Теоретичний матеріал до теми 4.

Основою називається масив ґрунту, розташований під фундаментом і сприймаючий навантаження від будинку. Основи бувають двох видів: природні й штучні.

Природною основою називають ґрунт, що залягає під фундаментом і здатний у своєму природному стані витримати  навантаження від зведеного будинку.

Штучною основою називають штучно ущільнений чи зміцнений ґрунт, який у природному стані не володіє достатньою несучою здатністю за глибиною закладення фундаменту.

Діючі навантаження деформують основи, викликаючи осідання будинку.

Відповідно до викладеного ґрунти, що складають основу, пови- нні відповідати наступним вимогам: володіти достатньою несучою здатністю, а також малою і рівномірною стисливістю (великі й нерівномірні осідання будинку можуть привести до його пошкодження і навіть руйнування); не здиматися, тобто мати властивість збільшення об’єму при замерзанні вологи в порах ґрунту (відповідно до цієї вимоги вибирають глибину закладення фундаменту, що повинна бути узгоджена з глибиною промерзання ґрунту в районі будівництва), не розмиватися і не розчинятися ґрунтовими водами, що також призводить до зниження міцності основи і появі непередбачених осідань будинку; не допускати осідань і зсувів.

Осідання можуть відбутися при недостатній потужності шару ґрунту, прийнятого за основу, якщо під ним розташовується ґрунт, що має меншу міцність (більш слабкий ґрунт). Зсуви ґрунту можуть від- бутися при похилому роз ташуванні шарів ґрунту, обмежених крутим рельєфом місцевості.

Головна ж увага при проектуванні приділяється питанню забезпечення рівномірності осідання. При цьому необхідно враховувати, що навантаження від будинку може викликати руйнування основи при його недостатній несучій здатності. З іншого боку, основа може і не зруйнуватися, але о сідання будинку виявиться настільки нерівномірним, що в стінах будинку з'являться тріщини, а в конструкціях виникнуть зусилля, що можуть призвести до аварійного стану всього будинку чи його частини.

Ґрунтові води значно впливають на структуру, фізичний стан і механічні властивості ґрунтів, знижуючи несучу здатність основи.

Якщо ж у ґрунті містяться легкорозчинні у воді речовини (наприклад, гіпс), можливе його вилуговування, що спричиняє збільшення пористості основи і зниження його несучої здатності. Для цього знижують рівень ґрунтових вод. У випадках, коли швидкість руху ґрунтових вод така, що можливе вимивання часток дрібнозернистих ґрунтів, треба застосовувати заходи для захисту основи. Для цього влаштовують навколо будинку спеціальне шпунтове огородження чи дренаж.

Які основні види ґрунтів і їхні властивості? Ґрунти різноманітні за своїм складом, структурою і характером залягання. Прийнята наступна будівельна класифікація ґрунтів:

Скельні – залягають у вигляді суцільного масиву (граніти, кварцити, піщаники і т.д.) чи у виді тріщинуватого шару. Вони водостійкі, нестисливі і при відсутності тріщин і порожнеч є найбільш міцними й надійними основами. Тріщинуваті шари скельних ґрунтів менш міцні.

Великоуламкові – незв'язні уламки скельних порід з перевагою уламків розміром більше 2 мм (по над 50 %). До них можна віднести гравій, щебінь, гальку, дресву. Ці ґрунти є гарною основою, якщо під ними розташований щільний шар.

Піщані – складаються з часток крупністю від 0,1 до 2 мм. Залежно від крупності часток піски розділяють на гравелисті, великі, середньої крупності, дрібні й пилуваті. Чим крупніші й чистіші піски, тим більше навантаження може витримати шар основи з нього. Стисливість щільного піску невелика, але швидкість ущільнення під навантаженням значна, то му осідання споруд на таких основах швидко припиняється. Піски не мають властивість пластичності.

Частки ґрунту крупністю від 0,05 до 0,005 мм називають пилуватими. Якщо в піску таких часток від 15 до 50%, то їх відносять до категорії пилуватих. Коли в ґрунті пилуватих часток більше, ніж піщаних, ґрунт називають пилуватим.

Глинисті – зв'язні ґрунти, що складаються з часток крупністю менше 0,005 мм, що мають в основному лускату форму. На відміну від пісків глини мають тонкі капіляри і велику питому поверхню зіткнення між частками. Оскільки пори глинистих ґрунтів часто заповнені водою, то при промерзанні глини відбувається її обдимання. Несуча здатність глинистих основ залежить від вологості. Суха глина може витримувати досить велике навантаження. Глинисті ґрунти поділяються на глини (із вмістом глинистих часток більше 30%), суглинки (10- 30%) і супеси (10 %).

Лесові (макропористі) – глинисті ґрунти з вмістом великої кількості пилуватих часток і наявністю великих пор (макропор) у вигляді вертикальних трубочок, видимих неозброєним оком. Ці ґрунти в сухому стані мають достатню міцність, але при зволоженні здатні давати під навантаженням великі осідання. Вони відносяться до просадних ґрунтів і при зведенні на них будинків вимагають належного захисту основ від зволоження. З органічними до мішками (рослинний ґрунт, мул, торф, болотний торф) вони неоднорідні за своїм складом, пухкі, мають значну стискальність. Як природні основи під будинки не придатні.

Насипні – грунти, що утворилися штучно при засипанні ярів, ставків, місць смітника і т.п. Мають властивість нерівномірної стисливості і в більшості випадків їх не можна використовувати як природні основи під будинки. У практиці зустрічаються також намивні  ґрунти, що утворилися в результаті очищення рік і озер. Ці ґрунти називають насипними. Вони є гарною основою для будинків.

Пливуни – у творюються дрібними з мулистими і глинистими домішками, насиченими водою. Вони не придатні як природні основи. Основи повинні забезпечувати просторову твердість і стійкість будинку, тому нормами передбачені припустимі величини осідання будинку (80-150 мм залежно від виду будинку).

Звичайно роблять ретельні геологічні й гідрогеологічні дослідження ґрунтів, щоб визначити їхні фізичні й механічні властивості, а також прийняти відповідне рішення про конструкцію будинку. З цією метою визначають вид і потужність окремих шарів ґрунту. Залежно від поверховості будинку і місцевих умов глибина дослідженні коливається в межах від 6 до 15 м і більше.

Дослідження або розвідку ґрунтів роблять шляхом  буравлення чи шурфування і лабораторних аналізів зразків шарів ґрунту. Якщо в зоні фундаментів виявлені ґрунтові води, то необхідно провести їхній хімічний аналіз, тому що ці води можуть бути агресивними і впливати на матеріал фунд аментів.

Результати геологічних і гідрологічних досліджень заносять у спеціальні журнали, після чого складають креслення вертикальних розрізів (колонок) свердловин чи шурфів і по них – геологічного профілю ґрунтового масиву з вказівкою повних характеристик шарів ґрунту і положення ґрунтових вод, що дає підставу для прийняття необхідних рішень.

Якщо ґрунт на ділянці будівництва не задовольняє пропонованим вимогам, а будинок необхідно зводити саме в цьому місці, то влаштовують штучні основи. Такі основи при зведенні будинків на слабких ґрунтах влаштовують шляхом їхнього штучного зміцнення чи заміни слабкого ґрунту більш міцним. З міцнення ґрунту можна здійснити такими способами:

Ущільненням – пневматичними трамбуваннями (іноді з у трамбуванням щебенем чи гравієм) чи трамбувальними плитами масою від 2 до 4 т, що мають вид усіченого конуса з діаметром основи не менше 1 м (із залізобетону, сталі чи чавуну). Цей спосіб застосовують у випадку, якщо ґрунти недостатньо щільні, а також при насипних ґрунтах. Для ущільнення великих площ застосовують ковзанки масою 10-15 т. Якщо ґрунти піщані чи пилуваті, то для їхнього ущільнення використовують також поверхневі вібратори. Слід відзначити, що цей метод є більш ефективним, тому що ґрунт ущільнюється швидше.

Силікатизацією – для закріплення пісків, пилуватих пісків (пливунів) і лесових ґрунтів. Для цього в піщаний ґрунт по черзі нагнітають розчини рідкого скла і хлористого кальцію, для закріплення пилуватих пісків – розчин рідкого скла, змішаного з розчином фосфорної кислоти, а для закріплення лесів – тільки розчин рідкого скла. У результаті нагнітання зазначених розчинів ґрунт після закінчення певного часу кам'яніє і має велику несучу здатність.

Цементацією – шляхом нагнітання у ґрунт по трубах рідкого цементного розчину чи цементного молока, які, тверднучи в порах ґрунту, додають йому каменевидної структури. Цементацію застосовують для зміцнення гравелистих, великих і серед ньозернистих пісків.

Випалюванням (термічним способом) – шляхом спалювання пальних продуктів, подаваних у шпари, що спеціально влаштовуються, під тиском. Цей спосіб застосовують для зміцнення лесових просадних ґрунтів.

Якщо ущільнити закріпити ґрунт важко, шар слабкого ґрунту заміняють більш міцним. Замінений шар ґрунту називають подушкою. При невеликому навантаженні на основу застосовують піщані подушки з великої чи середньої крупності піску. Товщина подушки має бути такою, щоб тиск на слабкий шар ґрунту, що лежить нижче, не перевищував його нормативного опору.