Основания и фундаменты, требования предъявляемые к ним. Грунты оснований, их виды, классификация, физические и механические свойства грунтов.

Грунты — это горные породы, почвы, техногенные образова­ния, которые залегают в верхней части земной коры, являются объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека и мо­гут быть использованы в качестве оснований зданий и сооруже­ний, среды для размещения в них сооружений, материала самого сооружения.

Наиболее часто в качестве оснований используются несцемен­тированные, сыпучие и глинистые грунты, реже, так как реже выходят на поверхность, скальные грунты. Классификация грунтов в строительстве принимается в соответствии с ГОСТ 25100-95 «Грун­ты. Классификация».

Знание строительной классификации грунтов требуется для оценки их свойств как оснований под фундаменты зданий и со­оружений. Грунты делятся на классы по общему характеру струк­турных связей. Различают: класс природных скальных грунтов, класс природных дисперсных грунтов, класс природных мерзлых грунтов, класс техногенных грунтов. Более подробно рассмотрим класс природных скальных грунтов и класс дисперсных грунтов.

Скальные грунты — грунты с жесткими структурными связя­ми (кристаллизационными и цементационными). Скальные грун­ты могут состоять из изверженных, метаморфических и осадоч­ных сцементированных горных пород. Наиболее распространен­ные виды скального грунта: граниты, песчаники, известняки и др.

Класс скальных грунтов подразделяется на группы (скальные и полускальные грунты). Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по расчетному значению предела прочности на одноосное сжатие скальных грунтов Д. (см. параграф 11.1.5).

Дисперсные грунты — грунты, состоящие из отдельных мине­ральных частиц (зерен) разного размера, слабо связанных друг с другом. Эти грунты образуются в результате выветривания скаль­ных грунтов с последующей транспортировкой продуктов вывет­ривания водным или эоловым (воздушным) путем и их отложения.

Расчет оснований ведется по двум группам предельных состоя­ний, при этом учитывается совместная работа оснований, фун­даментов и надземных конструкций.

Фундаментом называют подземную часть здания или сооруже­ния, которая предназначена для передачи нагрузок на основание. Нагрузка N, приходящаяся на верхний обрез фундамента, распре­деляется по подошве фундамента и вызывает давление в основа­нии.

Для расчета фундаментов и оснований необходимо знать свой­ства грунтов, которые разделяются на физические и механические.

Физические характеристики грунтов, их строительная класси­фикация, грунтовые воды, напластования грунтов и т.п. более подробно рассматриваются в курсе «Инженерная геология». В настоящем учебнике даны основные понятия, нужные для по­нимания расчетов оснований и фундаментов.

Грунты являются трехкомпонентной системой, т.е. состоят из твердых частиц и пор, которые заполнены водой и газами (рис. 11.2).

Ряд характеристик грунтов определяют в лабораторных усло­виях, для них принимают следующие обозначения: V— объем грунта; V_s — объем твердых частиц; V„ — объем пор; V_w— объем воды; m — масса грунта; m_s — масса твердых частиц; — масса воды.

Ниже рассматриваются физические характеристики дисперс­ных грунтов. Как уже отмечалось, дисперсные грунты разделяются на связные и несвязные. Связные дисперсные грунты обладают свойством пластичности.

Для пластичных грунтов (глинистые грунты, торфы) определяют­ся характеристики, отражающие способность этих грунтов удержи­вать воду и состояние грунтов (от твердого до текучего) при природ­ной влажности. Способность глинистых грунтов удерживать воду зависит от количества глинистых частиц в грунте, между частицами глины образуются водно-коллоидные связи, которые придают грунту связность (препятствуют рассыпанию частиц грунта) и влияют на работу таких грунтов под нагрузкой. Для нахождения этих характе­ристик предварительно в лабораторных условиях определяют влаж­ности на границе текучести и на границе раскатывания'.

• влажность на границе текучести W_L—это такая влажность, при которой грунт переходит в текучее состояние. Величина условная, определяемая при помощи стандартного конуса, который ставится на исследуемый грунт, в котором изменяют влажность. При опускании конуса на установленную стандартом глубину считается, что грунт достиг границы текучести. Определяют для этого состояния грунта влажность, которая и считается влажностью на границе текучести;

• влажность на границе раскатывания W_p — это такая влаж­ность, при которой грунт переходит в полутвердое состояние. Оп­ределяется раскатыванием тонких цилиндров грунта. При раска­тывании вода, находящаяся в грунте, постепенно испаряется и на­ступает момент, когда в грунте появляются трещины. Принято считать, что при этом грунт перешел в полутвердое состояние и определяется влажность такого грунта, которая и считается влаж­ностью на границе раскатывания.