Глубина заложения фундаментов

Глубину заложения фундаментов считают от планировочной отметки поверхности земли. При ее определении учитывают сле­дующие условия:

а) назначение зданий и сооружений, наличие подвалов, подземных коммуникаций и фундаментов под оборудование;

б) величину и характер нагрузок, действующих на основание;

в) глубину заложения фундаментов примыкающих зданий и со­оружений;

г) геологические и гидрогеологические условия площадки строительства;

д) климатические особенности района и' возможность пучения грунтов при зимнем их промерзании;

е) условия размыва грунтов (для мостовых опор).

Данные о геологическом строении площадки и условиях ее об­воднения используют при выборе пласта грунта, пригодного для восприятия нагрузки от сооружения, и решения ряда вопросов, связанных с производством работ по устройству его фундаментов. Особое значение здесь придают определению отметки заложения фун­даментов по условиям глубины промерзания грунтов в связи с опас­ностью их морозного пучения. Известно, что пучинистые грунты при замерзании заметно увеличиваются в объеме, а при оттаивании ока­зываются переувлажненными и резко ослабленными, в результате чего возникают большие и неравномерные осадки сооружений.

Пучение грунтов связано с замерзанием в них воды, причем оно не может быть объяснено простым увеличением ее объема, происхо­дящим лишь на 1/11 по сравнению с первоначальным. Это явление протекает значительно сложнее. Установлено, что при охлаждении до отрицательных температур в порах грунта замерзает при 0° лишь свободная вода, молекулы которой находятся в беспорядочном тепловом движении. Вода, окружающая частицы грунта слоем, тол­щиной около 0,5 мк, связана с ними силами молекулярного взаимодействия

и замерзает при более низких температурах.

Эту воду называют пленочной, а ее обращение в лед можно пред­ставить примерно в следующем виде.

С понижением температуры грунта растут силы кристаллизации льда, адсорбирующегося на поверхности ледяных включений, образовавших ранее из замерзшей свободной воды. Промерзание водных· пленок распространяется по направлению к поверхности частиц, и общее количество замерзшей в грунте воды постепенно увеличивается. При этом кристаллизация льда будет возможна, если силы, вызывающие течение этого процесса, станут равны силам притяжения молекул воды частицами грунта, которые имеют тем большее значение, чем меньше расстояние до их поверхности.

В очень тонком слое воды (в несколько молекул), покрывающем непосредственно частицы грунта, силы молекулярного притяжения настолько велики, что они вообще не могут быть преодолены силами кристаллизации льда. Вода здесь прочно связана с частицами грунта и остается незамерзшей практически при любых отрицательных температурах (до -186°). При оттаивании грунта изложенный процесс протекает в обратном порядке.

Основной причиной пучения является движение пленочной воды в зону промерзающего грунта, называемое миграцией. Эта миграция происходит под влиянием молекулярных сил и направлена в ту сторону, где водные пленки на частицах грунта стали по той или иной причине тоньше.

Такое уменьшение толщины пленок наблюдается, например, в талых грунтах при испарении влаги. Оно происходит и в замерза­ющем грунте вследствие указанного выше образования кристаллов льда, притягивающих адсорбционными силами молекулы воды из водных пленок, окружающих его частицы. Поэтому в промерзающем грунте может накопиться в виде льда количество воды, заметно пре­вышающее первоначальный объем пор, что и вызывает его пучение. Естественно, что при оттаивании пучин грунт окажется сильно переувлажненным и разрыхленным и его сопротивляемость внешней нагрузке практически будет утрачена.

В разных грунтах пучение проявляется различно. В наибольшей мере подвержены пучению пылеватые пески, пылеватые супеси и суглинки, особенно когда они сильно увлажнены и имеется постоян­ный источник их питания влагой вследствие близкого залегания грунтовых вод.

Наибольшее развитие пучины получают при медленном охлажде­нии грунтов, когда процесс миграции влаги в зону промерзания мо­жет продолжаться достаточно долго. В особенно тяжелом положении оказываются легкие сооружения, вес которых недостаточен для про­тиводействия силам пучения.

Чтобы избежать опасного пучения грунтов под подошвой фун­даментов, их закладывают на глубину, превышающую местное се­зонное промерзание грунтов. Принимают также меры по осушению грунтов дренажами, а атмосферные воды отводят в стороны от сооружения, производя в этих целях планировку поверхности земли и от­рывку в необходимых местах водоотводных канав. Особенно тща­тельно следует выбирать площадки под строительство, сложенные непучинистыми грунтами.

Глубину промерзания грунтов определяют по данным ежегод­ных наблюдений за максимальным сезонным их промерзанием в рай­оне строительства, полученным для открытой и оголенной от снега поверхности за срок не менее 10 лет. В расчет принимают среднее ее значение, которое называют нормативным. При отсутствии этих данных искомую глубину промерзания определяют на основе тепло­технических расчетов или по схематической карте, составленной для суглинистых грунтов (см. рис. 1.10.). Для мелких и пылеватых песков и супесей найденную по карте нормативную глубину промер­зания принимают с коэффициентом 1,2. Указанная карта на горные районы не распространяется.

Разрешается также определять нормативную глубину промерза­ния грунтов по эмпирической формуле, где ее значение получают в сантиметрах:

Н^н=23 (1.1)

где ∑ Тм - сумма среднемесячных отрицательных температур воздуха за зиму, принятая как средняя изданных многолетних наблюдений местной метеорологической станции (в формулу их значения подставляют со знаком плюс).

Расчетную глубину промерзания получают путем умножения нормативной ее величины на коэффициент влияния теплового ре­жима здания mt, зависящий от конструкции пола нижнего этажа. Для регулярно отапливаемых зданий с расчетной температурой воз­духа в помещении не ниже 10° коэффициент mt при расположении пола на грунте, на лагах по грунту или на балках берут соответст­венно равным 0,7; 0,8 и 0,9. Для прочих зданий, включая и здания с неотапливаемым техническим подпольем, mt = 1.

Глубину заложения фундаментов принимают независимо от положения грунтовых вод и глубины сезонного промерзания лишь для шальных и крупнообломочных грунтов, а также для песков гравелистых, крупных и средней крупности, в которых явление морозного пучения практического значения не имеет.

Для песков мелких и пылеватых, а также для супесей твердой консистенции, суглинков и глин при консистенции В ≤ 0,5 глубину заложения назначают независимо от глубины промерзания лишь в том случае, если грунтовые воды залегают ниже зоны промерзания не менее чем на 2 м. При более высоком стоянии грунтовых вод заложение фундаментов в мелких и пылеватых песках и в глинистых грунтах независимо от их консистенции принимают не менее расчет­ной глубины промерзания.

В супесях пластичной и текучей консистенции, а также в суглин­ках и глинах при консистенции В>0,5 его назначают не менее рас­четной глубины промерзания при любом положении уровня грунто­вых вод. Для мягкопластичных глин и суглинков заложение фунда­ментов иногда принимают менее глубины сезонного промерзания, если последняя не превышает 2,5 м, а уровень грунтовых вод на­ходится ниже глубины сезонного промерзания более чем на 2 м.

При определении уровня грунтовых вод учитывают сезонные и многолетние его колебания и возможности его понижения или повышения, связанные с проведением различных технических меро­приятий (дренаж, подпор плотинами и др.).

Когда по качеству грунтов допустимо небольшое заглубление фундаментов, необходимую защиту основания от промерзания можно осуществить путем соответствующей подсыпки грунта. Это позволяет иногда избежать трудностей, связанных с производством работ в водонасыщенных грунтах. В период зимних работ в котловане и в случаях, когда выстроенное здание по той или иной причине не будет отапливаться, следует принимать меры к защите грунтов основания от промерзания.

Выбор глубины заложения фундаментов по условиям передачи нагрузки на те или иные пласты грунта основания может иметь несколько решений. Каждое из них будет отличаться конструктивными особенностями фундаментов, глубиной их

заложения, трудностями производства работ и сроками их выполнения, а также ви­дами потребного оборудования.

Совместный учет всех этих факторов позволит выбрать из наме­ченных вариантов технически наиболее рациональный и эконо­мически целесообразный, что нередко удается выяснить даже путем предварительных прикидок и расчетов основных объемов работ.