Причины возникновения неравномерных осадок основания

 

На возникновение неравномерных осадок оказывает влияние целый ряд причин. При действии дополнительных напряжений, передаваемых на основание через фундаменты, грунт деформируется при условии если данные напряжения превышают напряжения от собственного веса грунта. Деформации грунта в основном развиваются за счет уменьшения объема пор грунта, происходящего в результате уплотнения.

 

Причины образования неравномерных осадок уплотнения: осадки уплотнения в отдельных зонах основания под сооружением, как правило, неодинаковы (неравномерны) из-за неоднородности грунтовых условий и неоднородности напряженного состояния в основании.

 

Неоднородность напряженного состояния грунтов в основании образуется в силу нижеследующих причин: неравномерной загрузкой фундаментов, в связи с чем, более нагруженный фундамент приходится делать с большими размерами подошвы, что приводит к различному напряженно-деформированному состоянию в основании и различной осадке фундаментов; влиянием загрузки соседних фундаментов, т. е. большее воздействие от взаимного влияния испытывают фундаменты, расположенные в средней части сооружения, и меньшее - в крайней или угловой его части; неодновременной загрузкой соседних фундаментов в процесс; строительства и эксплуатации).

 

Неоднородность основания обусловливается следующими факторами: наличием выклинивающихся слоев; линзообразным залеганием отдельных слоев грунта; различной толщиной пластов; неодинаковой плотностью сложения грунтов; передачей давления от различных по массе частей сооружения на разные по своим физико-механическим свойствам грунты оснований; неодинаковой уплотняемостью грунтов во времени, обусловливаемой различной скоростью протекания процессов консолидации и ползучести под различными частями сооружения.

 

Неравномерность осадки, проявляющаяся в процессе возведения зданий, может быть ликвидирована в процессе эксплуатации за счет выравнивания осадок.

 

Возникновение неравномерных осадок в процессе строительства обусловливается различным весом конструкций, передающих нагрузку на фундаменты, и зависит от методов возведения и монтажа. Например, осадки колонн при строительстве зданий с неполным каркасом обычно отстают от осадок несущих стен, так как последние получают большую нагрузку во время возведения, а колонны получают большую часть загрузки только после монтажа перекрытий, стеновых панелей, перегородок и установки оборудования.

 

Они развиваются, когда нагрузки от веса здания или сооружения меньше веса грунта, извлеченного при разработке котлована. Это объясняется тем, что при

 

удалении грунта при отрывке котлована происходит разуплотнение грунтов под его поверхностью в результате снятия действовавших ранее напряжений от собственного веса грунта (разбухание грунта при разгрузке). При глубоких котлованах оказывают влияние и остаточные пластические деформации от давления грунта, расположенного вокруг дна котлована. На развитии разуплотнения грунта сказывается воздействие и деформации упругого последействия.

 

Неравномерные осадки разуплотнения. Наличие этих факторов приводит кподнятию дна котлована с последующим развитием неравномерных осадок, происходящих в результате более существенного разуплотнения грунта в центре котлована, чем по краям; различного протекания во времени процесса разуплотнения под отдельными фундаментами; неравномерного поднятия дна

 

котлована в результате неоднородности грунтов основания. При возведении городских зданий и сооружений глубина котлована редко превышает 5 м, а из практики строительства известно, что в этом случае осадки разуплотнения незначительны и происходят в основном в процессе устройства фундаментов до возведения надземных конструкций. Осадки разуплотнения могут оказать вредное влияние на здание, если глубина разрабатываемого для него котлована превышает 5 м, а нагрузка от веса сооружения вместе с обратной

 

засыпкой значительно меньше грунта, извлеченного из котлована. Неравномерные осадки расструктуривания. При проведении предварительных мероприятий, предшествующих возведению фундаментов (отрывка котлованов и др.), грунты оснований, обнажаясь, подвергаются воздействию различных факторов,

 

которые могут вызвать нарушение природной структуры грунтов.

 

В результате развития зон пластических деформаций в грунтах оснований под подошвами фундаментов происходят осадки выпирания. В результате неравномерного распределения давления под подошвой фундамента даже при небольших нагрузках под его краями образуются зоны пластических деформаций. Увеличение нагрузки вызывает перераспределение контактных давлений по подошве фундамента, которое объясняется большей податливостью грунта в зонах пластического деформирования, вследствие чего давление в этих зонах уменьшается, а в средней части фундамента ввиду меньшей податливости грунта увеличивается. При дальнейшем росте внешней нагрузки зоны пластических деформаций увеличиваются и возникает опасность выпирания грунта из-под подошвы.

 

Метеорологические воздействия вызывают нарушение природной структуры грунтов в результате промерзания или оттаивания, размягчения и набухания, высыхания и усадки.

 

Осадки, происходящие за счет расструктуривания грунтов, как правило, неравномерны, так как расструктуривание происходит с разной степенью интенсивности в различных зонах основания. Осадка зависит от многих факторов: способа выполнения котлованных работ, продолжительности работ с начала разработки котлована до обратной засыпки пазух фундаментов, характера водоотлива, а также мероприятий, направленных на сохранение природной структуры грунта. Нарушение структуры обычно происходит в результате следующих причин: метеорологических воздействий, динамических воздействий

 

механизмов; неблагоприятного влияния, оказываемого подземными водами и газом; грубых ошибок строителей.

 

Для уменьшения негативного влияния сил пучения осуществляют покрытие боковых поверхностей фундаментов битумом, растворенным в мазуте или соляровом масле, и обратную засыпку пазух непучинистоопасными материалами (обычно используют песок).

 

При воздействии отрицательных температур грунты оснований способны промерзать на глубину, которая определяется по данным Строительных норм и правил. При промерзании возможно существенное увеличение объема сильно увлажненных пылевато-глинистых и насыщенных водой пылеватых и мелких песчаных грунтов в результате развития сил морозного пучения. При пучении в основаниях фундаментов развиваются значительные внутренние напряжения, которые в отдельных случаях могут превысить напряжения от внешней нагрузки под подошвой фундаментов зданий и сооружений и привести к значительным вертикальным деформациям. Пучение может оказывать неблагоприятное влияние не только в период отрывки котлована и устройства фундаментов, но и в процессе возведения здания и его последующей эксплуатации. Избежать вредного влияния сил морозного пучения полностью не удается, даже если подошву фундамента устраивать ниже зоны промерзания, поскольку в данном случае по боковой поверхности фундамента развиваются касательные силы морозного пучения. При наличии отапливаемого подвала в результате развития бокового промерзания грунта возможны горизонтальное смещение и крен фундамента.

 

Расструктуривание грунтов под действием грунтовых вод. При водоотливе

 

в водонасыщенных грунтах снижается гидростатическое давление в поровой воде, вследствие чего объем замкнутых пузырьков газа, имеющихся в воде, увеличивается, одно временно в результате падения давления часть растворенных газов начинает выделяться из воды. Эти факторы вызывают нарушение природной структуры слабофильтрующих грунтов, таких, как илы, супеси и суглинки.

 

Химической суффозией называют процесс растворения минеральных агрегатов скелета грунта, вызывая в некоторых случаях резкое ухудшение физико-механических свойств оснований.

 

К наиболее типичным ошибкам строителей, приводящим к нарушению структуры грунтов, относятся: перебор грунта при разработке котлована и его неправильная обратная укладка, отрывка котлованов без их немедленного использования для возведения фундаментов, разработка глубоких котлованов около уже построенных зданий, имеющих меньшую глубину заложения фундаментов, проникновение в котлованы производственных или хозяйственных вод.

 

Динамические воздействия механизмов часто вызывают существенное нарушение природной структуры грунтов оснований. Этому явлению особенно подвержены насыщенные водой пылеватые пески. Нарушение структуры грунтов возможно в результате использования. При земляных работах ударных механизмов (клин-бабы, трамбовки, сваебойные молоты и др.). Для сохранения природной структуры грунтов их разработка ведется легкими механизмами, передвигающимися по краю котлована, на дне которого часто оставляют защитный слой, удаляемый впоследствии с помощью легких землеройных машин.

 

Неравномерные осадки, образующиеся в период эксплуатации сооружений.

 

Их можно разделить на пять типов.

 

Неравномерную осадку, образующуюся в результате расструктуривания грунтов, очень трудно прогнозировать с помощью расчетных методов, поэтому основное требование, выдвигаемое при производстве работ по устройству оснований и фундаментов, заключается в максимальном сохранении природной структуры грунтов основания.

 

Осадка зданий и сооружений, расположенных на основаниях с преобладанием пылевато-глинистых грунтов, продолжается иногда в течение нескольких десятилетий, имея тенденцию к постепенному затуханию. В песчаных основаниях большая часть осадки происходит в период строительства и в первые месяцы начала эксплуатации. Дополнительные осадки в период эксплуатации зданий следует обязательно учитывать при проектировании сооружений.

 

Уплотнение грунтов оснований после начала эксплуатации сооружений. Данное уплотнение происходит в результате продолжения процесса консолидации и деформаций ползучести грунта.

 

Изменение уровня подземных вод. Значительное понижение уровня подземных вод в некоторых случаях может оказать вредное воздействие на эксплуатирующееся здание, выражающееся в проявлении неравномерных осадок, обусловленных образованием дополнительных напряжений в грунтах оснований в результате увеличения собственного веса из-за снятия взвешивающего действия воды.

 

При возведении складских сооружений, где полезная нагрузка оказывает основное влияние на функционирование здания, поскольку ее доля может оказаться существенно выше веса самого здания (емкости металлических и железобетонных резервуаров, элеваторы, бункера и др.), в некоторых случаях при пылевато-глинистых основаниях в первый год эксплуатации допускается приложение не более 50% полезной нагрузки. Это ограничивает быстрое нарастание осадки и уменьшает вредное воздействие вследствие резкого развития ее неравномерности.

 

Неравномерные осадки могут приобрести аварийный характер в результате размыва грунта, вызванного прорывом напорных водопроводных магистралей. В некоторых случаях возможно проникновение подземной воды вместе с грунтом в неисправные канализационные коллекторы, причем иногда со значительным напором, в результате чего образуется воронка выноса, в пределах которой грунт получает значительные перемещения. Этому явлению особенно подвержены плывунные грунты, поэтому при возведении зданий и сооружений на грунтах подобного типа вблизи напорных трубопроводов и глубоких коллекторов необходимо располагать фундаменты за пределами возможной воронки выноса и размыва грунта.

 

Повышение уровня подземных вод может понизить прочность грунтов, так как в результате увлажнения уменьшаются силы сцепления между частицами грунта. Основания, способные испытывать явление набухания, увеличиваясь в объеме при увлажнении, вызванном повышением уровня подземных вод, приведут к дополнительным неравномерным осадкам фундаментов. Лёссовые грунты в результате увлажнения могут получить значительные просадки. Поднятие уровня

 

подземных вод чаще всего происходит в результате проникновения в грунт атмосферной влаги, а также хозяйственных и производственных вод. Повышение уровня подземных вод выше подошвы фундамента может вызвать коррозию арматуры. Это явление становится особенно опасным при возможности образования в воде агрессивной среды. При отсутствии надлежащей гидроизоляции в подвальных помещениях вода, проникая в подвал, требует откачки, которая может вызвать механическую суффозию в грунтах основания.

 

Ослабление оснований подземными и котлованными выработками. Устройство фундаментов в условиях современной городской застройки осложняется из-за дополнительного ослабления грунтов в результате строительства линий метрополитена при туннельной проходке, сооружения канализационных коллекторов и других подземных выработок, что вызывает оседание грунта вместе с находящимися на его поверхности зданиями и сооружениями в пределах так называемой мульды оседания.

 

При разработке глубоких котлованов вблизи уже существующих зданий и сооружений, что часто требуют условия городского строительства, необходимо исключить возможные горизонтальные смещения и подвижки грунтов оснований вместе с ранее построенными зданиями, что достигается с помощью специального крепления стенок траншей и котлованов.