Исследование грунта проводится для того, чтобы понять свойства грунта и типы фундаментов, подходящих для него. В этой статье рассматриваются различные виды исследования грунтов, их отчеты и подходящие типы фундаментов для различных типов грунтов.
- Грунты классифицируются на основе:
- Характеристики пластичности и сжимаемости грунта
- Группы почв:
- Проблемы почвы
- Мелкозернистые почвы также могут быть уплотнены
- Роль фундаментов
- Типы фундаментов
- Распространенные фундаменты
- Буровые опоры или кессоны
- Свайные фундаменты
- Матовые фундаменты
Виды исследований грунта для выбора фундамента
Подповерхностные исследования грунта
Состояние грунта исследуется с помощью пробных скважин, предоставляемых инженером по грунтам (геотехническим). Количество скважин и их расположение зависит от типа здания и условий участка.
Обычно при однородных грунтовых условиях буры располагаются на расстоянии 100-150 футов друг от друга, при более детальной работе, когда грунтовые основания расположены близко друг к другу, а грунтовые условия неравномерны, буры располагаются на расстоянии 50 футов друг от друга.
Большие открытые складские помещения, где присутствует меньше колонн (длинные пролеты), требуют меньшего количества буровых проб. Буровые скважины должны простираться до прочных пластов (пройти через неподходящую почву фундамента) и затем еще как минимум на 20 футов в сносную почву.
Расположение образцов бурения указано на инженерном плане. Они не берутся непосредственно под предлагаемыми колоннами.
В скважинах указывается глубина, классификация почвы (согласно единой почвенной системе) и содержание влаги, иногда также указывается уровень грунтовых вод. (Физические свойства: размер частиц, содержание влаги, плотность).
Отчет по исследованию подповерхностного грунта Рекомендации должны быть основаны на испытаниях материалов, полученных в результате бурения скважин на участке, и включать:
Исследования поверхностного грунта
Исследование поверхностного грунта необходимо для строительства в следующих случаях:
- Высокий уровень грунтовых вод.
- Наличие проблемных грунтов: Торф, мягкая глина, рыхлый ил или мелкий водоносный песок.
- Скальные породы близко к поверхности (требуется проведение взрывных работ для выемки грунта).
- Отвалы или завалы.
- Свидетельства оползней или проседания.
Надземные индикаторы состояния почвы:
Классификации почв
Инженеры, занимающиеся механикой почвы, разработали простую систему классификации, которая расскажет инженеру о свойствах данной почвы. Единая система классификации почв основана на определении почв в соответствии с их текстурными и пластичными свойствами, а также на их группировке в зависимости от поведения. Почвы обычно встречаются в природе в виде смесей с различной долей частиц разного размера, каждый из этих компонентов вносит свой вклад в почвенную смесь.
Почва классифицируется на основе:
Характеристики пластичности и сжимаемости почвы
В единой системе классификации почв (uscs) почве присваивается описательное название и буквенное обозначение, указывающее на ее основные характеристики. Отнесение твердого грунта к соответствующей группе осуществляется путем визуального осмотра и лабораторных исследований. В единой классификации почв термины “булыжник”, “гравий”, “песок” и “мелкие частицы” (ил или глина) используются для обозначения диапазона размеров частиц почвы.
Размер частиц почвы варьируется от самого крупного до самого мелкого:
Группы почв:
Почвы подразделяются на три группы, состоящие из:
Крупнозернистые – это почвы, состоящие из гравия и или песка и содержащие большое количество разнообразных частиц. Они наиболее пригодны для фундаментов, когда хорошо дренированы и хорошо ограничены. Это почвы с хорошей несущей способностью. В частности, серия G (GW, GP, GM, GC). Определяются на основе процентного содержания гравия и песка.
Мелкозернистые – это почвы, состоящие из ила и глины (L,H). Содержат более мелкие частицы ила и глины. Они подходят для фундаментов, но требуют уплотнения. Наиболее подходящей из этой серии (L) является CL. Эти почвы идентифицируются на основе их когезионных свойств и проницаемости.
Высоко органические – это почвы, которые обычно очень сжимаемы и не пригодны для строительства. Они содержат частицы листьев, травы и веток. Торф, гумус и болотные почвы с высокоорганической текстурой типичны для этой группы (Pt). Они легко определяются по цвету, текстуре и запаху. Содержание влаги в почве этого типа также очень высокое.
Названия почв, приведенные в единой системе классификации почв, связаны с определенным размером зерна и текстурными свойствами. Это относится к крупнозернистым почвам. Для ила и глины названия основаны на пластичности почвы.
Соответствующая информация об образцах, взятых при бурении скважин, которая может помочь инженеру-геотехнику в определении фундамента, включает в себя:
На предварительных этапах визуальный осмотр может определить поведение грунта при использовании его в качестве компонента при строительстве предполагаемого здания. Грунт может быть классифицирован в соответствии с классификационными категориями единой системы классификации грунтов. (Позже могут быть проведены лабораторные испытания).
Прочность и консолидация, составляющие характеристики уплотнения грунта, определяют его пригодность для строительства фундамента.
Проблемы грунта
Проблема давления при подъеме грунта может быть уменьшена при наличии хорошо дренированного и свободно дренирующего гравия (GW, GP). Подъемное давление может возникать в мелкозернистых грунтах, состоящих из ила и глины; такие грунты могут вызывать пучение фундаментов и образование бурунов.
Из-за потенциального действия мороза
В связи с дренажными характеристиками
Уплотнение почвы
Для уплотнения почвы обычно используются катки на овечьих ногах и резиновые катки. Определенное преимущество катка на овечьих ногах заключается в том, что он оставляет шероховатую поверхность, которая обеспечивает лучшее сцепление между слоями.
Гранулированные почвы, состоящие из хорошо сортированных материалов (GW, SW), дают лучшие результаты уплотнения, чем плохо сортированные почвы (GP, SP)..
Мелкозернистые грунты также могут быть уплотнены.
Типы фундаментов, основанные на исследовании грунта
Для большинства мелкозернистых грунтов (содержащих ил и глину) может оказаться достаточным использование простых распорных фундаментов, это в значительной степени зависит от величины нагрузки. Расположение фундамента по отношению к почве (необходимо помнить о стенах фундамента и гидростатическом давлении, поскольку в почве присутствует влага).
Если почва плохая, а нагрузка на конструкцию относительно большая, то необходимы альтернативные методы.
Свайные фундаменты могут потребоваться в некоторых случаях, когда присутствует мелкозернистый связный ил и глинистая почва. (CH, OH). Иногда может быть желательным и экономически оправданным увеличить выемку грунта и удалить такие грунты, которые не обладают несущей способностью; можно удалить уплотнить и засыпать обратно или ввезти другой разработанный грунт.
Инженер-геотехник, основываясь на данных бурения, порекомендует подходящие системы фундаментов или альтернативные решения, также может быть установлена несущая способность, минимальная глубина и специальные процедуры проектирования или строительства.
Безопасная несущая способность грунта равна предельной несущей способности, деленной на коэффициент безопасности (обычно 2-4). Предельная несущая способность определяется как максимальное единичное давление, которое может выдержать грунт, не допуская больших оседаний.
Наибольшей безопасной несущей способностью обладают скальные породы. Хорошо сортированные гравий и песок, которые ограничены и дренированы, имеют безопасную несущую способность 3 000 – 12 000 PSF. Сильты и глины имеют более низкую безопасную несущую способность – 1 000 – 4 000 PSF.
Роль фундаментов
Конфигурации фундамента следующие: Slab on Grade, Crawl Space и Basement.
Типы фундаментов
Распространенные фундаменты
Используется для большинства зданий, где нагрузки легкие и/или имеются прочные неглубокие грунты. На колоннах имеются одноточечные квадратные площадки, где несущие стены имеют форму удлинения. Они почти всегда армированы. Эти фундаменты передают нагрузку непосредственно на несущие грунты.
Площадь опорного основания определяется путем деления приложенной силы на безопасную несущую способность грунта (f=P/A). Обычно подходит для малоэтажных зданий (1-4 этажа).
Требуются прочные грунты, способные выдержать здание на площади распорного фундамента. При необходимости фундаменты у колонн могут быть соединены с балками для обеспечения большей боковой устойчивости при землетрясениях.
Они используются наиболее широко, поскольку являются наиболее экономичными. Глубина заложения фундаментов должна быть ниже верхнего слоя почвы и линии промерзания, на уплотненной отсыпке или прочном родном грунте.
Распределительные фундаменты должны находиться выше уровня грунтовых вод. Толщина бетонного распорного фундамента должна быть не меньше ширины стебля.
По мере увеличения веса здания по отношению к несущей способности или глубине хорошего несущего грунта, фундамент должен увеличиваться в размерах или должны использоваться другие системы.
Буровые опоры или кессоны
Для экспансивных грунтов с низкой или средней нагрузкой, или с высокой нагрузкой при не слишком глубоком залегании породы можно использовать буровые кессоны (опоры) и балки.
Кессоны могут быть прямыми или выпуклыми снизу для распределения нагрузки. Балка предназначена для пролета через опоры и передачи нагрузки на столбчатый фундамент. Кессоны передают нагрузку на более прочный грунт, расположенный не слишком далеко внизу.
Свайные фундаменты
Для экспансивных грунтов или грунтов, которые сжимаются при больших нагрузках, когда глубокие грунты не могут принять строительную нагрузку и где грунт с лучшей мощностью, если он находится глубоко под землей.
Существует два типа свай
Несущая способность свай зависит от конструктивной прочности самой сваи или прочности грунта, в зависимости от того, что меньше.
Сваи могут быть деревянными, стальными, железобетонными или литыми бетонными сваями.
Залитые сваи состоят из отверстия, пробуренного в земле и затем заполненного бетоном, они используются для легких нагрузок на мягком грунте и там, где бурение не приведет к обрушению. Тип трения, получаемый от периметра ствола и окружающей земли.
Матовые фундаменты
Железобетонные плоты или маты могут использоваться для небольших зданий с небольшой нагрузкой на очень слабых или экспансивных грунтах, таких как глина.
Часто они представляют собой натянутый бетон. Они позволяют зданию плавать на почве или в почве, как плот. Он может использоваться для зданий высотой 10-20 этажей, где он обеспечивает устойчивость против опрокидывания.
Он может быть использован там, где почва требует такой большой площади опоры, а фундамент может быть распространен настолько, что экономичнее заливать одну большую плиту (толстую), экономичнее – меньше форм.
Используется вместо забивки свай, так как может быть менее дорогостоящим и менее заметным (т.е. меньшее воздействие на окружающую территорию). Обычно используется на экспансивных глинах, илах, чтобы дать возможность фундаменту оседать без больших перепадов.
Общее резюме по исследованию грунта и типам фундамента
Рейтинг грунтов для фундамента: (от лучшего к неподходящему):
Чем выше PI – индекс пластичности, связность, тем больше потенциал для усадки и набухания, обычно характерный для глинистых почв.
Несвязная почва – это зернистая почва, состоящая из гравия и песка. Связные грунты – это алевриты и глины, а также органика.
Перепады в бетонных фундаментах не должны превышать ¼ – ½ дюйма.
Обычно стоимость фундаментов составляет 5% от общей стоимости строительства. Наиболее экономичные, когда безопасная несущая способность составляет не менее 3000 PSF – свайные фундаменты. Сваи являются наиболее дорогими, в 2 или 3 раза дороже, чем свайные фундаменты.
- Типы свай в зависимости от передачи нагрузки, функции, материала и грунта.
- Кессонный (пирсовый) фундамент – типы, конструкция и преимущества.
- Различные классификации грунтов для инженерных целей.
- Плавучие кессоны.
- Как построить буронабивной свайный фундамент?.
- Как избежать воздействия экспансивного грунта на здания?.
- Расстояние между сваями и трение кожи в конструкции свайной группы.