Теоретичний матеріал до теми 20.

Просідаючі ґрунти – це ґрунти, які зменшують свій об’єм при заволожені. Типовим представником таких ґрунтів є лесові ґрунти і вони покривають біля 60 % території України. Лесові ґрунти мають високий вміст карбонатів, що пояснює їхню міцність при малій щільності і при невисокій природній вологості, вони достатньо міцні та стійкі (здатні утримувати вертикальну стінку). При заволожені руйнуються структурні зв’язки між частинками ґрунту і під дією природного тиску відбувається його доущільнення. Тому ці ґрунти називають просідаючими. Вони можуть просідати на 2 - 3 м, що викликає великі деформації споруд. Просадність визначають за допомогою критеріїв просадності (ступінь вологості) та показника просадності. Величина просадності визначаються експериментальними методами.

Міцність, стійкість і експлуатаційна придатність будівель, що зводяться в районах просідаючих ґрунтів, може бути забезпечена усуненням просідаючих властивостей ґрунтів шляхом їх ущільнення або застосування ґрунтових паль, попереднім замочуванням ґрунтів основи, заходами, що виключають можливість проникнення води в ґрунти основи, вибором конструктивних рішень, що забезпечують жорсткість несучого остова, а також можливістю швидкого відновлення конструкцій після їх осідання.

При виборі типу несучого кістяка будівель віддають перевагу конструктивним схемам, які малочутливі до нерівномірних осідань.

Будівлі належить проектувати простою конфігурацією в плані. Будівлі, що мають велику протяжність, розрізаються осадочними швами, які суміщаються з температурними і розташовуються у поперечних стінах. У великопанельних будинках окремі відсіки повинні замикатися поперечними стінами біля осадочних швів. У багатоповерхових великопанельних будівлях відстань між осадочними швами приймають не більше 72 м. Для підвищення міцності та стійкості таких будівель облаштовують армовані пояси, які викладаються на рівні міжповерхових перекриттів безперервно по всій довжині зовнішніх і внутрішніх стін в межах відсіків, розділених осадочними швами. Допускається також застосування збірно-монолітних поясів для забезпеченням міцності їх зв’язку з конструкціями.

Районами з підроблюваними територіями називають території, де під певним шаром земної поверхні ведеться видобування ракушняка, кам’яного вугілля, деяких видів солей і т.п. (Львівсько-волинський вугільний басейн, Донецький вугільний басейн та ін.) У районах з підроблюваними територіями відбувається осідання і горизонтальне зміщення земної поверхні, в результаті чого виникають деформації будинків і споруд.

Для зменшення величин деформацій будівель і споруд використовують різні архітектурно-планувальні та конструктивні заходи, що забезпечують просторову жорсткість і міцність будівель і споруд, стійкість їх конструкцій і надійний зв'язок елементів між собою. У числі цих заходів важливе значення має раціональна орієнтація кварталів і ділянок забудови, за якої будівлі у плані повинні розміщуватися під прямим кутом до напрямку поширення горизонтального зсуву (мульди зсування). Довгі і складні по конфігурації в плані будівлі розділяють деформаційними швами на відсіки. У будинках і спорудах влаштовують залізобетонні або армоцементні пояси по периметру зовнішніх і внутрішніх стін, забезпечують анкерування перекриттів у стінах, замонолічування міжповерхових перекриттів. Для забезпечення стійкості, міцності та експлуатаційної придатності будинків і споруд, які будуються на підроблюваних територіях, застосовуються жорсткі конструктивні схеми, при яких елементи не повинні мати взаємних переміщень, і будівля або споруда осідає як одне просторове ціле. Жорсткі конструктивні схеми мають великопанельні будинки з поперечними несучими стінами, каркасні будинки з жорсткими рамними вузлами несучого остова.

Такі конструктивні схеми допускаються при будівництві багатоповерхових каркасних будівель. Разом з тим, згідно частини І ДБНВ.1.1- 5:2000 «Будинки і споруди на підроблюваних територіях», рекомендується при проектуванні каркасних будинків віддавати перевагу податливим або комбінованим конструктивним схемам (зв’язковим або рамно-зв’язковим). Жорсткі ж схеми доцільніше приймати для безкаркасних будинків з поздовжніми і поперечними несучими стінами. При цьому поздовжні внутрішні несучі стіни не повинні мати зміщень ділянок стін у плані, а поперечні стіни повинні проектуватися суцільними на всю ширину будинку.

Висоту будинку в межах відсіку слід витримати однаковою, а облаштовувати підвали під частиною будівлі в межах відсіку, як правило, не рекомендується. Всі фундаменти в межах відсіку повинні розташовуватися на одному рівні; стовпчасті фундаменти бажано пов'язувати між собою горизонтальними зв’язками-розпірками.

Дуже важливо для запобігання від можливих просідань захищати ґрунти від проникнення в них будь-яких видів вологи, як атмосферної, так і експлуатаційної. Для цього необхідно облаштовувати надійне вимощення шириною до 1,5 м, та зробити ретельну гідроізоляцію стін і підлоги підвалів, місць примикання трубопроводів і т.п.

Архітектурно-планувальні заходи щодо захисту будівель від нерівномірних деформацій включають також усі заходи забезпечення експлуатаційної надійності будинків, передбачених завданням на проектування з урахуванням місцевих умов.

Особливості будівництва на макропористих просідаючих ґрунтах.

Спеціальний різновид глинистих ґрунтів складають макропористі (леси, лесовидні) з пористістю 50 % і більш з крупними порами у вигляді вічок і вертикальних трубочок. Унаслідок таких особливостей структури макропористі ґрунти є просідаючими: при замочуванні водою вони під дією зовнішнього навантаження або навіть під дією власної ваги дають додаткове, швидке осідання (просідання). Просідання часто перевищує по величині припустиме осідання і іноді досягає десятків сантиметрів та становить серйозну загрозу для міцності та цілісності споруд. Тому будівництву на просідаючих ґрунтах, як правило, передують роботи по їх ущільненню і вертикальному плануванню території, що виключає замочування основи атмосферними водами завдяки їх швидкому скиданню в зливоочистну мережу.

Ґрунти основи знаходяться в обжатому стані під двома силовими діями – власної ваги розміщених вище шарів ґрунту і всіх силових дій на будівлю, що передаються його фундаментами на основу. Тиск від власної ваги ґрунту називається природним (побутовим), а від будівлі – додатковим. По глибині основи ці силові дії проявляються по різному: інтенсивність природного тиску зростає, а додаткового падає за рахунок розподілу його на ширший простір. Вплив додаткового тиску на деформації основи проявляється на глибину кінцевої величини, що називається величиною деформаційної товщі основи. Верхньою межею товщі, що деформується, вважається відмітка підошви фундаменту, нижньою – відмітка, на якій величина додаткового тиску падає до 0,2 природного (P_дод. = 0,2 P_пр).

Матеріалом фундаментів служить природний або штучний камінь (бетон). Найбільшого поширення набули бетонні і залізобетонні (збірні і монолітні) конструкції фундаментів.

Глибина закладання фундаментів визначається залежно від об’ємно- планувального рішення будівлі (наявність підвалу, підземних комунікацій), величини і характеру навантажень на основу, геологічної будови і характеру нашарувань окремих видів ґрунтів (глибина закладання може бути частково збільшена з прорізкою слабкого шару ґрунту для установки підошви фундаменту на міцніший підстилаючий шар), гідрогеологічних і кліматичних умов, що визначають глибину сезонного промерзання і відтавання ґрунтів.

У випадках коли об’ємно-планувальні та інші чинники не впливають на глибину закладення фундаментів, її величина приймається мінімальною. На нескальних і непучинистих ґрунтах вона становить 0,5 м для зовнішніх стін і колон, для внутрішніх стін – 0,2 м для збірної конструкції фундаментів і 0,5 м для монолітної.

У пучинистих глинистих ґрунтах, дрібнозернистих і пилуватих, вологих, піщаних і мулистих ґрунтах глибина закладення фундаментів залежить від глибини сезонного промерзання і температурного режиму будівлі, його підвалу або підпілля. Глибина закладення фундаментів зовнішніх стін і колон опалювальних будівель при таких ґрунтових умовах приймається не менше розрахункової глибини промерзання – Н, внутрішніх опор при холодних підвалах і підпіллях – 0,5 Н, при теплих – незалежно від цієї величини. Для неопалюваних будівель глибина закладення фундаментів зовнішніх і внутрішніх опор приймається не менше H.

Конструкції фундаментів бувають різних типів: стрічкові, стовпчасті, плитні (суцільні) і палі. Вибір типу фундаментів залежить від конструктивної системи будівель, величини переданих навантажень, а також від несучої здатності і деформативності ґрунтів.

Для безкаркасних будинків з несучими стінами найчастіше застосовують стрічкові або пальові фундаменти, для каркасних – стовпчасті або «пальові», для багатоповерхових і висотних будівель різних конструктивних систем – плитні або пальові фундаменти. Остаточний вибір варіанту конструкції фундаменту здійснюється за результатами техніко-економічного аналізу варіантів.

Стрічкові фундаменти являють собою безперервну підземну стіну, що передає навантаження від наземних стін або колон ґрунту через розширену нижню частину – подушку і піщану або щебеневу підсипку товщиною 50- 100 мм. Розширення подушки необхідне для приведення у відповідність величини додаткового тиску під підошвою фундаменту несучій здатності ґрунту, оскільки величина розрахункових тисків на ґрунт істотно менше розрахункових опорів кам’яних або бетонних стін. Стрічковий фундамент без подушок влаштовується тільки під мало навантаженими стінами. Стрічкові фундаменти проектують монолітними або збірними. Монолітні стрічкові фундаменти виконують з бетону або бутобетону. Перехід до розширеної підошви у бутобетонних фундаментах здійснюється уступами висотою не менше 30 см при відношенні висоти уступу до його ширини в межах 1,25 - 1,75. Зниження трудомісткості зведення монолітних фундаментів забезпечується застосуванням інвентарної опалубки.

Основні зовнішні ознаки просідаючих ґрунтів: здатність зберігати вертикальні укоси в сухому стані; здатність швидко розмокати у воді; невисока вологість; наявність великих і дрібних пор, канальців; висока засоленість карбонатом кальцію, гіпсом, а також легкорозчинними у воді солями; колір ґрунту світло-коричневий.

Крім звичайного осідання, властивого будь-яким ґрунтам під дією вертикального навантаження, на просідаючих ґрунтах, при вже сталій напрузі, під підошвою фундаментів може відбутися додаткова осадка при замочуванні ґрунту. Ці додаткові осідання, що називаються просадками, набагато перевершують за величиною звичайні і є вкрай небажаними для будь-яких споруд, насамперед, для великопанельних будівель.

Щоб попередити можливу небезпечну втрату стійкості будівлі, необхідно при виконанні будівельних робіт по закладанню фундаментів ущільнювати ґрунти в зоні основи і здійснювати організоване відведення ґрунтової, атмосферної та господарської води від ділянки забудови. Будівельники іноді погіршують властивості ґрунтів при ритті котлованів, порушуючи природну поверхню ґрунту будівельного майданчика (нерівності, западини поглиблення, вали), що ускладнює природний стік атмосферної води.

При будівництві на глинистих ґрунтах і пилуватих суглинках виконавці робіт зобов’язані організувати швидке та безперешкодне видалення дощових і талих снігових вод з будівельного майданчика. Це досягається за рахунок належного планування поверхні ґрунту, облаштування необхідних каналів і водостоків.

Якщо у відкритому котловані за будь-яких причин з’явилася вода (дощ або верховодка), то її потрібно видалити, а дно зачистити на товщину розрідженого водою ґрунту. Вириті траншеї і шурфи, які не будуть використовуватись надалі під закладку фундаментів, необхідно невідкладно засипати місцевим ґрунтом і ретельно його утрамбувати.

При влаштуванні фундаментів на пилоподібних суглинках на дно котловану доцільно укласти шар піску товщиною 0,1 - 0,15 м з подальшим трамбуванням, а при текучому або пластичному стані ґрунту виконати трамбування зі щебенем або зробити бетонну подушку.

Якщо для фундаментів під житлові будинки використовується бутова кладка, що зустрічається тепер дуже рідко, останню не можна виконувати у воді, або в розрідженому ґрунті. Коли водовідлив неможливий або утруднений, бутову кладку треба замінити бетонною або бутобетонною.

Часто будівельники не очищають камінь від бруду, пилу і т. п. перед вкладанням його за призначенням, а це перешкоджає нормальному зчепленню каменю з розчином. Щоб волога з розчину не відсмоктувалась, необхідно камінь безпосередньо перед укладанням змочити водою. Крім того, необхідно дотримуватися правил кладки у відношенні горизонтальності рядів, розщебенюванням, оберіганням розчину від висихання. Порушення цих вимог на будівництві сприяють легкому розриву кладки фундаментів при спучуванні ґрунтів. Після закінчення будівництва на пучинистих і просідаючих грантах для відведення атмосферних вод необхідно влаштовувати вимощення з ухилом від будинку у співвідношенні 1:10, шириною не менше 1,5 м.

Просадність притаманна також вічномерзлим та льодонасиченим ґрунтам. До них відносять ґрунти з мінусовою температурою, що мають у своєму складі лід протягом тривалого періоду (3 роки і більше). Просадність вічномерзлої основи може виникати при її відтаванні під тепловим впливом експлуатованої будівлі. Щоб уникнути цього вдаються до влаштування штучної основи (утеплення поверхні чи попереднього відтаювання і ущільнення) або використовують природну основу, зберігаючи його мерзлий стан за рахунок спеціальних конструкцій фундаментів, підпілля та перекриття над ним.

Для забезпечення довговічної роботи споруд необхідна розробка набору фундаментів для різного типу споруд за призначенням і конструктивними особливостями, використовуючи який можуть застосовуватися найбільш ефективні фундаменти для конкретних споруд в конкретних інженерно- геокріологічних умовах.

Для каркасних будівель з технологічним обладнанням застосовують пальові фундаменти з металевих паль, рамно-просторові великопролітні ростверки, ортотропні плити перекриттів і ін. Для допоміжних споруд та блок- боксів доцільно використовувати мало заглиблені і поверхневі фундаменти, що суміщають несучі та охолоджуючі функції.