Теоретичний матеріал до теми 3.

Природні і штучні основи

Стійкість і міцність будівель значною мірою визначають основи і фундаменти. Ґрунтова основа будівлі (споруди) – масив ґрунту в ґрунтовому середовищі, на який розповсюджуються напруження від навантажень, що передаються фундаментами через контактні поверхні².

Основи можуть бути природними і штучними. Природною основою називають ґрунт, що залягає під фундаментом, і в природному стані має достатню міцність, стійкість, не дає недопустимих деформацій та не потребує спеціальних заходів для його укріплення. Штучною основою називають штучно ущільнений або зміцнений ґрунт, який у природному стані не має достатньої несучої здатності, тобто не може сприймати навантаження від зведеної будівлі.

Несучий шар ґрунту – це той шар, який сприймає навантаження і передає його на нижчі, підстилаючі шари.

Фізико-механічні властивості ґрунтів залежать від природи та структури самих ґрунтів, а також від наявності або відсутності ґрунтових вод. У більшості випадків ґрунтові води знижують несучу здатність основи, а коливання їх рівня може призводити до нерівномірних осідань будівлі. Ґрунт, здатний утримувати в своїх порах воду, при проморожуванні здимається, оскільки вода при замерзанні збільшує об’єм. Сили, що призводять до здимання, досить великі та можуть спричинити недопустимі деформації будівлі (осідання, просідання, підняття, горизонтальні переміщення, провали).

Природні основи повинні:

• володіти малою й рівномірною стисливістю. Великий і нерівномірний стиск ґрунту може викликати пошкодження й руйнування будівлі;
• мати достатню несучу здатність (міцність), яка визначається фізико- механічними властивостями ґрунтів;
• не здиматися, тобто не збільшуватись в об'ємі при замерзанні і не зменшуватись при відтаненні;
• протистояти дії ґрунтових вод;
• бути нерухомими. Великий кут нахилу пластів може привести до ковзання одного пласта по іншому (зсув) та руйнування будівлі.

Класифікація ґрунтів та їх властивості

Ґрунти дуже різноманітні за своїм складом, структурою та характером залягання. Класифікація ґрунтів включає такі ознаки³:

• клас   –   за   загальним   характером  структурних   зв’язків (скельні, дисперсні, мерзлі, техногенні);
• група  –   за   характером  структурних  зв’язків  (з урахуванням їх міцності);
• підгрупа – за походженням та умовами утворення;
• тип – за речовинним складом;
• вид – за найменуванням ґрунтів (з урахуванням розмірів часток і показників властивостей);
• різновиди – за кiлькiсними показниками речовинного складу, властивостей та структури ґрунтів.

Несуча здатність ґрунтів залежить від гранулометричного складу, їх щільності, вологи та інших властивостей і характеризується величиною нормативного тиску. Різні види ґрунтів можуть використовуватись в якості основи. Скельні – ґрунти, що складаються з кристалічного одного чи декількох мінералів, які мають жорсткі структурні зв’язки кристалізаційного типу (граніти, кварцити, піщаники, мармур, сланці тощо). Це високоміцні, практично не стискувані ґрунти, які при взаємодії не погіршують своїх властивостей. Такі ґрунти водостійкі, нестисливі і є найбільш міцними і надійними основами. Великоуламкові – являють собою незв’язані уламки скельних порід, що мають більше 50 % уламків розмірами крупніше від 2 мм (щебінь, галька, гравій тощо). Це добра основа оскільки вони не піддаються здиманню, малостисливі, не розмиваються водою. Піщані – в залежності від крупності часток розділяють на гравелисті, крупні, середньої крупності, дрібні й пилуваті. Чим крупніший і чистіший пісок, тим більше навантаження він може сприйняти. Дрібні і пилуваті піски (частки ґрунту крупністю від 0,05 до 0,005 мм від 15 до 50 %) при зволоженні і наступному замерзанні здимаються, їх несуча здатність зменшується. Пилуваті піски у водонасиченому стані не здатні сприймати навантаження. Глинисті ґрунти – складаються із часток крупністю меншою за 0,005 мм і в сухому або мало вологому стані сприймають досить великі навантаження. При зволоженні їх несуча здатність зменшується. Стисливість глинистих ґрунтів більша, ніж піщаних, а швидкість ущільнення значно менша. Тому осідання споруд на глині продовжується довгий час. Їх несуча здатність залежить від вологості. Глинисті ґрунти можуть бути з домішками піску – супіски, суглинки. У суглинках є від 10 до 30 % глинястих частинок, а в супісках – від 3 до 10 %. За своїми властивостями ці ґрунти займають проміжне становище між глиною та піском. Лесові (макропористі) – глинисті ґрунти з вмістом великої кількості пилуватих часток і наявністю великих пор у вигляді вертикальних трубочок, які видно неозброєним оком. У сухому стані вони мають достатню несучу здатність (міцність), але при зволоженні їхня структура руйнується і під навантаженням утворюється велике осідання. При будівництві на цих ґрунтах необхідно передбачити спеціальні заходи по укріпленню їх і захисту від зволоження. Насипні – що утворились при засипанні ярів, ставків, звалищ. Ці ґрунти нерівномірно стискуються, несуча здатність їх залежить від засипання. Як природні основи їх здебільшого не використовують. Намивні ґрунти – утворюються внаслідок очищення річок і озер. Вони є доброю основою для будівель.

Пливуни – утворюються дрібними пісками з мулистими і глинистими домішками, насиченими водою. Вони непридатні як природні основи.

Для вибору основи ґрунти на ділянці будівництва досліджують з метою визначення характеру нашарувань, товщини шарів, фізико-механічних властивостей ґрунтів, виду підземних вод і рівня їх стояння. Дослідження ґрунтів проводять методом буріння або шурфування (рис. 1.1). На основі досліджень складають геологічні розрізи, які дають уявлення про геологічну будову ділянки.

                                 а)                                                     б)

Рис. 1.1. Приклад геологічного розрізу ділянки будівництва будівлі: а – план розташування свердловин; б – геологічний профіль ґрунтового масиву; РВГВ – рівень верхніх ґрунтових вод; РНГВ – рівень нижніх ґрунтових вод