Рыхлые пески это: рыхлый песок | Перевод рыхлый песок?

Геологические изыскания для коттеджного строительства

Геологические изыскания для коттеджного строительства.

В «постсоветский»  период бурными темпами развивается  строительство коттеджей, особенно в ближайшем Подмосковье.  Оттесняя  6-соточные участки садоводческих товариществ с  самодельными домиками-скворечниками и полиэтиленовыми парниками, все плотнее сжимается вокруг Москвы «красный пояс» — зона кирпичных особняков, усадеб и дворцов, построенных в разнообразнейших стилях, в соответствии с эстетическими причудами и финансовыми возможностями своих хозяев.

Выбирая живописный участок как можно ближе к МКАД, а затем, возводя огромные  дома и бассейны по картинкам из гламурных журналов, граждане, как правило, мало обращают внимания на особенности геологического строения участка,  на котором будет покоиться их дорогостоящая недвижимость.

Обычно  после первой — второй зимы в новом доме хозяева начинают задаваться вопросами:
— «Почему треснул могучий фундамент любимого жилища?
— Почему подземный гараж (боулинг, сауна …) доверху заполнен водой, а бассейн с полуметровыми бетонными стенами и ультрасовременной гидроизоляцией, наоборот, лопнул и не держит воду?
— Почему стены перекосило так, что не открывается (не закрывается) ни одна испанская дверь и ни одно европейское окно?  
— Почему садовые дорожки вздыбились, и напоминают трассу для бобслея?
—  Что делать?!  И, самое главное, — кто виноват?!!».
                            Ответ банален — виновата Природа, —  Ваша мать!

Что противопоставить темным силам земных недр?

 — Противопоставить можно  только  твердое, научно обоснованное знание о геологическом строении участка. Причем, как и в случае с зубным кариесом, профилактические мероприятия проще и  дешевле, чем лечение разыгравшегося недуга. Расходы на фундамент обычно составляют около 40% от общих расходов на строительство дома, но они могут возрасти в несколько раз, если, например,  не продумана оптимальная  система дренажа или гидроизоляции. Для этого еще на стадии принятия проектных решений по строительству здания необходимо тщательно изучить и количественно (в конкретных цифрах) оценить параметры грунтов и вод.

В пределах Москвы любое строительство обязательно предваряется инженерно-геологическими изысканиями и, не смотря на это, с пугающей регулярностью проседают дома и улицы в нашем городе.  Частное строительство в Подмосковье не столь жестко регламентируется строительными номами и правилами, что и приводит к еще более  серьезным упущениям при выборе проектов сооружений.         

Что же может ожидать нас при строительстве  в Подмосковье? Для ответа на этот вопрос освежим свои естественнонаучные знания и представим  обобщенный геологический разрез Подмосковья  (рис.1).

В основании холмов и долин Подмосковья залегают  известняки, служившие материалом для постройки первого Кремля, которым древняя Москва обязана своим названием «белокаменная». Кое-где по долинам рек известняки выходят на поверхность – например, на р. Пахре у села Большой Ям, а так же в р-не железнодорожной станции «Силикатная». Судя по находкам  моллюсков и кораллов, эти известняки относятся к каменноугольной системе и их абсолютный возраст равен 350-285 млн. лет. Над известняками залегают черные,  вязкие глины с раковинами головоногих моллюсков — аммонитов и белемнитов. Это морские глины юрского возраста (180-135 млн. лет).  Отложения следующего геологического периода, мелового, широко распространены в окрестностях Москвы. Это бурые и зеленоватые глауконитовые пески с морской фауной и светлые кварцевые пески, залегающие,  например, в основании Ленинских гор (возраст  около120  млн. лет)

Самые молодые, четвертичные отложения развиты под Москвой повсеместно. Это пески и галечники современных рек, глины с валунами, оставленными древними ледниками, и  песчано-глинистые межледниковые осадки.

История Подмосковья в приведенном отрезке времени (от каменноугольного периода до современного)  отличается большим разнообразием событий. Здесь неоднократно происходили трансгрессии (наступления) моря  (в  каменноугольном, юрском и меловом периодах), при которых шло образование морских осадков, и регрессии (отступления) моря. Во время регрессий территория Подмосковья превращалась в сушу, на поверхности которой работали разрушительные силы ветра, воды, льда. Как и сейчас, в прошлом также текли  реки, расчленяющие поверхность  и выносящие огромное количество обломочного и растворенного материала в древние морские водоемы.  Особенно долго существовали континентальные условия в Подмосковье между каменноугольным и юрским периодами (около 80 млн. лет) и после меловой эпохи, когда море совсем покинуло этот район. Четвертичный период в Подмосковье ознаменовался периодическими наступлениями из Скандинавии мощных ледников, оставляющих после себя многочисленные валуны, глины и суглинки (моренные отложения) и сформировавших специфические формы рельефа, например, Клинско-Дмитровскую гряду.

В перечень подстерегающих нас в Подмосковье инженерно-геологических бед, слава Богу, не входят такие катастрофические явления как извержения вулканов, разрушительные землетрясения, селевые потоки, цунами  и снежные лавины. Однако и без них возможных неприятностей предостаточно.  Кратко перечислим важнейшие из современных геологических процессов, распространенных в Московской области.

1. Гравитационные смещения пород на склонах и откосах.

В эту группу процессов входят:
Обвалы — отделение от склона массы горных пород, их опрокидывание и обрушение вниз частью путем свободного падения, частью путем перекатывания по склону. Могут возникать при крутизне склона более 45°.
Осыпи — отделение от склона («шелушение»)  мелких обломков пород (дресва, щебень). Образуются при крутизне склона от 30 до 60°, характеризуются коэффициентом подвижности осыпи k= ±/Ж, где ± — угол поверхности осыпи, Ж — угол естественного откоса материала, слагающего осыпь.
Оползни — смещение части горных пород, слагающих склон, в виде скользящего движения  без потери контакта между смещающейся и неподвижной частью склона. Могут возникать при крутизне склона 4 -5°, чаще всего 8 — 30°, характеризуются коэффициентом устойчивости склона, который математически связывает соотношение сил сопротивления оползневому смещению (суммарную прочность на сдвиг)  и активных сдвигающих сил (силы тяжести). Довольно распространенное явление в Подмосковье на берегах рек и склонах оврагов (рис.2).

2. Процессы, связанные с действием поверхностных вод. 

Переработка берегов водохранилищ  (рек, озер)- это разрушение склона  под воздействием ветровых и судовых волн, в результате которого надводная часть берегового склона отступает и приобретает новые очертания, а в подводной части склона формируется аккумулятивная отмель. Наиболее интенсивно переработка берегов протекает в первые 2-3 года эксплуатации водохранилища, при этом скорость отступания  бровки берега составляет десятки метров, общая  же ширина зоны переработки берега может достигнуть нескольких сотен метров.

Болота и заболоченные земли — это избыточно увлажненные участки земной поверхности, покрытые, как правило, слоем торфа. Болота по своему происхождению разделяются на низинные, которые питаются грунтовой,  отчасти поверхностной водой, и верховые, питающиеся атмосферными осадками. При строительстве на болоте важно учитывать генезис болота, его глубину и рельеф, геологическое строение дна, а также характер органического заполнения. По рельефу дна наиболее благоприятны для строительства болота с ровным дном, близким к горизонтальному, не благоприятны болота со значительным уклоном дна, на котором при нагрузке может произойти неравномерная осадка. Болотные отложения представлены, главным образом, торфом, несущая способность которого определяется его сжимаемостью, влагоемкостью, водопроницаемостью и сопротивлением сдвигу. Сжимаемость торфа настолько велика, что обычно требует устройства искусственных оснований для сооружений.

3. Процессы, связанные с действием подземных вод

К подземным водам относятся все воды, находящиеся в порах и трещинах пород. В формировании подземных вод большое значение имеет водопроницаемость горных пород. По степени проницаемости породы разделяются на 3 группы: водопроницаемые — пески, гравий, галечники, трещиноватые песчаники; слабопроницаемые — супеси, легкие суглинки, лесс, неразложившийся торф; водонепроницаемые или водоупорные — глины, тяжелые суглинки, хорошо разложившийся торф. По условиям залегания выделяются  три типа подземных вод: верховодка, грунтовые воды и напорные межпластовые или артезианские воды.  Подземные воды отличаются большой растворяющей способностью. Даже дождевая вода не является идеально чистой, поглощая из атмосферы пыль и газы. Тем более это относится к подземным водам. Протекая по разнообразным породам, они взаимодействуют с ними и изменяют свои свойства и состав. По количеству растворенных веществ изменяются от ультрапресных до рассолов с полной насыщенностью (до 500-600 г/л). Довольно часто воды являются агрессивной средой по отношению к бетону, алюминию, железу. Эти параметры вод обязательно должны лабораторно определяться и  учитываться при строительстве. Однако подземные воды вступают во взаимодействие не только со строительными материалами, но, в первую очередь, и с породами, их вмещающими, растворяя и разрушая их.

Карстовые процессы — это явления, связанные с разрушением (выщелачиванием) карбонатных горных пород (известняков, доломитов, гипса) под действием подземных вод с образованием пустот в породах. Карстовые процессы приводят к формированию провалов и проседанию грунтов с образованием воронок, озер и других впадин.

Эти  процессы относятся к наиболее опасным по масштабам возможных разрушений.

Суффозия — процесс вымывания мелких частиц из горных пород, также сопровождающийся оседанием вышележащих пород, образованием воронок и провалов.

Плывунные явления в песках — обычно развиваются  в водонасыщенных песках с высокой пористостью (43-45%), наличием в породе двух фракций резко различных по крупности зерна.

Помимо геологических процессов важнейшую роль при строительстве играют непосредственно сами горные породы (их состав, физико-механические свойства), являющиеся основанием для фундаментов наших домов. Они могут быть рыхлыми, сыпучими, пластичными, набухающими, текучими и т. п. В инженерной геологии такие неблагоприятные для строительства грунты принято называть «специфическими».

В Подмосковье к специфическим грунтам относятся рыхлые пески, набухающие  пучинистые глинистые породы, слабые глинистые грунты (текучепластичные, текучие и заторфованные), а также техногенные грунты, обязанные своим происхождением деятельности человека (насыпные и намывные грунты, мощность которых может достигать 10-15 м).  К набухающим грунтам относятся юрские и меловые глины, свободное набухание которых может достигать 25%.

Изучая свойства грунтов на конкретном объекте, геологи рассчитывают и определяют лабораторным способом многочисленные их параметры: удельный и объемный вес, минеральный состав, пористость, влажность, коэффициент фильтрации, угол естественного откоса, сопротивление сдвигу и многие другие.  На основе этих данных производится расчет предельных состояний грунтов по несущей способности и деформациям. Только получив от геологов полный набор количественных характеристик пород на участке строительства, архитекторы и проектировщики должны приступать к выбору типа сооружения и расчету фундаментов, которые можно построить в конкретных инженерно-геологических условиях.

Можно кратко сформулировать состав основных инженерно-геологических работ, проведение которых рекомендуется до начала возведения загородного жилья:

1. Бурение скважин (обычно от 2 до 4-х шт. на одно здание). Глубина скважин зависит от геологических условий участка и параметров сооружения (наличие подвала, высота стен, планируемый тип фундамента, используемые при строительстве материалы и. т.д.) и в среднем составляет от 8 до 20 метров. Конкретные объемы и виды применяемых изысканий регламентируются действующими Строительными нормами и правилами (СНиП). Во время бурения геологи отбирают пробы грунтов и воды.

2. Лабораторный анализ грунтов и вод, встреченных на участке. Определяются их физико-механические и химические свойства.

3. Обработка полученных полевых и лабораторных материалов, построение инженерно-геологических разрезов, составление технического заключения по результатам изысканий. На основе этого заключения проектировщики (архитекторы) могут уверенно рассчитать оптимальный тип фундамента, глубину его заложения, особенности гидроизоляционных решений  и другие характеристики, необходимые для строительства.

4. В особо ответственных случаях, например при геологическом изучении для строительства крупных коттеджных поселков проводится экспертиза технического заключения в специальных органах Геологического надзора. После прохождения такой экспертизы техническое заключение приобретает юридическую силу и становится своего рода страховкой для инвестора и застройщика от возможных проблемных геологических ситуаций. Наличие технического заключения, прошедшего экспертизу Геонадзора существенно увеличивает стоимость участка или дома и при его продаже.

Коэффициент Водонасыщения Грунта + Влияние На Технологии Возведения Фундаментов » Подробная Инструкция + Фото + Видео


Автор Виктор Мартович На чтение 11 мин Просмотров 1.1к.
Обновлено

Устройство фундаментов в водонасыщенных грунтах

Степень водонасыщения грунта является одним из наиболее важных показателей, по которому ориентируются проектировщики и строители. Именно от этого него зависят конструкция и размеры фундамента, глубина его заложения.

Влияет он также и на перечень мер, которые необходимо принять, чтобы правильно построить и комфортно эксплуатировать здание. Далее мы поговорим о свойствах влажных грунтов, особенностях земляных работ и устройства фундаментов в таких условиях.

Видео в этой статье поможет вам разобраться, что же такое коэффициент водонасыщения грунта.

Содержание

  1. Характеристики и свойства грунтов
  2. Влияние водонасыщенности на качество грунта
  3. Сооружение фундаментов в водонасыщенных грунтах
  4. Уровни ответственности зданий: что это
  5. Как уплотнить основание под фундамент
  6. Сваи: панацея для слабых грунтов

Характеристики и свойства грунтов

Устойчивость заглубляемых конструкций и сооружений, их цена и трудоёмкость работ целиком и полностью зависят от характеристик грунта. Кроме уровня влажности, это плотность, коэффициент разрыхления, сцепление грунта и сопротивление сдвигу.

Итак:

  • На фото снизу приведена таблица, в которой прописаны все категории строительных грунтов. Плотность, а так же сцепление, определяемое первоначальным сопротивлением сдвигу, влияет на выбор землеройной техники для его разработки. И вообще, природные свойства грунтов взаимозависимы.

Разделение грунтов по категориям

  • Например: чем меньше плотность грунта, тем сильнее он может увлажниться. Соответственно, пески, супеси и рыхлые суглинки обладают способностью максимально впитывать влагу. Что такое водонасыщенные грунты? Данный показатель характеризуется степенью их насыщенности водой. Это отношение массы влаги в грунте к массе сухих твёрдых частиц, которое выражается в процентном соотношении.

Обратите внимание! Если коэффициент водонасыщения не превышает 5%, то грунт считается сухим. Влажность, превышающая 30%, относится к категории мокрых грунтов. Ну а всё, что между этими двумя показателями – это грунты с неполным водонасыщением.

Влияние водонасыщенности на качество грунта

Рыхлые грунты, а вернее, их свойства, находятся в полной зависимости от присутствия влаги. При определённой степени увлажнения они сначала размягчаются, а затем переходят в пластичное состояние. Если же поры грунта полностью насыщены и ещё остаётся свободная вода, он становится текучим.

Итак:

  • Что такое пластичный грунт, мы можем представить себе на примере пластилина. Если к нему не прикладывается усилие, он сохраняет свою форму. При определённом воздействии он, оставаясь сплошной массой, деформируется. Такое же состояние свойственно пылеватым и глинистым грунтам, которые находятся в нём лишь в определённом влажностном диапазоне.

Водонасыщенный глинистый грунт

  • Под сцеплением грунта подразумевается сопротивление его структурных связей какому-либо перемещению. В основном, это актуально для грунтов I категории, так как они имеют неустойчивую структуру. При строительстве по водонасыщенным грунтам сцепление имеет решающее значение.
  • Самый низкий показатель удельного сцепления у рыхлых песков и суглинков. А если они ещё имеют и высокий коэффициент водонасыщения, это доставляет строителям немало проблем. Стоит заметить, что человеку, который своими руками строит дом, справиться с ними без помощи специалистов бывает весьма затруднительно.

Свайное поле: фундамент на водонасыщенных грунтах

  • Тут главное – правильно сориентироваться и принять решение о выборе конструкции фундамента. Возможно, не имеет смысла приступать к земляным работам, чтобы возвести фундаментную ленту или залить монолитную плиту. Проблема в том, что при высоком уровне влажности глинистые и пылеватые грунты становятся липкими.
  • Это одно из самых неприятных свойств, присущее, в основном, глинам. Липкость усложняет работу землеройной техники, особенно при выгрузке грунта из ковша экскаватора в кузов грузового транспорта. Слабые водонасыщенные грунты в масштабном строительстве вообще не разрабатывают, а ставят здания и сооружения на сваи.

Взятие пробы грунта для лабораторного исследования

  • По мере повышения водонасыщенности грунта из состояния липкости он переходит в состояние размокаемости. То есть, под воздействием влаги он полностью утрачивает свою прочность. Это опять же касается рыхлых песков и суглинков, и по мере их перехода к плотным, малопористым грунтам вероятность размокания пропорционально снижается.

Обратите внимание! Размокание грунта чревато его полным распадом, и чем ниже была его первоначальная влажность, тем быстрее это происходит. Особенно быстро размокает почва с нарушенной структурой – именно поэтому откосы и стенки котлованов нуждаются в укреплении. Дренажные подушки под фундаментом и обратную засыпку пазух приходится плотно трамбовать, хотя вернуть грунту исходную плотность практически невозможно.

  • Если под землёй есть напорные воды, то стадия размокания рано или поздно переходит в стадию размывания. Этот процесс достаточно длительный и зависит от уровня минерализации почвы и скорости водного потока. Под его воздействием частицы отрываются и перемещаются, и больше всего этому явлению подвержены пылеватые грунты.

Определение УГВ и исследование влажности грунта

  • Плотная глина, благодаря устойчивым структурным связям, размыва практически не боится и вообще считается водоупорным материалом. С одной стороны, это хорошо, так как она не пропускает грунтовую воду к фундаменту. С другой стороны – это плохо, так как поверхностная вода не может уйти в грунт и застаивается. Вот поэтому в основании и устраивается дренажная подушка, и чем она толще, тем лучше.
  • Есть ещё такое свойство грунта, как набухание. Оно характеризуется способностью образца увеличиваться по мере насыщения водой в объёме. Мы упомянули даже ещё не все показатели, которые учитываются при проектировании и строительстве зданий. В каждом случае принимаются индивидуальные решения.

Делается это на основе геологического анализа грунта на участке, отведённом под строительство. Такими исследованиями занимаются специализированные организации, имеющие для этого оснащённые необходимым оборудованием лаборатории, а также соответствующих специалистов.

Сооружение фундаментов в водонасыщенных грунтах

Естественно, что конструкциям, непосредственно контактирующим с грунтом, при проектировании уделяется особое внимание. Основная задача – поиск наиболее оптимального решения, которое поможет исключить неравномерную усадку здания.

  • Для этого при возведении ленточных и монолитных плитных опор применяют такие меры, как увеличение площади опирания фундамента и изменение глубины его заложения. Если на дне котлована имеется плотный верхний слой, под фундаментной лентой устраивают опорную подушку, и она может быть не только насыпной, но и бетонной (монолитной или сборной). Песчаная подушка обязательна и в этом случае.

Лента фундамента, опирающаяся на бетонную подушку

В тех местах, где есть вероятность наибольшей осадки, может быть предусмотрен более глубокий подвал либо, наоборот, отметка подошвы фундамента поднимается выше.

Уровни ответственности зданий: что это

Вообще, проектирование нулевого цикла здания связано с уровнем его ответственности. Государственный стандарт устанавливает три таких уровня: повышенный, нормальный и пониженный. К первому уровню относятся все промышленные объекты, высотные здания и уникальные сооружения.

Постройка с пониженным уровнем ответственности

  • Жилые дома и прочие здания массового строительства относятся ко второму уровню. К категории объектов пониженной ответственности, относятся постройки павильонного типа и МАФ (малые архитектурные формы). К ним относятся беседки, теплицы, гаражи, небольшие складские помещения и бани – всё, что возводится на приусадебных и дачных участках.

Обратите внимание! К фундаментам частных особняков, таунхаусов, коттеджей и комфортабельных загородных домов предъявляются требования, соответствующие II (нормальной) категории ответственности. А значит, при их строительстве должны быть выполнены геологические изыскания и разработана конструкция фундамента, привязанная к реальным условиям участка.

Строительство дома с подвалом на ленточном фундаменте

И вот какие рекомендации по выбору конструкции фундамента для зданий нормального уровня ответственности, дают специалисты:

Разновидность грунтаРекомендуемый тип фундамента
Пески средней и высокой плотности;Глинистые грунты с нижним показателем текучести 0,75Строить дом без подвала, на мелкозаглублённом или незаглублённом фундаменте.
Непучинистые грунтыФундаменты столбчатые, ленточные, монолитная плита. Подвал можно предусмотреть.
Пучинистые грунтыТолько ленточный мелкозаглублённый или плитный фундамент. Без подвала.
Водонасыщенные биогенные грунты: торфы, илы, рыхлые пески, текучие глиныСваи либо плитные фундаменты. О подвалах не может быть и речи.

Как уплотнить основание под фундамент

В масштабном строительстве используют самые разные способы понижения уровня влажности грунта (см. Как выполнить осушение участка с высоким уровнем грунтовых вод). Это и установка вертикальных дрен, и устройство дренажных скважин, и замораживание грунта, и установка иглофильтров. А что же делать обычному частнику, решившему самостоятельно построить дом?

  • Основным средством спасения от грунтовой влажности в данном случае является подушка из песка и гравия под подошвой фундамента. С её помощью можно уменьшить величину его заглубления и размеры, лучше распределить давление на грунт и сделать осадку более равномерной. Для устройства ложа под фундамент используют песок, песчано-гравийную смесь, щебень.

Схема монолитного фундамента на песчаной подушке

  • В идеале, это два слоя: сначала песок, затем гравий. Их толщина определяется, исходя из качества грунта и размеров фундамента, и может быть достаточно большой. Но, к примеру, при подготовке основания под небольшой частный дом подушку можно насыпать из одного песка. Только в этом случае толщина насыпного слоя будет, к примеру, не двадцать, а тридцать сантиметров.
  • Важно только, чтобы песок был крупнозернистый и ни в коем случае не содержал примесей глины, так как вода в такой подушке будет застаиваться. При разработке котлована необходимо учитывать её толщину. Как уже было замечено, максимальное уплотнение подушки имеет огромное значение, и сделать это нужно правильно.
  • Понятно, что для этой цели следует использовать виброплиту, ведь котлован – это не ямка для заборного столба, и подушку в 30 см вручную не утрамбуешь. Тут есть ещё один, очень значимый нюанс: каждому известно, что сухой грунт, а тем более песчаный, вообще невозможно утрамбовать.

Утрамбовка песчаной подушки

  • Поэтому при устройстве подушки под фундамент необходимо знать, какова влажность песка. Если она окажется ниже 5%, то по нормам должно производиться его доувлажнение, при этом количество воды определяется расчётом. Насыпают подушку поэтапно, трамбуя каждый слой по отдельности, только вот смачивать песок непосредственно во время утрамбовки не рекомендуется.

Имейте в виду, что если грунтовые воды находятся ближе полуметра к дну котлована, сооружать заглублённый ленточный или плитный фундамент вообще не имеет смысла, так как в результате воздействия сил морозного пучения он может запросто всплыть. В этой ситуации лучше отдать предпочтение свайному варианту, и небольшая инструкция по его обустройству вам будет предложена в следующей главе.

Сваи: панацея для слабых грунтов

Земная кора имеет пластовую структуру, и если на поверхности слабый грунт, то под ним всегда есть более прочный слой. Толщина верхнего слоя может составлять как три метра, так и все пятьдесят, и построить что-либо на таком грунте можно только с помощью свай. Их задача: пройти сквозь некачественный грунт и зацепиться за прочный подстилающий пласт.

Итак:

  • Если геологический анализ показал, что грунт на участке слабый, необходимо выяснить, какова глубинная протяжённость этого слоя. Делается это с помощью разведочного бурения. Такие данные просто необходимы для того, чтобы правильно подобрать длину свай.

Фундамент по технологии ТИСЭ: прекрасный вариант для частного дома

  • В строительстве применяется несколько видов свай: трубные, железобетонные, монолитные и винтовые. Первые два вида – это забивные сваи, монтаж которых возможен только с помощью специализированной техники. Для строительства частных домов используют либо винтовые сваи, либо устраивают фундаменты по технологии ТИСЭ.
  • Если описать её кратко, то выглядит она так: в грунте бурят отверстия, вставляют туда асбоцементные трубы, армируют их полость и заливают бетоном, оставляя снаружи выпуски арматуры. Затем по периметру свайного поля устанавливают опалубку, в неё – армирующий каркас, который связывают закладной арматурой свай, и заливают ростверк.

Фундамент из винтовых свай

  • Винтовые сваи монтируются ещё проще. Их вкручивают в предварительно пробуренные лунки, а полость заполняют щебнем или обломками кирпича и заливают цементным раствором. Армирование не производится, так как оболочка свай стальная и достаточно прочная, чтобы обеспечить прочность фундамента.
  • Внутреннее заполнение бетоном осуществляется из соображений защиты металла от коррозии. Оголовки свай обрезают на нужной отметке и закрывают их приваривающимися пластинами. К ним впоследствии крепят швеллер или деревянные балки, которые будут выполнять функции ростверка.

Преимущество винтовых свай перед предыдущим вариантом состоит в том, что их гораздо проще использовать, если строить приходится на участке с неровным рельефом, либо просто в силу климатических условий здание нужно поднять как можно выше над уровнем земли. Если это расстояние превышает 60 см, для придания цокольной части свайного фундамента производят обвязку его периметра уголком или швеллером.

Прочность песка на сдвиг: характеристики и факторы

РЕКЛАМА:

В этой статье мы обсудим характеристики и факторы, влияющие на чистую прочность песка.

Прочность на сдвиг Характеристики песка:

Характеристики прочности на сдвиг песчаных грунтов зависят от условий дренажа в дополнение к нескольким другим параметрам, как описано в следующих подразделах.

1. Характеристики прочности на сдвиг насыщенных песков при дренированном сдвиге:

РЕКЛАМА:

Практически невозможно испытать ненарушенные образцы несвязных грунтов ни на прямой сдвиг, ни на трехосное сжатие. Поэтому используются только переформованные образцы, и образцы должны быть уплотнены приблизительно до плотности на месте. Чаще всего используется испытание на прямой сдвиг, будучи более простым и быстрым.

Характеристики прочности на сдвиг сухих и насыщенных песков одинаковы при условии, что избыточное поровое давление для насыщенных песков во время испытания равно нулю. Поэтому для проведения дренированных испытаний обычно используют сухие пески, так как испытать насыщенные пески несколько сложнее.

Типичные кривые, связывающие основную разность напряжений и осевую деформацию для образцов из плотного и рыхлого песка при испытаниях на трехосное сжатие с дренированием, показаны на рис. 13.25. Аналогичные кривые получаются относительно напряжения сдвига и смещения при сдвиге в испытаниях на прямой сдвиг. Для плотного песка напряжение девиатора увеличивается с увеличением осевой деформации, пока не будет достигнуто максимальное напряжение девиатора.

После достижения пикового напряжения девиаторное напряжение уменьшается при дальнейшем увеличении деформации. Для рыхлого песка нет пикового напряжения, и девиаторное напряжение постоянно увеличивается с увеличением осевой деформации. Однако скорость увеличения напряжения на единицу деформации (модуля) для рыхлого песка меньше, чем для плотного песка. Предельное девиаторное напряжение примерно одинаково как для плотного, так и для рыхлого песка.

На рис. 13.26 показана объемная деформация как функция осевой деформации для плотного песка и рыхлого песка. Объем образца грунта уменьшается с увеличением осевой деформации рыхлого песка. В случае плотного песка объемная деформация сначала уменьшается с увеличением осевой деформации, пока образец не достигнет некоторого минимального объема. Затем объем увеличивается с дальнейшим увеличением осевой деформации.

При правильно проведенном трехосном испытании с дренированием можно провести общую касательную для всех кругов напряжения Мора, как показано на рис. 13.27. Плоскость разрушения для каждого из образцов составляет угол a с горизонтом, как показано, который приблизительно равен –

α = 45+ ɸ/2

В AOCD на рис. 13.27 альтернативное выражение для ɸ через отношение главных напряжений может быть записано как –

Прочность песка на сдвиг в основном определяется трением скольжения между зернами почвы. Помимо фрикционной составляющей, прочность плотного песка на сдвиг имеет еще одну составляющую, на которую влияет расположение частиц грунта. Зерна почвы имеют очень неправильную форму и должны подниматься друг над другом, чтобы произошло скольжение. Этот эффект известен как блокировка.

В соответствии с теорией дилатансии напряжения угол трения может быть выражен как –

РЕКЛАМА:

ɸ = ɸ u + β …(13,35)

, где ɸ u — угол трения скольжения между минеральными поверхностями, а β — угол трения вследствие эффекта блокировки.

В плотном песке существует значительная степень сцепления между частицами, и это сцепление необходимо преодолеть, прежде чем может произойти разрушение при сдвиге. Это в дополнение к сопротивлению трения из-за скольжения между частицами. Характеристическая кривая напряжение-деформация для плотного песка показывает пиковое напряжение при относительно низкой деформации, а затем, когда блокировка преодолевается, напряжение, необходимое для дополнительной деформации, быстро уменьшается и становится постоянным с увеличением деформации.

Степень сцепления будет наибольшей в случае очень плотных, хорошо отсортированных песков, состоящих из угловатых частиц. По мере того, как деформация превышает пиковую точку на диаграмме напряжения-деформации, блокирующее напряжение преодолевается. Предел прочности при сдвиге (главная разница напряжений в случае трехосного испытания) и коэффициент пустотности образцов из плотного и рыхлого песка практически равны при одинаковом всестороннем давлении, как показано на рис. 13.25.

РЕКЛАМА:

Таким образом, в предельном состоянии сдвиг происходит при постоянном объеме, соответствующий угол трения обозначается как ɸ CV ‘. Уменьшение степени блокировки приводит к увеличению объема образца при сдвиге, как показано на рис. 13.26, за счет соотношения между объемной деформацией и осевой деформацией.

В случае рыхлого песка не требуется преодоления значительного сцепления частиц из-за меньшего взаимодействия частиц, а основная разница напряжений постепенно увеличивается до конечного значения без предшествующего пика.

Таким образом, прочность рыхлых песков на сдвиг в основном обусловлена ​​трением скольжения между частицами грунта. Оно является функцией эффективного нормального напряжения в точке контакта и линейно возрастает с ним. Разрушение рыхлых песков при больших деформациях можно описать как прогрессирующее разрушение по сравнению с относительно внезапным разрушением плотных песков при низких деформациях.

На практике обычно имеет значение только дренированная прочность песка, и типичные значения угла трения для рыхлых и плотных песков приведены в таблице 13.3. В случае плотных песков пиковое значение плоскостной деформации может быть на 4° или 5° выше, чем соответствующее значение, полученное при обычных трехосных испытаниях. Это увеличение незначительно в случае рыхлых песков.

Таким образом, в предельном состоянии сдвиг происходит при постоянном объеме, соответствующий угол трения обозначается как ɸ cv ‘.

2. Влияние коэффициента пустотности и всестороннего давления на изменение объема:

Первоначальная пористость образца грунта оказывает значительное влияние на изменение объема при сдвиге. Рыхлые пески, имеющие высокий начальный коэффициент пустотности, имеют тенденцию к уменьшению объема, так как они не обладают эффектом блокировки и позволяют более близкому перемещению частиц при сдвиге. Плотные пески с низким начальным коэффициентом пустотности имеют высокую степень сцепления, преодоление которых приводит к увеличению объема образца при сдвиге.

Эффект всестороннего давления заключается в увеличении плотности образца грунта и, следовательно, уменьшении коэффициента пустотности. Плотный песок при низком всестороннем давлении ведет себя так же, как рыхлый песок при высоком всестороннем давлении.

3. Характеристики насыщенных песков при недренированном сдвиге:

Нет никаких преимуществ в использовании недренированных испытаний на несвязных грунтах, поскольку в большинстве случаев они склонны очень быстро дренировать на месте, поскольку проницаемость высока, а нагрузки применяются относительно постепенно.

Сводное экспресс-испытание образцов песка может быть выполнено в аппарате трехосного сжатия, так как аппарат коробчатого сдвига для этой цели не подходит. Образец полностью насыщенного песка уплотняют под всесторонним давлением при известном начальном коэффициенте пустотности. Затем образец разрезают, оставляя дренажный клапан открытым и медленно прикладывая девиаторное напряжение.

Типичные круги напряжения Мора образцов, подвергнутых испытанию c-q, показаны на рис. 13.28. Огибающая Мора при низком давлении изогнута и приближается к прямой линии с углом наклона ɸ cq . Обычно измеряют поровое давление и рисуют круги эффективных напряжений Мора, как показано пунктирными линиями. Прямая огибающая разрушения Мора-Кулона получается с углом наклона ɸ’ cq .

Факторы, влияющие на прочность песка на сдвиг:

Прочность на сдвиг несвязных грунтов может быть выражена как –

r = σ‘ tan ɸ …(13,36)

Факторы, влияющие на сопротивление сдвигу песков, следующие:

1. Размер частиц:

Гравий имеет больший угол трения, чем песок, который, в свою очередь, имеет больший угол трения, чем ил. Больший размер частиц способствует лучшей степени сцепления частиц в грунтах одинаковой плотности, что приводит к более высокому углу трения.

2. Форма частиц:

Гравийный щебень и песок с угловатыми частицами имеют более высокий угол трения из-за лучшей степени сцепления, чем гравий и песок береговой насыпи с округлыми частицами.

3. Градация:

Грунты с хорошим гранулометрическим составом можно уплотнить до более высокой плотности, что приводит к лучшей степени сцепления и более высокому углу трения, чем у грунтов с плохим гранулометрическим составом.

4. Начальный коэффициент пустот во время сдвига:

Плотные пески с более низким начальным коэффициентом пустотности при сдвиге дают более высокий угол трения от пикового напряжения по сравнению с углом трения рыхлых песков с более высоким начальным коэффициентом пустотности. Рыхлые пески с начальным коэффициентом пустотности выше критического коэффициента пустотности (CVR) подвержены разжижению под действием внезапно приложенных нагрузок из-за потери прочности на сдвиг. Плотные пески с начальной пористостью меньше CVR не подвержены разжижению.

5. Цементация:

Естественная цементация между частицами придает грунту более высокую прочность на сдвиг.

6. Тип полезных ископаемых:

Если песок содержит слюду, он будет иметь более высокий коэффициент пустотности и, следовательно, меньшую прочность на сдвиг. Однако угол трения одинаков для почв, содержащих минералы кварца или полевого шпата.

7. Поровое давление воды:

Положительное поровое давление воды снижает эффективное напряжение и уменьшает сопротивление сдвигу. Отрицательное поровое давление воды из-за капиллярного натяжения в частично насыщенных песках временно увеличивает эффективное напряжение и сопротивление сдвигу.

8. Просачивание:

Просачивание воды, происходящее в направлении вниз, увеличивает эффективное напряжение и прочность на сдвиг, тогда как, когда оно происходит в направлении вверх, оно снижает эффективное напряжение и вызывает быстрое состояние из-за потери прочности на сдвиг.

9. Динамические нагрузки:

Внезапно приложенные динамические нагрузки, такие как землетрясения, забивка свай или другие строительные работы, создают положительное избыточное поровое давление в рыхлых песках и снижают эффективное напряжение, вызывающее разжижение из-за потери прочности на сдвиг.

10. Промежуточное главное напряжение:

Грунты в условиях плоской деформации, то есть когда деформация в одном направлении равна нулю, имеют более высокий угол трения, чем в трехосном состоянии, где присутствует промежуточное главное напряжение. Это показывает, что эффект промежуточного главного напряжения заключается в уменьшении угла трения.

11. Напряжение девиатора:

Высокие значения напряжения девиатора уменьшают эффективный угол трения ɸ’ из-за дробления песчинок. На практике, однако, такие более высокие девиаторные напряжения редко испытывают почвенные отложения, которые вызывают дробление зерен почвы.

12. Запирающее давление:

Увеличение ограничивающего или консолидирующего давления снижает ɸ’, хотя прочность на сдвиг увеличивается. Другими словами, увеличение всестороннего давления увеличивает прочность на сдвиг, но снижает скорость увеличения прочности на сдвиг.

13. Тип испытания на сдвиг:

Испытания на прямой сдвиг больше напоминают условия плоской деформации и, следовательно, могут давать более высокий угол трения для того же грунта, чем при трехосном испытании. Испытания на месте могут дать более высокий угол трения из-за естественной цементации.

14. Состояние дренажа:

Испытания без дренирования (CC и CU) показывают меньший угол трения, чем испытания с осушением (CD) для того же грунта.

15. Нарушение образца:

Нарушение образца приводит к потере естественной цементации и исходной структуры грунта, что приводит к меньшим углам трения, чем в ненарушенном состоянии для того же грунта.

16. Повторная загрузка:

Циклическое напряжение, намного меньшее статического напряжения разрушения, может вызвать очень большие деформации и, следовательно, разрушение грунта.

Главная ›› Разработка грунта ›› Песок ›› Прочность на сдвиг ›› Прочность на сдвиг песка

Песчаные дюны | Определение, формирование и факты

песчаные дюны

Все СМИ

Похожие темы:
бархан
сеиф
эхо дюна
алаб
скользкое лицо

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

песчаная дюна , любое скопление песчинок, сформировавшееся в насыпь или гряду ветром под действием силы тяжести. Песчаные дюны сравнимы с другими формами, которые появляются, когда жидкость движется по рыхлому дну, например, подводные «дюны» на руслах рек и приливных эстуариев и песчаные волны на континентальных шельфах под мелководными морями. Дюны встречаются везде, где рыхлый песок переносится ветром: в пустынях, на пляжах и даже на некоторых размытых и заброшенных сельскохозяйственных полях в полузасушливых регионах, таких как северо-запад Индии и некоторые части юго-запада США. Изображения Марса, полученные с американского космического корабля Mariner 9.и космические аппараты «Викинг» показали, что дюны широко распространены на этой планете как в кратерах, так и в песчаном море, окружающем северную полярную ледяную шапку.

Настоящие дюны следует отличать от дюн, образовавшихся вместе с растительностью. Последние занимают относительно небольшие площади на тихих влажных побережьях, а также встречаются на полузасушливых окраинах пустынь. Настоящие дюны занимают гораздо более обширные территории — до нескольких сотен квадратных километров — в основном в больших песчаных морях (эргах), некоторые из которых размером с Францию ​​или Техас. Однако они также встречаются в виде небольших изолированных дюн на твердой поверхности пустыни, занимающих площадь всего 10 квадратных метров (107 квадратных футов). Участки пологоволнистых песчаных поверхностей с низким рельефом классифицируются как песчаные покровы. Обычно они имеют почти плоскую или волнистую поверхность из крупных зерен песка и имеют толщину всего от нескольких сантиметров до нескольких метров. Незначительные песчаные щиты покрывают лишь несколько квадратных километров по краям полей дюн. Некоторые из них, такие как Песчаный щит Селима на юго-западе Египта и северо-западе Судана, вероятно, почти так же обширны, как некоторые великие песчаные моря.

В течение последних двух миллионов лет или около того условия очень малого количества осадков, при которых формируются настоящие дюны, распространились за пределы Сахары и других современных засушливых регионов в районы, которые сейчас более влажные. Лучшим свидетельством этих изменений является наличие песчаных морей, иммобилизованных растительностью. Дюны образовались в сходном климате в геологическом прошлом и в определенное время занимали пустыни столь же обширные, как и современные. Скалы, образовавшиеся в результате затвердевания древних песчаных морей, встречаются, например, в стенах Гранд-Каньона на юго-западе США, в Уэст-Мидлендсе Англии и на юге Бразилии.

Геоморфические характеристики

Понимание песчаных дюн требует базовых знаний о песках, ветрах и взаимодействии этих основных элементов. Эти факторы будут рассмотрены по очереди в следующих разделах.

Песок

Дюны почти всегда состоят из частиц размером с песок. Частицы глины обычно не подхватываются ветром из-за их взаимной когерентности, а если и подхватываются, то имеют тенденцию подниматься высоко в воздух. Только там, где глины агрегируются в частицы размером с песок, как, например, на побережье Мексиканского залива в Техасе, они образуют дюны. Ил легче подхватывается ветром, но уносится быстрее, чем песок, и мало признаков дюноподобных гряд, где ил откладывается, например, в виде пластов лёсса. Частицы крупнее песка, такие как мелкая галька, образуют дюноподобные элементы только при сильных и постоянных ветрах, как на побережье Перу, и эти крупнозернистые элементы обычно известны как зернистая рябь, а не дюны. Более крупные частицы, такие как небольшие валуны, могут перемещаться ветром только по скользкой поверхности (например, по льду или влажной соленой грязи) и никогда не образуют дюны.

Обычные дюнные пески имеют средний диаметр зерен от 0,02 до 0,04 см (от 0,008 до 0,016 дюйма). Максимальный общий диапазон составляет от 0,01 до 0,07 см. Большинство дюнных песков хорошо отсортированы, и образец песка из дюн обычно содержит частицы очень одинакового размера. Однако песок на песчаных пластинах плохо сортирован и часто бимодальен, т. е. представляет собой смесь крупных песков, часто диаметром около 0,06 см, и значительно более мелких песков, а также частиц среднего размера. Переносимые ветром пески, особенно более крупные частицы, часто имеют округлую форму и мелкие ямки, что придает зернам матовый вид при рассмотрении под микроскопом.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Большая часть переносимого ветром песка на Земле состоит из кварца. Кварц присутствует в больших количествах во многих магматических и метаморфических породах в виде кристаллов размером с песок. Он имеет тенденцию накапливаться, когда эти породы выветриваются, потому что он сопротивляется химическому разрушению лучше, чем большинство минералов, которые удаляются в растворе. Большая часть великих песчаных морей залегает в недрах континентов, которые миллионы лет теряли растворимый материал; как следствие, распространены кварцевые песчаники. Эти песчаники разрушаются ливневыми водами и речным стоком — процессами, которые в пустынях носят скачкообразный, но сильный характер. Продукты эрозии транспортируются в большие внутренние бассейны, где они депонируются. Такие аллювиальные отложения являются источником большинства переносимых ветром песков. Кварц также преобладает в большинстве песков прибрежных дюн, но в таких дюнах обычно присутствуют значительные примеси других минералов.

Дюнные пески, не состоящие из кварца, встречаются реже, но не неизвестны.