Стискання грунтів під спорудами.

При будівництві різних цивільних, промислових, гідротехнічних та інших будівель і споруд на товщу гірських порід (природну основу) передаються додаткові напруження величиною 0,1-0,5 МПа, а в окремих випадках до 1,5-2,5 МПа. Додатковий тиск викликає стискання товщ гірських порід і осідання поверхні землі разом із спорудою. Інколи тиск, що передається на основу, виявляється настільки значним, що порода під фундаментом не витримує напружень, руйнується і витискається з-під фундаментів у вигляді валів. Одночасно будівля дає значну за величиною і нерівномірну осадку, що має, як правило, катастрофічний вигляд. Це явище називається випиранням порід.

Величина осідання і його розвиток у часі залежить від двох груп чинників. Перша група чинників належить до особливостей власне споруди (вага споруд, розміри і тип фундаментів, глибина їх закладення). Друга група стосується геологічної будови основи (умови залягання порід, їх склад, фізичний стан і властивості порід). Вивчення першої групи належить до галузі механіки грунтів і науки про основи і фундаменти. Вивченням другої групи займаються грунтознавство, інженерна геологія і механіка грунтів.

Осідання природних основ споруд становить собою зовнійшній прояв внутрішніх деформацій, що відбуваються в гірських породах при передачі на них тиску. Такі деформації поділяються на три види: пружні, структурно-адсорбційні і структурні.

Пружні деформації пов‘язані з переміщенням вузлів кристалічної решітки в мінералах, з яких складаються гірські породи. Ці деформації характеризуються незначними величинами і великого практичного значення не мають.

Структурно-адсорбційні деформації пов‘язані зі зміною товщини водних плівок у місцях контакту між частками гірської породи. При збільшенні зовнішнього тиску товща водних плівок зменшується, при зменшенні тиску – збільшується. У першому випадку відбувається стискання породи, у другому – набрякання. Такі деформації мають практичне значення в породах, де плівки адсорбційної води досягають значної потужності (глини).

Структурні деформації пов‘язані з переміщенням часток гірських порід у напрямку пор, що їх відокремлюють. В результаті відбувається зменшення об‘єму гірських порід і одночасно збільшення їх щільності й міцності. Цей вид деформацій є основним у пухких породах всіх типів. Розвитку структурних деформацій перешкоджають сили тертя між частками, сили молекулярного притягання і різноманітні структурні зв‘язки.

Абсолютна величина і відносне значення вказаних видів деформацій і осідання, які ними викликаються, залежать від типу порід. У скельних і напівскельних породах спостерігаються два види деформацій: 1) пружні і 2) деформації, пов‘язані із закриттям тріщин. Останні в більшості випадків переважають. Величини деформацій таких порід від впливу промислових і цивільних споруд дуже невеликі і практичного значення не мають. Тому ці породи оцінюються як такі, що практично не стискаються. Деформації піщаних порід належать в основному до типу структурних і пов‘язані з переміщенням часток у бік пор. Завдяки наявності між піщаними частками сил тертя, структура піщаних порід важко перебудовується під час статичного навантаження. Тому стисливість піщаних основ під спорудами зазвичай є незначною і не перевищує, як правило, декількох сантиметрівм (при тиску 0,2-0,5 МПа). Дещо підвищеною стисливістю наділені слабко ущільнені піски (тонкі й пилуваті).

Піщані основи значно чутливіші до динамічних навантажень (особливо неущільнені дрібнозернисті водонасичені піски). Пояснюється це тим, що при струсах у пісках виникають висхідні течії води, які підважують тверді частки. При цьому різко знижується внутрішнє тертя між частками піску, яке пропорційне нормальному тиску. В результаті відбувається перебудова структури піску, що супроводжується його ущільненням. Динамічні впливи можуть проявлятися при забиванні паль, дії вибухових хвиль, ударних і вібраційних навантаженнях, швидкому підйомі і спаді рівнів грунтових вод. Ознаками, що вказують на небезпеку розрідження піску при динамічних навантаженнях, вважаються: дрібнозернистий склад, його однорідність і пухка будова зі щільністю, меншою від 1,55 г/см³, водонасичений стан і мале привантаження.

Глинисті породи мають набагато більшу стисливість у порівнянні з попередніми. Деформації в цих породах належать в основному до типу структурних і структурно-адсорбційних. Осідання природних основ з глинистих порід коливається від кількох сантиметрів (діагенетичні глинисті породи, морські суглинки) до кількох десятків сантиметрів (лиманні і озерні відклади, сучасні алювіальні відклади). Під гідротехнічними та іншими масивними спорудами сумарна величина осідання може становити до кількох метрів. Прогнозні розрахунки осідань споруд виконуються методами механіки грунтів.

Велике практичне значення має розвиток осадки споруд в часі. Цей процес отримав назву консолідації. Практика показує, що тривалість осідання залежить від будови, літологічного складу і стану гірських порід. У більшості випадків вона завершується в будівельний період, але інколи розтягується на роки і навіть десятиліття. Найшвидше завершуються деформації у скельних породах. Порівняно швидко завершується консолідація піщаних порід, а у глинистих затягується на місяці і роки. Існує так звана теорія фільтраційної консолідації, згідно з якою головну роль відіграє відтискання води, що заповнює поровий простір, оскільки без такого відтискання ущільнення порід стає практично неможливим.

Великі осідання не становлять безпосередньої небезпеки для споруди, якщо вони цілком рівномірні. В цьому випадку у тілі споруди не виникає небезпечних розтяжних і згинаючих напружень, які погано витримує цегляна кладка, бетон та інші будівельні матеріали. Однак на практиці рівномірна осадка спостерігається як рідкісний випадок і лише при невеликих її значеннях. Пояснюється це, з одного боку, особливостями напружень під фундаментами споруд, а з іншого – неоднорідністю товщі гірських порід в основах.

Нормальні стискаючі напруження під фундаментом концентруються в його основній, центральній частині. Тому навіть при цілком рівномірному навантаженні поверхня основи повинна прийняти форму чаші, ввігнутої в центрі і піднятої по краям. Вирівняти осадку могли б або нерівномірне завантаження фундамента із збільшенням навантаження по краях, або застосування ідеально жорсткого фундаменту. Але ці заходи практично нездійсненні. Тому навіть при цілком однорідній основі нерівномірність осадок є неминучою. Під граничною деформацією природної основи розуміють деформацію, яка приводить надфундаментну будову в такий стан, що не задовольняє експлуатаційним вимогам.

Дата добавления: 2015-10-30