению и разрушению); не подвергаться пучению, т.е. увеличению объема при замерзании влаги, находящейся в его порах (выбирают глубину заложения фундамента, которая зависит от глубины промерзания грунта в районе строительства); не размываться и не растворяться грунтовыми водами (образуется пористость основания, которая снижает его несущую способность); не допускать просадок (возникает при недостаточной мощности слоя грунта основания, если под ним расположен слабый грунт); не допускать оползней (возникают при наклонном расположении пластов грунта); не должны обладать ползучестью — длительными незатухающими деформациями под нагрузкой.

Скальные грунты — залегают в виде сплошного массива (грани¬ты, кварциты, известняки) или в виде трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы, не подвержены пучению, являются надежным основанием.

Крупнообломочные — несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). К ним относятся: щебень, галька, гравий. Эти грунты малосжимаемы, во¬доустойчивы, непучинисты, являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный грунт.

Песчаные — состоят из частиц от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, сред¬ней крупности, мелкие, пылеватые.

Пески гравелистые, крупные, средней крупности под нагрузкой равномерно сжимаются, поэтому осадка сооружения быстро пре¬кращается, при замерзании не вспучиваются и являются прочным и надежным основанием.

Пески мелкие и пылеватые при увлажнении и последующем за¬мерзании становятся пучинистыми, несущая способность при ув¬лажнении уменьшается.

Глинистые — связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм. Несущая способность зависит от влажности. В сухом и маловлажном состоянии воспринимают значительные нагрузки, при увлажнении несущая способность снижается. Отличаются дли¬тельной осадкой под нагрузкой и вспучиванием при замерзании.

Лессовые — глинистые грунты с содержанием большого коли¬чества пылеватых частиц и наличием крупных пор. Эти грунты в су¬хом состоянии обладают достаточной несущей способностью. При увлажнении структура лессовых грунтов разрушается, и под действием нагрузки образуются просадки. При использовании таких фунтов в качестве оснований требуются специальные меры по укреплению и защите от увлажнения.

Насыпные — образовавшиеся искусственно при засыпке овра¬гов, прудов, местных свалок. Эти грунты неоднородны по структуре, обладают неравномерной сжимаемостью. Для использования таких грунтов в качестве оснований необходимы исследования их несу¬шей способности.

Для выбора надежного основания на отведенном под строитель¬ство участке производят геологические и гидрогеологические иссле¬дования, чтобы определить вид, мощность пластов, их физические и механические свойства, положение уровня грунтовых вод.

В зависимости от этажности здания и местных условий глубина исследования составляет от 6 до 15 м и более. Исследование осущест¬вляется бурением скважин или рытьем шурфов (колодцев) и лабо¬раторными анализами образцов грунтов. Грунтовые воды (при их наличии) подвергают химическому анализу, так как они могут быть агрессивными. Результаты исследования заносят в специальные журналы, после чего составляют чертежи вертикальных разрезов (колонок) буровых скважин. По этим данным составляют геоло¬гический профиль грунтового массива с указанием полных харак¬теристик пластов грунта и положения уровня грунтовых вод, что позволяет правильно выбрать основание под здание.

Неравномерное пучение грунта

Если грунт на участке строительства не удовлетворяет предъяв¬ляемым требованиям, то устраивают искусственные основания. Такие основания при возведении зданий на слабых грунтах устраи¬вают путем их искусственного упрочнения или заменой слабого грунта. Упрочнение грунта может быть осуществлено следующими способами:

• уплотнением — пневматическими трамбовками ил и трамбовоч¬ными плитами массой от 2 до 4 т. Этот способ применяют в слу-чае, если фунты недостаточно плотные, а также при насыпных фунтах. Если грунты песчаные или пылеватые, то для их уплот¬нения применяют поверхностные вибраторы. Этот способ явля¬ется более эффективным, так как грунт уплотняется быстрее;
• силикатизацией для закрепления песков, лессовых грунтов. Для этого в песчаный фунт поочередно нагнетают растворы жид¬кого стекла и хлористого кальция, для закрепления пылеватых песков — раствор жидкого стекла, смешанного с раствором фосфорной кислоты, а для закрепления лессов — только раствор жидкого стекла. В результате нагнетания указанных растворов фунт по истечении определенного времени приобретает значительно большую несущую способность;



Силикатизация грунта

• цементацией — нагнетанием в грунт по трубам жидкого цемент¬ного раствора или цементного молока, которые, затвердевая в порах грунта, придают ему камневидную структуру. Цементацию используют для укрепления гравелистых, крупных и среднезернистых песков;
• обжигом — путем сжигания горючих продуктов, подаваемых в специально устраиваемые скважины под давлением. Этот способ используют для закрепления лессовых грунтов;
• заменой слабого грунта на более прочный. Замененный слой грунта называют подушкой. При небольшой нагрузке на осно¬вание применяют песчаные подушки из крупной или средней крупности песка. Толщина подушки принимается по расчету.

Фундаменты являются важным конструктивным элементом здания, воспринимающим нагрузку от надземных его частей и передающим се на основание.

Фундаменты зданий должны быть прочными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента, долговечными, экономичными и индустриальными.

Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются надземные части здания, называется поверхностью фундамента, или обрезом, а нижняя его плоскость, соприкасающаяся с основанием, — подошвой фундамента.

Расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы называют глубиной заложения фундамента. Назначение здания, наличие в нем подвалов, глубина промерзания, уровень грунтовых вод — все это влияет на глубину заложения фундамента. Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (песка мелкого, пылеватого, супеси, суглинка или глины), то подошву фундамента нужно располагать не выше уровня промерзания грунта. В непучинистых грунтах (крупнообломочных, песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундаментов не зависит от глубины промерзания, однако она должна быть менее 0,5 м от уровня спланированной земли.

Глубина заложения фундамента под внутренние стены и столбы отапливаемых зданий принимается независимо от глубины промерзания грунта, ее назначают не менее 0,5 м. Необходимо, чтобы фундаменты внутренних и наружных стен опирались на однородный грунт во избежание неравномерных осадок.

Элементы фундамента

Классификация фундаментов по конструктивным схемам:

• ленточные, располагаемые непрерывной лентой под несущими стенами здания
• столбчатые в виде отдельных опор под колоннами
• сплошные в форме массивной плиты под зданием
• свайные в виде железобетонных или других стержней, забитых в грунт

Конструктивные схемы фундаментов:

а — ленточный под стены; б —тоже под колонны; е — столбчатый под стены; г — отдельный под колонну; д — сплошной безбалочный; е — сплошной балочный; ж —свайный; 1 — стена; 2 — ленточный фундамент; 3 — железобетонная колонна; 4 — железобетонная фундаментная балка; 5 — столбчатый фундамент; 6 — ростверк свайного фундамента; 7 —железобетонная фундаментная плита; 8 — сваи

Классификация фундаментов по материалу:

• из природного камня



Фундамент из природного камня

• бутобетона



Бутобетонный фундамент

• бетона



Бетонный фундамент

• железобетона



Железобетонный фундамент

Классификация фундаментов по характеру работы под нагрузкой:

• жесткие, работающие на сжатие (бутовые, бетонные, бутобетонные)
• гибкие, работающие на сжатие и изгиб (железобетонные)

Классификация фундаментов по характеру работы

Классификация фундаментов по глубине заложения:

• мелкого (до 5 м)
• глубокого (более 5 м) заложения

Глубина заложения фундаментов