Фундаменты мелкого заложения на пучинистых грунтах: ВСН 29-85 «Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах»

Утепление фундамента мелкого заложения с помощью ПЕНОПЛЭКСА

При возведении малозаглубленных фундаментов (МЗФ) на пучинистых грунтах, широко распространенных на территории России, возникают определенные трудности. Процесс пучения грунта может привести к деформации здания, если оно построено на МЗФ. Вследствие чрезмерного расширения грунтовых вод в ходе их замерзания или образования ледяной линзы во влажном, восприимчивом к воздействию мороза грунте, возникают силы морозного пучения, которые выталкивают строительные конструкции. Однако, используя тепловые потоки, можно вывести границу промерзания грунта за пределы подошвы фундамента путем изменения толщины и ширины теплоизоляции. Соответствующие строительные технологии разработаны силами ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб». Компания представляет готовые оптимальные решения, позволяющие обустраивать малозаглубленные фундаменты на пучинистых грунтах с сезонным промерзанием.

Теплоизоляция фундаментов мелкого заложения

Применение высококачественной теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС^®ГЕО из экструзионного пенополистирола позволяет изолировать подошву фундамента от сил морозного пучения и назначать минимальную глубину заложения, независимо от расчетной глубины промерзания.

Проектирование малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах осуществляется в соответствии с СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений».

Для эффективного использования плит ПЕНОПЛЭКС^®ГЕО в рассматриваемой конструкции был создан СТО 36554501-012-2008 «Применение теплоизоляции из плит полистирольных вспененных экструзионных ПЕНОПЛЭКС при проектировании и устройстве малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах». Стандарт разработан специалистами НИИОСП им. Н.М. Герсеванова – филиал ФГУП «НИЦ «Строительство» с учетом опыта использования теплоизолированных фундаментов мелкого заложения в Америке и Европе, а также особенностей инженерно-геологических, гидрогеологических, климатических условий и опыта строительства малоэтажных зданий в России.

Преимущества ПЕНОПЛЭКС

^® применительно к теплоизоляции фундаментов зданий

• Коэффициент теплопроводности — 0,034 Вт/м•К Один из самых низких среди утеплителей, применяемых в строительстве
• Высокая прочность Плиты ПЕНОПЛЭКС^®ГЕО обладают прочностью на сжатие не менее 0,30 МПа (30 т/м²)
• Нулевое водопоглощение Стабильно высокие теплозащитные свойства. Возможность хранения плит без защиты от атмосферных осадков
• Удобство и безопасность монтажа Удобная геометрия плит, простота обработки и монтажа
• Монтаж при любых погодных условиях
• Г-образная кромка по всем сторонам плиты Позволяет плотно стыковать плиты без образования мостиков холода
• Абсолютная биостойкость Безопасна при контакте с водой и почвой. Не является матрицей для развития нежелательных микроорганизмов
• Безопасность Не содержит в составе мелкие волокна, пыль, фенолформальдегидные смолы, сажу, шлаки. Монтаж производится без средств для защиты органов дыхания
• Экологичность Безопасное сырье, изготовление по передовым бесфреоновым технологиям.
• Долговечность более 50 лет Протокол испытаний НИИСФ РААСН № 132-1 от 29.10.2001

Конструктивные решения теплоизолированных фундаментов мелкого заложения с использованием плит ПЕНОПЛЭКС®ГЕО

Фундамент отапливаемого здания:

1. Стена здания
2. Конструкция пола
3. Отмостка
4. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО

Фундамент отапливаемого здания с техническим подпольем

1. Стена здания
2. Пол здания
3. Защитный слой
4. Парозащитный слой
5. Отмостка
6. Фундамент
7. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО
8. Непучинистый грунт

Фундамент периодически отапливаемого здания (например, дачи):

Фундамент холодной пристройки (например, веранды):

Фундамент отдельно стоящей опоры:

Фундамент ленточной опоры:

Таблица №1 «Требуемая толщина и ширина вылета «теплоизоляционной юбки ПЕНОПЛЭКС» для зданий с постоянным режимом проживания»

Все статьи

• 22. 05.2023

  Чем утеплить цоколь дома снаружи

  Изначально цоколем называют помещение, расположенное ниже уровня земной поверхности – цокольный этаж. При этом часто его путают с подвалом. В отличие от подвала, полы цокольных помещений находятся ниже уровня земли не глубже, чем на половину высоты помещения, а подвал — это более заглубленное помещение.

  Последнее время все чаще встречается определение цоколя как продолжения фундамента, нижней части стен, оканчивающихся уровнем грунта. Подрядчики, работающие на объектах профессионального строительства, часто подразумевают под цоколем стену в грунте. Обобщенно можно сказать, что цоколем называется часть здания между фундаментом и стенами первого этажа.

  Подробнее
• 15.05.2023

  Утепление стен кирпичного дома снаружи

  При строительстве нового дома один из важных этапов – монтаж теплоизоляции. Этот важный этап поможет уменьшить потери тепла зимой и сохранить комфортную прохладу в помещении летом, а, соответственно, позволит значительно сократить затраты на отопление и кондиционирование.

  Подробнее
• 24.03.2023

  Клей для ПЕНОПЛЭКС

  Для теплоизоляции различных конструкций выпускаются разные типы плит ПЕНОПЛЭКС, которые отличаются между собой прочностными характеристика и обработкой поверхности.

  При теплоизоляции некоторых конструкций, например, таких как полы, плиты ПЕНПОЛЭКС используются без каких-либо крепежных элементов и свободно укладываются на ровную поверхность. Но, при фиксации на вертикальные и наклонные поверхности обязательно использование механических крепежных элементов и клеящих составов.

  Подробнее
• 16.03.2023

  Как утеплить дом снаружи

  Значительная часть тепла в доме проходит через самые большие по площади ограждающие конструкции – стены. Поэтому именно теплоизоляция стен является одним из самых эффективных решений по уменьшению потерь тепловой энергии и, соответственно, снижению затрат на отопление. При новом строительстве рекомендуется всегда располагать теплоизоляционный слой снаружи. Этому есть несколько причин.

  Подробнее
• 10.03.2023

  Виды теплоизоляционных материалов

  Теплоизоляционными материалами называются материалы, предназначенные для уменьшения потерь тепловой энергии через строительные конструкции. Отличительной особенностью таких материалов является низкая теплопроводность. Теплопроводностью называется процесс переноса тепла (тепловой энергии) от более нагретых частей тела к менее нагретым. Теплопроводность материала завит от его структуры и способности впитывать влагу. Наиболее эффективными являются материалы с мелкоячеистой закрытой структурой.

  Подробнее
• 28. 02.2023

  Какой стороной крепить ПЕНОПЛЭКС?

  Монтаж теплоизоляции начинается с фиксации плит ПЕНОПЛЭКС на поверхности. Первый вопрос, который может возникнуть при монтаже, какой стороной необходимо крепить плиты для достижения максимального эффекта. Ошибочно полагать, что надо крепить логотипом наружу. Плиты ПЕНОПЛЭКС имеют однородную закрытую ячеистую структуру, у них нет лицевой или обратной стороны, поэтому крепить их к поверхности можно любой стороной, вразбежку стыков. Подробнее в нашей статье.

  Подробнее
• 27.02.2023

  Оптимальный размер ПЕНОПЛЭКС

  В зависимости от утепляемого объекта, региона его расположения, индивидуальных показателей конструктива, а также других особенностей систем теплоизоляции – рекомендуется применять решения с ПЕНОПЛЭКС и соблюдать необходимые нормы строительства, о которых расскажем в этой статье.

  Подробнее

Все статьи

Устройство фундамента на пучинистых грунтах

Строительство на пучинистых грунтах всегда требует особого подхода к выбору фундамента. Силы пучения грунта способны разрушительно воздействовать на основание вашего дома, если оно построено неграмотно.

Оглавление:

• Пучение грунта и его виды
• Виды фундаментов на пучинистых грунтах
• Ленточный фундамент на пучинистых грунтах
• Монолитный плитный фундамент на пучинистых грунтах
• Мероприятия, противодействующие касательным силам пучения
• Свайный фундамент на пучинистых грунтах

Наша компания, хоть и не занимается строительством фундаментов, но по роду своей деятельности – забивка свай – не раз сталкивалась с фактами, когда неверное устройство фундамента на пучинистых грунтах приводило к необходимости его ремонта или усиления.

Пучение грунта и его виды

Пучение — способность почвы увеличивать свои объемы из-за заледенения находящейся в ней влаги. Чем большим количеством воды пропитан грунт, тем сильнее он расширяется при минусовых температурах. Изменения объема объясняются разной удельной плотностью двух материалов, которая у воды составляет 1000 кг/м2, а у льда — 910 кг/м2.

Важно: увеличивающий в объеме грунт не может расширяться вниз, поскольку там расположены глубинные, несжимаемые пласты почвы, он поднимается в верх и давит на фундамент, выталкивая его из земли.

Склонность почвы к пучению непосредственно зависит от ее структуры — крупнообломочные, гравелистые и песчаные грунты практически не впитывают воду и не подвергаются пучению, тогда как расширение глины, суглинка, черноземов и супесей, впитывающих воду как губка, максимально. Особенно сильно пучение проявляется после затяжных дождей, длившихся в осенний период.

На фактическую величину пучения, помимо типа почвы, влияют два фактора:

• Уровень глубина грунтовых вод;
• Уровень промерзания грунта.

Важно: от уровня промерзания зависит, какой по толщине пласт почвы будет расширяться, от глубины грунтовых вод — сила пучения: если УГГВ высокий, то верхние шары почвы будут постоянно влажными, что приведет к увеличению их пучинистости.

Рис.: Виды воздействия пучения на фундамент

Выделяют два разных по прикладному характеру вида пучения:

• Вертикальное — действует снизу-вверх, выталкивая опорную часть фундамента. Вертикальное пучение проявляется, если подошва основания расположена в пласте промерзающего грунта, если она заглублена ниже уровня промерзания, вертикальные нагрузки на фундамент не действуют;
• Касательное — выталкивание фундамента происходит в результате трения расширяемой почвы и стенок основания. Такие нагрузки значительно меньше чем вертикальные, однако если здание легкое (каркасный либо деревянный дом) и его вес не может уравновесить выталкивающие силы, проблемы возможны и без активных вертикальных нагрузок.

Важно: деструктивное влияние пучения на фундамент усугубляется тем, что весной, когда содержащийся в почве лед оттаивает, грунт уменьшается в объеме и дом проседает, часто неравномерно, что приводит к  разрушению и деформации ответственных элементов здания.  

Виды фундаментов на пучинистых грунтах

В основе надежности фундамента малых и средних зданий в условиях пучинистых грунтов лежит их способность сохранять устойчивость под влиянием касательных сил пучения.

Если крупные массивные здания, построенные с заложением фундамента на глубине ниже сезонного промерзания грунта, противодействуют касательным силам своей массой, то, чтобы эти силы не разрушили здание небольшой величины и массы, применяют следующие типы фундаментов:

• Ленточный фундамент с заложением ниже глубины промерзания. В таком случае на подошву силы пучения действовать не будут, а для нейтрализации касательных сил трения, воздействующих на боковую поверхность фундамента, проводят ряд мероприятий, о которых – ниже.
• Мелкозаглубленный ленточный фундамент или монолитная плита – так называемые, плавающие фундаменты.
• Столбчатый фундамент.
• Свайный фундамент.

применение ленточного фундамента на пучинистых грунтах

В пучинистых грунтах использованию подлежат исключительно фундаментные ленты глубокого заложения монолитного типа. Сборные конструкции неприменимы ввиду того, что из-за неуравновешенной нагрузки касательные силы пучения могут оторвать верхний пояс фундаментных блоков от нижнего.

Важно: армирование фундамента в данном случае является обязательным — армокаркас обеспечивает пространственную жесткость ленты, что в случае воздействия на фундамент неравномерных деформаций защитит конструкцию от растрескивания.

Рис.: Варианты монтажа ленточного фундамента в пучинистом грунте

При строительстве легких зданий — домов из каркасных панелей либо дерева, низкий вес постройки не сможет уравновесить касательные силы пучения, даже если его опорная часть размещена ниже глубины промерзания почвы. В данном случае необходимо обустраивать ленту с уширенной подошвой, увеличенное сечение которой работает в грунте как анкер, препятствуя выталкиванию фундамента касательными нагрузками.

Применение монолитной плиты на пучинистых грунтах

Монолитный плитный фундамент классифицируется как незаглубленный. В условиях пучинистых грунтов он используется в двух случаях:

• Для возведения тяжелых каменных домов, вес которых дополнительно усиливает устойчивость плиты к изгибам и уравновешивает выталкивающие нагрузки;
• Для строительства небольших сооружений, обладающих низким весом, с которыми плита работает как «плавающая» конструкция.

Под понятием «плавающая» плита обозначается способность монолита, размещенного на поверхности грунта, опускаться и подниматься вместе с почвой. К такому фундаменту выдвигаются повышенные требования к устойчивости на изгиб (достигается за счет усиленного армирования и увеличения толщины), поскольку из-за неравномерного промерзания грунта (в центре дома почва всегда сохраняет плюсовую температуру) под фундаментом  образуется яма глубиной 10-20 см.

Рис.: Схема промерзания грунта под плитным фундаментом

Важно: на низкоплотных и просадочных грунтах строительство фундаментной плиты должно сопровождаться ее утеплением слоем ЭППС толщиной 10-15 см. и обустройством песчаной подсыпки толщиной 30-50 см. Такое решение обеспечивает равномерность промерзания грунта под периметром фундамент и, как следствие, отсутствие провала по центру плиты.

Мероприятия, противодействующие касательным силам пучения

Противодействовать касательным силам пучения при устройстве ленточного фундамента можно путем проведения ряда мероприятий:

• строительство не сборного, а монолитного железобетонного фундамента
• засыпка дна и пазух траншеи под фундамент песком: чем шире слой боковых пазух, тем меньше влияние касательных сил пучения
• значительное увеличение глубины заложения фундамента с целью увеличить общую массу строения до такой величины, которая будет превосходить силы пучения
• анкерное устройство фундаментов: расширение нижней части, на которое будут воздействовать реактивные, направленные вниз, силы пучения
• подсыпка крупного песка для повышения общего уровня площадки: тем самым уменьшается глубина промерзания грунта под зданием
• устройство дренажных траншей, что особенно актуально при высоком уровне грунтовых вод
• мероприятия по утеплению фундамента

Материалы для Вас:

1. Несущая способность свай
2. Сколько стоит фундамент для дома

Свайный фундамент на пучинистых грунтах

На наш взгляд свайный фундамент на пучинистых грунтах – наиболее целесообразный вариант устройства фундамента. Судите сами: перечисленные выше мероприятия, которые не всегда эффективны и весьма дорогостоящие, в случае со свайным фундаментом не нужны.

Общая площадь поверхности свай, на которую будут воздействовать касательные силы пучения, настолько мала, что ими можно пренебречь.

Глубина погружения железобетонных свай варьируется в пределах 5-12 метров (для возведения многоэтажных зданий могут применяться составные конструкции общей длиной до 24 метров), что значительно ниже уровня промерзания грунта в любой точке России.

Рис.: Схема фундамента из ЖБ свай

Фундамент на свайных опорах переносит нагрузку от веса постройки на пласт глубинного несжимаемого грунта. Это позволяет строить здания в условиях высокого уровня грунтовых вод, где из-за низкой плотности пропитанной влагой почвы ленточные фундаменты не обеспечивают требуемой надежности.

Важно: при обустройстве свайно-ростверковых фундаментов на пучинистых грунтах, обвязка свай всегда делается висячей — поднятой над уровнем почвы на 30-40 см. Укладывать ростверк непосредственно на грунт нельзя, поскольку при расширении почвы его может оторвать от свайных опор.

Фундамент на забивных сваях пригоден для строительства в пучинистых грунтах зданий любой этажности и веса — от легких каркасных сооружений до многоэтажных домов. На такой фундамент не работают воздействия вертикального пучения, а касательные силы не оказывают на железобетонные сваи серьезных нагрузок.

Таким образом, при относительной доступности по стоимости, свайный фундамент в условиях пучинистых грунтов гораздо надежнее, чем более дорогостоящие ленточные и плитные фундаменты.

Полезные материалы

Устройство свай

В данной публикации приведена информация о технологии обустройства фундаментов из буронабивных…

Технология устройства буронабивных свай

Буронабивные сваи имеют цилиндрическую форму, а их каркас стоит из подвергшихся армированию окружностей и продольной арматуры.

Фундамент глубокого заложения

СК «Установка Свай» занимается возведением фундаментов на сваях, являющихся одним из наиболее надежных видов оснований глубокого заложения.

Свяжитесь с нами и мы произведём работы

Наша компания в самые короткие сроки осуществит для вас погружение свай – надёжного основания для строительства фундамента на пучинистых грунтах. 

Обращайтесь, наши специалисты ответят на любые вопросы по проведению свайных работ и свайным фундаментам

1. Наши контактные данные
2. Видео наших работ

 
Наша компания занимается возведением свайных фундаментов — обращайтесь, поможем!

Фундаментальные строительные решения для расширяющихся грунтов

Расширяющиеся грунты существуют во многих странах мира, и их характеристики делают их чрезвычайно сложными для проектирования. Из-за своих значительных характеристик набухания и усадки расширяющийся грунт не поддается многим решениям по стабилизации, доступным инженерам. Дифференциальное пучение или осадка происходит, когда обширный грунт набухает или сжимается, вызывая серьезные повреждения фундаментов, зданий, дорог и подпорных конструкций. На таких грунтах необходимо сооружать фундамент, исключающий неблагоприятные последствия осадки.

1. Введение

Расширяющийся грунт представляет собой проблемный грунт, который повреждает строительные конструкции во всем мире ^[1] . Землетрясения, обширные почвы, оползни, ураганы, торнадо и наводнения являются шестью наиболее опасными стихийными бедствиями, согласно Baer ^[2] , при этом обширные почвы занимают второе место с ураганным ветром / штормовым нагоном с точки зрения экономического ущерба для зданий. . В периоды чрезмерной влажности обширная почва вспучивается, вызывая вздымание конструкции. Экспансивный грунт сжимается при уменьшении влажности почвы, что приводит к осадке при строительстве ^[3] . Расширяющийся грунт также может вызвать боковое смещение, оказывая давление на вертикальную поверхность фундамента, подвала или подпорной стены. Согласно Bowles ^[4] , McOmber and Thompson ^[5] , Nelson et al. ^[6] и Walsh et al. ^[7] , грунт расширяется и сжимается в зоне глубиной от одного метра до более чем 20 м от поверхности земли. Эта зона охватывает глубину сезонного хода влажности; таким образом, структурное повреждение здесь происходит из-за объемных изменений, обычно называемых «активной» или «нестабильной» зоной ^{[8] [9]} . Если объемные изменения в активной зоне расширяющихся грунтов происходят вблизи фундамента, они вызывают структурные разрушения. Экспансивная почва чрезмерно набухает при намокании и чрезмерно сжимается при высыхании. Без предупреждения он может образовать большие трещины на поверхности; трещины могут быть шириной 20 см и глубиной 4 м ^[10] .

Как указывалось ранее, набухающие грунты наносят крупномасштабный ущерб строительным конструкциям из-за увеличения объема, сопровождающегося потерей прочности в сезон дождей и усадкой летом ^[11] . Здания трескаются, дороги покрываются колеями, а подпорные конструкции приходят в негодность ^[12] . Эти почвы встречаются почти во всех странах мира и повсеместно бросают вызов инженерам-геотехникам ^[13] .

2. Полевая идентификация экспансивного грунта

Идентификация типа грунта в полевых условиях обычно требует определения индексных свойств грунта, таких как цвет, текстура и пластичность, без специального оборудования. Инженеры могут изменять поведение расширяющихся грунтов механическими, термическими, химическими и другими средствами. В связи с этим необходимо исследовать физические и инженерные свойства экспансивного грунта, прежде всего при его использовании в качестве строительного материала или для целей фундамента.

Адем и Ванапалли ^[14] заметили, что набухающие почвы имеют поверхностные трещины. Они могут поглощать значительное количество воды через трещины во время дождя или местных изменений на участке (таких как утечка водопровода, канализации или ливневой канализации). Добавленная влага создает мягкую, тяжелую и липкую глину. Глины могут сжиматься и затвердевать по мере высыхания, что приводит к усадке грунта (уменьшению объема) и растрескиванию.

Различные методы классификации в лаборатории оценивают индексные свойства, которые делают вывод о экспансивном поведении почвы. Типичные тесты включают пределы Аттерберга и процент размера глины, чтобы классифицировать потенциал расширения почвы как низкий, средний, высокий или чрезвычайно высокий. Почвы, классифицированные как CH или CL в USCS или A-6 или A-7 в системах классификации AASHTO, в целом считаются обширными почвами ^[15] .

Holtz и Kovacs ^[16] предложили три основных компонента для выявления повреждения конструкций от набухания:

• Почва содержит монтмориллонит (высокоактивный минерал с высоким потенциалом набухания, обнаруженный в глине).

• Естественная влажность почвы близка к пределу пластичности.

• Доступен источник воды для потенциально набухающей почвы.

Экспансивные почвы классифицируются с использованием различных систем. В Таблица 1 , Бауэлс ^[4] обобщил выводы Хольца ^[17] и Дакшанамурти и Рамана ^[18] по классификации потенциала набухания экспансивных почв. В таблице 1 показаны потенциальные изменения объема почвы в зависимости от предела текучести (LL) и индекса пластичности (PI).

Таблица 1. Возможные изменения объема грунта в зависимости от предела жидкости (LL) и индекса пластичности (PI) (составлено на основе ^[4] ).

AASHTO ^[19] определяет метод, который определяет, является ли почва расширяющейся, и прогнозирует величину набухания. Пределы Аттерберга грунта коррелируют с естественным всасыванием грунта во время строительства, как показано в таблице 2 .

Таблица 2. Потенциал изменения объема в зависимости от предела жидкости (LL), индекса пластичности (PI) и всасывания грунта (составлено на основе ^[19] ).

Следовательно, комплексный проект фундамента в расширяющихся грунтах требует проведения геотехнических исследований на конкретном участке со специализированными лабораторными испытаниями для определения индексных свойств (пределов Аттерберга, содержания влаги, всасывания грунта), способности к набуханию и давления набухания (например, ASTM D4546 ^[20] ). Согласно Chen ^[21] , последний тест является наиболее важным и надежным для оценки экспансивных грунтов.

3. Типы и пригодность фундаментов

Фундаменты бывают двух типов: мелкозаглубленные (отдельный [изолированный] или комбинированный фундамент, ленточный, усиленный мат) и глубокие фундаменты (буронабивные, винтовые сваи, зернистые анкерные сваи).

Согласно Джонсу и Джефферсону ^[22] , основные типы фундаментов, используемых в обширных грунтах во всем мире, включают системы свай и балок или опор и балок ( Рисунок 1 ), усиленные плоты и модифицированные сплошные фундаменты по периметру, обобщенные в таблице 3 .

Рис. 1. Фундаменты на опорных, винтовых или анкерных сваях и балках (составлено на основе ^[15] ).

Таблица 3. Фундаменты различных типов, применяемые в расширяющихся грунтах (составлено на основе ^[22] ).

В слабовспучивающихся грунтах (PI < 15) часто используются стандартные мелкозаглубленные фундаменты ^[23] , когда отношение углового поворота фундамента (прогиб/длина пролета) (Δ/L) составляет от 1/600 до 1/1000 или дифференциальное перемещение <1 см.

Фундамент из жесткого мата ( рис. 2 ) будет поддерживать здания в расширяющемся грунте (PI ≥ 15), где ожидаемое дифференциальное смещение может достигать 10 см. Балки жесткости матов значительно снижают дифференциальную дисторсию ^[23] . В таблице 4 показано расстояние между лучами и глубина в зависимости от типа мата.

Рис. 2. Фундаменты из матов жесткой жесткости (составлены на основе ^[23] ).

Таблица 4. Расстояние между балками и глубина в зависимости от типа мата (составлено на основе ^[23] ).

При правильном проектировании и возведении свайный или балочный фундамент на просверленном валу приспосабливается к широкому диапазону грунтовых условий и, как правило, снижает влияние пучинистости грунта. Глубокие фундаменты могут поддерживать почти любую надстройку с низким дифференциальным движением грунта. Они могут обеспечить отношение прогиба вала к расстоянию менее 1/600 ^[23] .

4. Фундаментальные строительные решения для расширяющихся грунтов

Во-первых, в этом разделе кратко представлены основные методы решения проблем для фундаментов из расширяющихся грунтов. Затем он обращается к использованию глубоких фундаментов для решения обширных проблем с почвой, которые являются более сложными.

Пек и др. ^[24] ; Кишки ^[4] ; Мерфи ^[25] ; и Зумрави и др. ^[26] предлагают три основных метода предотвращения структурных повреждений вновь построенных сооружений, вызванных расширяющимися грунтами.

4.1. Уменьшение или предотвращение набухания

Существует три метода уменьшения или предотвращения набухания почвы:

• Удаление и замена расширяющегося грунта: Если слой умеренно расширяющегося грунта находится непосредственно под фундаментом, удалите его и замените улучшенным грунтом. При правильном уплотнении замещающий слой будет лучше распределять нагрузки и уменьшать неблагоприятное воздействие набухания на фундамент (Lytton et al. ^[27] ; Rao et al. ^[28] ; Мурти и Правин ^[29] ; Уолш и др. ^[30] ; Ахмед ^[31] ; Шринивас ^[32] ). Эффективность метода удаления и замены зависит от толщины и типа почвы замещающего слоя. Тонкая непроницаемая крышка может предотвратить проникновение поверхностных вод в нижележащую расширяющуюся глину. Напротив, гранулированный замещающий слой может способствовать более глубокому увлажнению оставшейся обширной почвы.

• Изменение характеристик грунта: Громко ^[33] предлагает несколько способов уменьшить, если не устранить, пучение расширяющихся грунтов. Экономика и работоспособность будут диктовать выбор одной из следующих стратегий:

  • Контроль уровня уплотнения: Громко ^[33] согласен с тем, что поддержание степени уплотнения является одним из наиболее практичных и экономичных способов уменьшить пучение расширяющегося грунта. Потенциал набухания почвы уменьшается при уплотнении на высокой стороне, возможно, на 3–4% выше оптимального содержания влаги. Однако в случаях, когда общая пучность превышает 35 мм, плита на уклоне не будет работать хорошо.

  • Стабилизация с помощью химикатов: Химическая стабилизация экспансивного грунта с помощью различных стабилизаторов, таких как летучая зола, известь или цемент, значительно уменьшила пучение; однако подрядчики используют стабилизацию извести чаще, чем любой другой химический реагент, для стабилизации расширяющегося грунта. Смешивание от 4% до 8% извести с пластичной глиной снижает индекс пластичности верхнего слоя почвы, увеличивая при этом его несущую способность (Громко ^[33] ; О’Нил и Пурмоайед 9).0007 [34] ; Кишки ^[4] ; Прусинский и Бхаттачарья ^[35] ; Моайед и др. ^[36] ; Белаббачи и др. ^[37] ; АЛЬ-ТАИ и др. ^[38] ; и Махеди и др. ^[39] ).

  • Предварительное увлажнение расширяющейся почвы: предварительное увлажнение является еще одним методом повышения влажности почвы путем погружения участка в воду. Джеяпалан и др. ^[40] заявил, что погружение расширяющегося грунта в воду перед строительством достигает большей части расчетной пучины. С другой стороны, медленное просачивание воды через очень пластичную почву может отнять много времени. Слой песка, крупного гравия или гранулированного грунта толщиной 10–15 см поверх площадки, по данным Громко ^[33] , обеспечивают подрядчику превосходную рабочую поверхность во время и после предварительного увлажнения. Этот слой уменьшает испарение, добавляет небольшую дополнительную нагрузку и создает ровное, однородное основание.

• Контроль содержания воды в почве: Один из наиболее эффективных способов минимизировать пучение расширяющейся почвы — это управлять ее влажностью. Технологии контроля влажности, применяемые по периметру конструкций, уменьшат намокание или высыхание под фундаментом. Непроницаемые барьеры (такие как подпорные стены и геотекстильные мембраны), надлежащие дренажные системы и контроль растительности будут поддерживать уровень влажности ^{[33] [34] [41]} ).

4.2. Создание гибкого стиля здания и проектирование упругой системы фундамента

Набухание почвы в полостях, встроенных в основание фундамента (вафельная плита, , рис. 3, ), позволяет использовать гибкий стиль здания с надежной и жесткой системой фундамента. Согласно Chen ^[21] , этот метод был протестирован в ограниченных случаях в районе Денвера со смешанными результатами. Для поддержки этой системы могут использоваться винтовые или гранулированные анкерные сваи.

Рисунок 3. Конструкция вафельной плиты с полостями на расширяющемся грунте (составлено на основе ^[21] ).

4.3. Изоляция конструкции от среды расширяющегося грунта

Короткие опоры или сваи поднимают подвесные плиты перекрытий над активной зоной набухания ( Рисунок 4 ). Вредное движение не достигнет плиты перекрытия, сохранив конструкцию в целости. Опорные балки и опоры вместе образуют эффективную систему фундамента.

Рис. 4. Система балок и свай (составлено на основе ^[21] ).

ФУНДАМЕНТ НА ​​РАСШИРЕННОМ ГРУНТЕ – IJERT

ФУНДАМЕНТ НА ​​РАСШИРЕННОМ ГРУНТЕ

[email protected]

AbstractАнализ и оценка расширяющихся грунтов имеет первостепенное значение при устройстве сооружений, так как эти грунты претерпевают большие объемные изменения даже из-за небольших колебаний водности. Объемные изменения очень велики по величине, и они ответственны за повреждение структур. Ущерб, наносимый обширными почвами, вызывает тревогу. Предполагаемый средний ежегодный ущерб в мире, связанный с обширным движением почвы, составляет примерно 1 05 988 миллионов рупий, что превышает совокупный средний ежегодный ущерб от наводнений, ураганов, землетрясений и торнадо. [1] В этой статье приведены различные виды повреждений, вызванных расширяющимися грунтами.

Глубокое понимание инженерных свойств грунтов необходимо не только для использования современных методов проектирования земляных сооружений, но и для дальнейшего прогресса в области инженерно-геологических работ. В соответствии с характеристиками и свойствами набухающих грунтов в настоящей статье обсуждаются различные важные методы, которые необходимо применять при строительстве фундамента на набухающих грунтах.

Ключевые слова экспансивный; припухлость; ЦНС; Фундамент МАТ

1. ВВЕДЕНИЕ

   Инженеры-грунтовщики не осознавали проблему расширяющихся грунтов до 1930 года. Все более широкое использование бетонных плит в строительстве грунта после 1940 года еще больше увеличило ущерб конструкции, вызванный расширяющимися грунтами. Потенциально экспансивные почвы можно найти практически в любой точке мира. Страны, в которых сообщалось о обширных почвах, следующие: Аргентина, Куба, Индия, Испания, Австралия, Эфиопия, Гана, Южная Африка, Бирма, Израиль, Мексика, Турция, Канада, Иран, Родезия и США. В Индии обширная почва называется Черной хлопковой почвой, которая охватывает 3 00 000 кв. км. [2]

2. ПОВЕДЕНИЕ И ПОВРЕЖДЕНИЕ РАСШИРЯЮЩИХСЯ ПОЧВ Расширяющиеся почвы обладают свойством усадки

   при высыхании и набухании при поглощении воды. Когда вода поглощается глинистым грунтом, который сжался за счет испарения поровой воды, силы сжатия между частицами грунта значительно уменьшаются, происходит упругое расширение, что вызывает набухание.

   Следующие повреждения могут быть вызваны обширными почвами:

   • Горизонтальные трещины во внутреннем углу капитальных стен из-за просадки фундамента.

     • Диагональные трещины в наружных арочных стенах, опирающихся на опоры и фундаменты, из-за набухания и усадки.

     • Вертикальные трещины в днищах стен возникают из-за боковых моментов.

     • Сердцевина земляной плотины из глиняного ядра испытывает даже небольшое давление набухания, из-за изменения содержания воды могут возникать сдвиговые трещины, которые могут вызвать неустойчивость земляной плотины.

     • Когда боковые откосы канала подвержены изменению водности, эти откосы могут быть повреждены, если они состоят из расширяющихся грунтов.

     • Дороги, проходящие по обширному земляному полотну, подвержены пучиниванию и осадке коварных грунтов. Полное доказательство решения еще не получено, и основные исследовательские усилия в Индии были направлены на поиск решения для дорог, проходящих через районы с черной хлопковой почвой.

3. ВЛИЯЮЩИЕ СВОЙСТВА РИС. 1 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ И ДИАГОНАЛЬНЫЕ ТРЕЩИНЫ

   Важным фактором, влияющим на расширение грунта, является давление набухания. Он указывает на вместимость почвы. В следующей таблице показан потенциал набухания почвы как низкий, средний, высокий и очень высокий, по которому мы можем определить тип почвы набухания или нет.

   ТАБЛИЦА I. ВОЗМОЖНОСТЬ НАбухАНИЯ

   С. №	Свойство почвы	НИЗКИЙ	СРЕДНЯЯ	ВЫСОКИЙ	В. ВЫСОКИЙ
   1.	Ограничение жидкости	<35	35-50	50-70	>70
   2.	Пластиковый указатель	<15	10-35	20-55	>55
   3.	Предел усадки	>18	8-14	6-12	<10
   4.	Коллоидный	<12	12-27	18-38	>27
   	содержание
   5.	(< 1 мкм	<20	20-30	30-60	>60
   6.	дробь)	<20	20-35	25-50	>50
   7.	Индекс усадки	<20	20-40	40-90	>90
   	Индекс свободной зыби
   	Содержание глины
   	(глина 2 мкм
   	% )

4. МЕТОДЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ПРАКТИКИ

   Ниже приведены важные методы, которые следует использовать при строительстве фундаментов на обширных грунтах.

   1. Фундаменты со специальными подушками

   2. ЦНС МСМ Технологии

   3. Гранулированный свайный анкер

   4. Ленточный фундамент

   5. Фундамент из усиленного мата

   6. Химическая стабилизация

   7. Контроль влажности

   1. ОСНОВАНИЯ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ ПОДУШКАМИ

      В этом методе земляные работы ведутся на глубину, превышающую глубину фундамента, и свободно дренирующий грунт, такой как смесь песка и гравия, засыпается и уплотняется до уровня основания фундамента. На этом уровне сооружается железобетонный фундамент, а над ним может быть построена кирпичная стена. Смесь песка и гравия засыпается рыхло по основанию. Подушка из зернистого грунта под фундаментом поглощает эффект набухания, поэтому его воздействие на фундамент значительно снижается. [4]

      РИС. 2 ОСНОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫМИ ПОДУШКАМИ

   2. ЦНС МСМ Технологии

   • Технология CNS: – В этой технологии мы перехватываем связный слой ненабухающего грунта под мелкозаглубленными фундаментами на экспансивных грунтах. Таким образом, концепция CNS основана на явлении самоуравновешивания с той разницей, что глинистые минералы, присутствующие в CNS, не расширяются, такие как каонит, хлорит и т. Д. Толщина CNS необходима для предотвращения передачи давления набухания и пучения на фундамент. Толщина зависит от давления набухания, пучения, индексных свойств, плотности и индекса сжатия подстилающего расширяющегося грунта, а также от индексных свойств, плотности и индекса сжатия материала ЦНС. ЦНС может быть получен в виде природного материала или может быть получен путем смешивания двух или более материалов.

   • Технология

     MSM: – В этой технологии мы наносим слой механически стабилизированной смеси поверх перехватывающего слоя CNS, чтобы улучшить несущую способность системы. Обычно MSM состоит из градуированного заполнителя, песка и мелких частиц с большей пластичностью, аналогичной той, которая разрешена в смеси щебня с водной связкой, если возможно, может быть принято лучшее уплотнение.

   РИСУНОК 3 НЕПОЛНЫЙ ФУНДАМЕНТ С ПЕРЕХВАТЫВАЮЩИМИ СЛОЯМИ CNS & MSM

   1. ГРАНУЛЯРНАЯ СВАРА_АНКОРНЫЙ МЕТОД

      Гранулированная анкерная свая — это свая, в которой фундамент закреплен в нижней части гранулированной сваи к плите из мягкой стали через центральный стержень из мягкой стали. Это служит для удержания гранулированной среды в виде частиц и предотвращает вынос гранулированной сваи из-за набухания грунта и, таким образом, играет важную роль в мобилизации сопротивления трения для подъемной силы на фундаменте. [5] Таким образом, подъёмной силе, действующей на фундамент, сопротивляется

      1. Вес гранулированной _ анкерной сваи

      2. Сопротивление трению вдоль сваи.

   РИС. 4 ФУНДАМЕНТ С АНКЕРНОЙ СВОЙ

   1. ЛЕНТОЧНОЕ ОСНОВАНИЕ

      Процедура расчета, используемая в настоящее время для ленточных фундаментов, не учитывает вид искажения в виде деформации, когда усадка по периметру вызывает оседание угла вниз. Стало понятно, что обычные ленточные фундаменты с песчаными подушками неадекватны, затем были опробованы армирующие неглубокие ленточные фундаменты, и в настоящее время широко используются фундаменты в форме перевернутой буквы «Т». [6] Наиболее распространенными типами ленточных фундаментов, которые использовались для легких зданий, являются:

      1. Неармированный с цокольной лентой.

      2. Номинально усилен цокольной лентой.

      3. Номинально усиленный перевернутый Т.

         РИС. 5 ПЕРЕВЕРНУТЫЙ ТРОЙНИК

   2. ЖЕСТКИЙ МАТЕРИАЛ

      Обычный метод усиления состоит из плитных литых балок на расстоянии 3-4 метра друг от друга как в продольном, так и в поперечном направлении. Жесткость мата сводит к минимуму деформацию надстройки как по горизонтали, так и по вертикали

      подвижки грунта основания. Дифференциальная качка также уменьшается при увеличении жесткости плиты и надстройки. [7]

      РИС. 6 ФУНДАМЕНТ ИЗ ЖЕСТКОГО МАТЕРИАЛА

   3. КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ

      Если предотвратить попадание воды в почву, под и рядом со строительными столбами, набухание и усадка уменьшаются. Для этого по периметру здания устраивают гидроизоляцию. Они эффективно уменьшают колебания содержания воды и дифференциальную пучину. [8]

      РИС. 7 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЛАГОБАРЬЕРЫ

   4. ХИМИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ

   Почвы, обработанные карбидом кальция, плохо впитывают воду, так как они расплываются и гигроскопичны. При добавлении в почву хлорида натрия происходит кристаллизация в порах почвы, и она образует плотный твердый мат. Таким образом предотвращается впитывание влаги. Фосфорная кислота в сочетании с смачивающим агентом может быть использована для стабилизации экспансивных грунтов, так как она вступает в реакцию с глинистыми минералами и образует нерастворимый фосфат алюминия, который служит защитой от влаги. Некоторые реагенты, такие как силикат натрия, алкилхлорсиланы, силиконовые амины, хромлигнин, могут быть использованы для гидроизоляции почв.

5. ВЫВОДЫ

Более глубокие фундаменты намного безопаснее неглубоких, поскольку они обеспечивают большее сопротивление трению. Предоставление подушек под фундаменты может уменьшить влияние потенциала набухания на фундамент. Концепция гранулированных свай — это новая концепция, которая более эффективна и экономически выгодна, чем существующие методы закладки фундамента, особенно под легкими конструкциями. Поскольку изменения влажности вызывают набухание расширяющихся грунтов, лучше создать влагозащитные барьеры вокруг территории здания, чтобы предотвратить просачивание влаги. Некоторые химические вещества при смешивании с почвой образуют гидроизоляционные вещества и препятствуют доступу влаги.

ССЫЛКИ

1. Fu Hua Chen (1975): Foundations on Expansive Soils, научное издательство Elsevier, Нью-Йорк.

2. Сатьянараяна Д. (1966): Давление набухания и связанные с ним механические свойства расширяющегося грунта, доктор философии. Диссертация IISc, Бангалор.

3. Фатак Д.Р. (1990): Проектирование фундаментов, издательство Everest, Пуна.

4. Андерсланд, О.Б. и Хаттак, А.С. (1979) Прочность на сдвиг волокнистых почвенных смесей, Proc. Междунар. конф. по армированию грунта, Париж, Франция.

5. Чаран, Х.Д. (1995) Вероятностный анализ экспансивного грунта, докторская диссертация, кафедра гражданской инженерии, И.И.Т. Рурки, Индия.

6. Госави, М., Патил, К.А., Миттал, С. и Саран, С. (2004) Улучшение свойств основания из черной хлопчатобумажной почвы с помощью синтетического армирования, J.