ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ГРУНТОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ И НА СТРОЙПЛОЩАДКЕ
Для выбора подходящего типа фундаментов необходимо иметь данные о качествах грунтов на участке строительства. Следует различать:
а) свойства грунта, которые определяются без приложения нагрузки на испытываемый образец;
б) прочностные свойства, которые можно определить только путем нагружения образца в процессе проведения испытания.
К первому типу качественных показателей грунтов относятся такие, как фракционный состав грунта, пористость грунта, его водо- содержание, уплотняемость и т. п. упоминаемые далее в описании лабораторных исследований.
Ко второму типу показателей относятся характеристики, связанные со способностью грунтов воспринимать передаваемые на них нагрузки (сжатие и сдвиг).
Для проведения испытаний следует сначала взять пробы грунтов.
Взятие проб грунтов. Изучение грунтов можно производить тремя основными способами: шурфованием, зондированием, а также бурением грунта.
При шурфовании в нескольких точках будущего котлована роются шурфы. Этот способ можно применять только в сухих связных грунтах при ограниченной несколькими метрами глубине проходки шурфа. Шурфование позволяет осуществить наглядное знакомство со строением грунта в конкретной точке; недостатком способа является необходимость устройства дорогостоящих креплений при большой глубине шурфа. Наличие напора грунтовых вод осложняет этот вид исследования, а порой делает его и вовсе невозможным.
Исследование грунтов при помощи зондирования (нормы DIN 4094, ч. 2) не дает результатов, которые можно было бы сразу использовать (как, например, данные о величине допускаемой нагрузки на грунт), а позволяет лишь получить данные о напластовании грунтов. Ценность этого метода заключается в том, что в соединении с последующим бурением он дает возможность увеличить число исследуемых точек и тем самым получить более достоверную картину строения грунтов на участке строительства.
Зонды бывают разных конструкций: забиваемые, вдавливаемые, ввинчиваемые в грунт.
Наиболее часто исследования грунтов производятся путем бурения. Этот способ сегодня является обычным при определении свойств грунтов (нормы DIN 4021). Бурение позволяет исследовать грунты, находящиеся на больших глубинах, грунтовые воды не мешают производить бурение, а результаты исследований характеризуются четкой картиной свойств, залегания и падения пластов грунта, а также его несущей способности. Существуют различные виды буров: тарельчатые, спиральные, цилиндрические. При значительных глубинах бурения применяются дополнительные буровые штанги, а для защиты бура от бокового давления грунта — обсадные трубы.
Бурение ведется на как можно большем числе точек будущей строительной площадки. Полученные пробы грунтов нумеруются в соответствии с порядковым номером скважины.
При этом недостаточно бурить грунт только до уровня предполагаемого заложения подошвы фундамента; слой грунта, который следует пробурить, должен идти на такую глубину, которая соответствует ширине здания; при этом минимальная глубина скважины составляет 6 м. Изучение проб грунтов, взятых на слишком малой глубине, может привести к ошибочным заключениям, потому что под несущими слоями из песка и гравия может залегать глина, которая явится причиной значительных и к тому же неравномерных осадок (DIN 4017).
Лабораторные исследования. В процессе проведения лабораторных исследований грунта, которые необходимы для определения грунтовых характеристик, бывают нужны иногда нарушенные, а иногда ненарушенные пробы грунта; последние в основном нужны при исследовании связных грунтов, так как их свойства в значительной степени зависят от содержания воды в порах грунта.
Распределение зерен грунта по фракциям заключается в определении относительной весовой доли отдельных фракций в составе грунтовой пробы. Графически оно выражается в виде кривой гранулометрического состава (аналогично кривым ситового анализа запрлнителей бетона).
Пористость и коэффициент пористости дают представление о содержании пустот в пробе грунта и соответственно о фактическом объеме собственно твердого вещества. Так как в связных грунтах сжимаемость грунта в значительной степени зависит от его водосо- держания, следует определить и объем воды, содержащейся в порах.
Помимо плотности зерна (раньше — удельного веса), особое значение имеет определение уплотняемости грунта, особенно в тех случаях, когда повышение несущей способности несвязных грунтов достигается путем их уплотнения. Так как связные грунты также часто должны уплотняться, необходимо определить оптимальное водосодержание грунта, при котором достигается наибольшее его уплотнение.
Капиллярность (эффект капиллярности) грунта также определяется в лабораторных условиях, так как вследствие колебаний уровня грунтовых вод это свойство грунта играет существенную роль в случае промерзания основания, а также при изменении нагрузок на грунт.
Водопроницаемость грунта — необходимое условие при понижении уровня грунтовых вод или в случае укрепления грунтов инъектированием.
В заключение следует еще определить содержание перегноя и извести в грунтовой пробе. При наличии перегноя (гумуса) в пробе обычно делается вывод о невысокой несущей способности грунта, а при наличии извести — наоборот.
Исследование грунтов непосредственно на месте строительства. Помимо упомянутых лабораторных исследований проб грунта, которые ведутся по образцам, характерным для крайне малых (в плане) участков основания, непосредственно на месте будущего строительства также проводятся исследования грунта. К этим испытаниям относятся пробное нагружение, а также определение плотности залегания грунта.
При фундаментах неглубокого заложения область применения пробных нагружений ограничена нормами (DIN 1054). Проведение этих исследований возможно, если грунты на большую глубину (равную двух- или трехкратной ширине здания) являются однородными и если плоскость предполагаемого основания здания незначительно отклоняется по уровню (относительно отметки земли) от плоскости пробного загружения. При связных грунтах, где возможно получение ненарушенных грунтовых проб, пробные нагружения производить не надо.
При свайных фундаментах рекомендуется проводить пробные нагружения, которые дают достоверные результаты. Во время пробного нагружения забиваемая свая наблюдается со специальных подмостей; одновременно сравниваются величины несущей способности отдельных свай, о чем делаются соответствующие отметки в журнале свайной бойки. При большом объеме сваебойных работ в малоисследованных грунтах для выбора способа забивки и соответствующего оборудования часто проводят пробную забивку свай, по результатам которой можно сделать заключение о типе и весе свайной бабы, требуемой длине свай и соответственно о необходимой высоте сваебойного оборудования (более подробно см. нормы DIN 1054).
Плотность залегания грунта, характеризующая уплотняемость строительного грунта, позволяет сделать вывод о степени рыхлости несвязного грунта и о необходимости уплотнения его с целью повышения несущей способности. Величина естественной плотности залегания сравнивается как с наиболее рыхлым грунтом, так и с максимально плотным грунтом того же состава (нормы DIN 1054, разд. 4.2.1). Чем выше плотность залегания несвязного грунта, тем выше его несущая способность.
А.Грассник, В.Хольцапфель, Бездефектное строительство многоэтажных зданий. — М.: Стройиздат, 1980