Классификация грунтов позволяет не только определить данный грунт, т.е. выделить его среди многообразия других грунтов, но и часто установить ориентировочные значения его прочностных и деформационных характеристик.
Действительно, прочность и деформируемость грунтов непосредственно связаны с их физическими свойствами и состоянием. Например, увеличение пористости песчаного и пылевато-глинистого грунта (увеличение коэффициента пористости) при прочих равных условиях непременно влечет за собой снижение его прочности и повышения деформируемости. Соответственно увеличение влажности (показателя консистенции) глинистого грунта, также при прочих равных условиях, приведет к снижению его прочности и повышению дефомируемости. Следовательно, установление связей между физическими и механическими характеристиками грунтов в определенных условиях правомочно.
Так, в частности, основываясь на обобщении огромного количества испытаний, СНиП 2.02.01-83 допускает для предварительных расчетов оснований, а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и IIIклассов и опор возводимых линий электропередачи и связи независимо от их класса определять нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам. С этой целью в СНиПе приводятся таблицы нормативных значений прочностных и деформационных характеристик некоторых разновидностей песчаных и пылевато-глинистых грунтов и значения соответствующих коэффициентов надежности по грунту.
Важной характеристикой несущей способности является р а с ч е т н о е с о п р о т и в л е н и е грунтов основания Rₒ (кПа), ориентировочно допустимое давление на данный грунт под подошвой фундамента, имеющего ширину 1 м и глубину заложения 2м.
СНиП 2.02.01 – 83 допускает назначать предварительные размеры фундаментов исходя из этой величины. Кроме того, значение величины Rₒ для различных слоев при сложном напластовании позволяет на ранней стадии изысканий, определив только физические характеристики грунтов, провести приблизительную сопоставительную оценку их несущей способности.
3.4 Геологическое строение оснований.
Сооружение редко располагается на каком-либо одном грунте. Обычно в основании оказывается несколько типов грунтов. Тогда кроме оценки свойств каждого грунта возникает не менее важная задача – схематизация геологического строения основания, т.е. выделение внутренне однородных объемов разных грунтов и проведение границ между ними.
По предложению Н. В. Коломенского однородные части в геологической среде называют и н ж е н е р н о – г е о л о г и ч е с к и м и э л е м е н т а м и. Однородность элемента рассматривается как статистическое понятие, т.е. принимается, что характеристики грунта в его границах изменяются случайно, причем величина изменения этих характеристик не должна превышать определенных пределов. Обычно, выделение инженерно-геологических элементов основания производится по данным анализа характеристик физико-механических свойств грунтов. Тогда приведенные выше понятия нормативных и расчетных характеристик в среднем определяют свойства грунта в границах выделенного инженерно-геологического элемента.
Практически при проведении границ между инженерно-геологическими элементами сначала строят геологическую гипотезу о расчленении грунтовой толщи. При этом, во-первых, проводят границы между грунтами разного происхождении. Во-вторых, между грунтами различного наименования внутри каждого возрастного комплекса и, в-третьих, между грунтами различного состояния. Схематизация геологического строения основания является сложной геологической задачей, от правильного решения которой во многом зависит достоверность последующих расчетов, а следовательно, и судьба сооружения.
Форма и размеры геологических тел в основании сооружений. Инженеро-геологические элементы формируют в массиве грунтов геологические тела. Самой распространенной формой залегания осадочных горных пород, т.е. всех нескальных и скальных грунтов, является слой. С л о е м называют внутренне однородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассматриваемой области двумя непересекающимися поверхностями: подошвой и кровлей. Расстояние между этими поверхностями называют мощностью слоя. Внутри слоя залегает грунт одного наименования, но не обязательно одного строения. Например, часть слоя суглинка может находиться в мерзлом, часть- в талом или маловлажном состоянии и т.п. Положение границы между грунтами различного состояния может меняться со временем в естественных условиях и тем более после освоения территории. Границы же слоев значительно более устойчивы. Хотя выветривание и некоторые техногенные воздействия на грунты способны изменить их состав настолько, что с течением времени изменяется наименование грунта, а с ним и положение границы слоя.
Слой скальных грунтов, подстилающий толщу нескальных в строительной практике часто называют к о р е н н о й п о р о д о й.
Л и н з о й называют внутренне однородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассматриваемой области замкнутой поверхностью.
В определениях слоя и линзы использовалось понятие «рассматриваемой области». Можно следующим образом определить это понятие. Если известно пятно застройки сооружения, то рассматриваемой областью будет, по существу, основание этого сооружения, т.е. та часть массива, в которой под влиянием нагрузок от сооружения происходят деформации грунта. Поскольку инженерно-геологическая модель массива грунта часто строится до выбора конкретного места для сооружения, рассматриваемой областью будет являться вся часть слоистой толщи или массива, попадающая на геологический разрез. Тогда слоем будет геологическое тело, границы которого пересекают вертикальные границы разреза; линзой – геологическое тело, замкнутое внутри разреза.
Если геологическое тело входит с одной стороны в разрез и заканчивается в нем, говорят, что имеет место в ы к л и в а н и е с л о я.
Мощности слоев и линз могут быть невелики (несколько дециметров), но могут быть и значительны. Обычно мощность слоев и линз изменяется в пределах метров, но иногда достигает 10 и даже 30 м. Однородные слои мощностью более указанных значений встречаются крайне редко. Мощность слоя в таких случаях на разрезе может быть показана лишь частично. В расчетной схеме такой мощный слой обычно рассматривается как полупространство.
Слои мощность менее 0,5 м, как правило, не выделяются. Их необходимо выделять только в тех случаях, когда такой маломощный слой сложен породой с резко отличными инженерно-геологическими свойствами. Например, выделяется песчаный водопроводящий слой суглинка или слой слабого глинистого грунта среди водонасыщенных песков и т.п. В подобных случаях в инженерно-геологической модели показывают даже совсем тонкие слои, которые не могут быть изображены в масштабе разреза.
Очень тонкое однородное геологическое тело, ограниченное двумя непересекающимися поверхностями, называют п р о с л о е м.
В расчетной схеме прослой часто моделируют поверхностью, в простейшем случае – плоскостью. Правильное изображение прослоев имеет исключительно большое значение. Например, при прогнозе устойчивости склонов и при расчете фильтрации.
Жила – это внутренне однородное геологическое тело, протяженное и пересекающее слои.
З о н о й называют часть массива или толщи. Где происходят закономерные постепенные изменения свойств грунтов с глубиной или же в каком-либо другом определенном направлении. Например, по нормали к крупной наклонной трещине. Зона – это область перехода от грунтов с одними свойствами к грунтам с другими свойствами.
Зоны выделяются обычно в тех случаях, когда закономерны изменения прослеживаются в пределах нескольких метров по разрезу.
Поскольку геологический разрез является основой для построения расчетной схемы взаимодействия сооружения и основания, следует стремиться с наибольшей точностью определять местоположение различных геологических тел и границ между ними. Не менее важны тщательное проведение опытов по определению физико-механических характеристик грунтов и статическая обработка результатов.
Проведение изысканий регламентируется нормативными документами и действующими инструкциями. Инженерно-геологические изыскания должны производиться. Как правило, территориальными изыскательскими, а также специализированными изыскательскими и проектно-изыскательскими организациями.
Повышение качества инженерных изысканий позволяет при проектировании фундаментов резко повысить технико-экономические показатели. Так, опыт ряда проектных институтов свидетельствуют о том, что увеличение затрат на изыскания на 5…10% дает возможность снизить стоимость фундаментов на 20…30%.
4. Заключение.
В зависимости от типа, назначения, конструктивных и технологических особенностей сооружения – с одной стороны, от особенностей геологического строения основания, физико-механических свойств грунтов и возможных их изменений в результате строительства и эксплуатации сооружения – с другой, сложность устройства оснований и фундаментов может быть различна. Этому соответствует широкая номенклатура типов фундаментов и способов улучшения строительных свойств грунтов оснований, обеспечивающая возможность строительства и нормальной эксплуатации любых сооружений в самых сложных инженерно0геологических условиях.
Однако стоимость, трудоемкость и длительность работ, связанных с устройством оснований и возведением фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, может составлять весьма значительную часть общих расходов на строительство сооружения. Поэтому всегда важно оценить технико-экономическую целесообразность размещения тех или иных сооружений в определенных инженерно-геологических условиях.