Ранние этапы строительства начинаются с фундамента – определения пригодности грунта для строения. Глядя на строительные площадки, глинистая почва является одним из наиболее распространенных типов почв, с которыми вы столкнетесь.
Глинистая почва не особенно хороша для строительства, потому что она чувствительна к колебаниям влажности. Он расширяется, когда влажный, и сжимается, когда сухой, что приводит к неровному полу и трещинам в фундаменте. Глина создает плохую опору для почвы, и вам понадобится надлежащий структурный фундамент, чтобы сохранить его устойчивость.
Хотя это не идеально для строительства, иногда альтернативы нет, поскольку часто невозможно изменить состав почвы на вашей земле. Итак, давайте обсудим, какие варианты у вас есть, чтобы сделать вашу конструкцию более устойчивой, даже с глиной в качестве поддержки почвы.
Характеристики глинистой почвы
Глинистая почва способна удерживать вес — она определенно лучше поддерживает почву, чем, скажем, песок. Он также очень податлив во влажном состоянии, что облегчает перемещение и манипуляции в соответствии со строительными потребностями. Однако, когда он сухой, его может быть сложно передвигать, и часто для его перемещения требуется тяжелое оборудование.
Кроме того, глинистая почва состоит из мельчайших частиц, способных поглощать и удерживать воду, что делает ее склонной к колебаниям влажности. Он расширяется, когда получает достаточно влаги, и сжимается, когда становится сухим. Когда вы работаете над строительством, вам следует избегать этой характеристики, потому что она делает ваше здание восприимчивым к частым изменениям состояния почвы.
Почему глинистая почва не подходит для строительства
Когда вы находитесь на этапе планирования строительства, поддержка почвы — это первое, что вам нужно учитывать. Он определяет фундамент, который вам понадобится, и размер конструкции, которую вы можете построить. Некоторые типы почвы достаточно прочны, чтобы выдержать небоскреб, в то время как другие не могут выдержать даже вес человека.
В случае глинистой почвы он может выдержать вес конструкции, но не обладает устойчивостью для поддержания прочности фундамента. Поскольку он склонен к влажным колебаниям, он может сильно давить на фундамент, заставляя его двигаться вверх и вниз. Это не будет проблемой, когда здание новое, но это будет происходить несколько раз в год, создавая щели и трещины, которые ослабляют его структурную целостность.
Глинистая почва не идеальна для строительства, поскольку ее характеристики могут ослабить фундамент здания. Это усложняет проект и требует много времени для его завершения. Вот почему было бы лучше провести тесты почвы еще до того, как вы купите землю, чтобы убедиться, что ваша структура будет иметь идеальную поддержку почвы.
Можно ли по-прежнему использовать глинистую почву для строительства?
Короче говоря, да. Невозможно иметь лучший тип почвы для каждого строительного проекта. Вот почему в разных зданиях используются разные фундаменты, чтобы гарантировать, что они могут выдержать вес и адаптироваться к различным характеристикам почвы. Можно по-прежнему использовать глину для строительства, но на этапе проектирования будет использоваться другой подход к фундаменту здания.
Существует два способа возведения фундамента для сооружений на глинистом грунте, и оба они имеют разную степень прочности и сложности. Таким образом, успешный проект начинается с понимания вариантов, доступных для подобных начинаний.
Буровой пирс
Просверленные опоры или просверленные валы характерны для конструкций с большими поперечными и осевыми нагрузками. Он использует комбинацию торцевого несущего сопротивления и бокового трения, чтобы создать достаточную опору для здания. Если вы собираетесь использовать этот фундамент на глинистой почве, чем больше влаги в почве, тем глубже и больше должен быть пробуренный пирс.
Диаметр пробуренных пирсов может быть от 24 футов (7.3 м) до 120 футов (36.6 м). Использование его для фундамента конструкции, построенной на глинистой почве, идеально, потому что вы можете установить его на глубину более 300 футов (91.4 м). Конечно, вам придется учитывать вес конструкции, но это отличное решение для большинства жилых зданий.
Просверленные опоры обеспечивают лучшую устойчивость конструкции, потому что она закреплена глубоко в глине. Помните, что ключом к получению большей устойчивости с помощью этого варианта является более глубокое анкерование по мере того, как здание становится выше, а почва становится более глинистой.
Плита на уровне
Если просверленный пирс придает вашей конструкции лучшую устойчивость, плитный фундамент или плавающий плитный фундамент противодействуют тенденции глинистого грунта к расширению и сжатию. В этом методе используются плиты, которые укладываются непосредственно на землю, отсюда и термин «плавающая плита». Он выступает в качестве основы для конструкции, и вам не требуется иметь для него дополнительные опоры.
Минимальная толщина плитного фундамента составляет 4 дюйма (10.16 см). Однако толщина, необходимая для вашего строительства, будет зависеть от размера здания и содержания глины в почве. Если есть опасения или склонность к нестабильности конструкции, перед укладкой плиты мы используем слой гравия и битума (асфальта). Этот процесс предотвращает попадание влаги на плиту, что делает ее более эффективной против конструкций на глинистой почве.
Когда вы строите структуру, у вас есть два варианта плиты на уровне грунта. Выбор между ними будет зависеть от состояния почвы и здания, которое вы хотите иметь. Ниже приведены два типа плиты на уровне грунта, которые вы можете использовать для своей конструкции.
Поддерживаемая плита на уровне
Поддерживаемая плита на уровне грунта — это вариант, который мы используем, если фундамент уже имеет существующее основание. Гравийно-влагозащитный слой защищает плиту от неустойчивости глинистого грунта, а основание поддерживает фундамент.
Плита также имеет швы, выложенные сеткой, чтобы предотвратить появление случайных трещин. Это также снижает нагрузку на фундамент, когда глинистая почва испытывает резкие перепады температуры.
Монолитная плита на грунте
Монолитная плита на уровне грунта — это то, что мы используем, если у конструкции нет существующего фундамента. Если вы используете его в качестве фундамента для своего здания, плита будет служить основанием. Периметр плиты толще, чем остальная поверхность, потому что это обеспечивает большую устойчивость конструкции. Эта конструкция также способствует равномерному распределению веса по окружающему грунту.
В остальном монолитная плита на уклоне аналогична опорной плите; один слой гравия и гидроизоляции. Эти слои помогают снять напряжение всякий раз, когда глинистая почва сжимается или сжимается, предотвращая попадание влаги на плиту. Поверхность также имеет запланированную сетку, чтобы предотвратить появление случайных трещин, что является общей проблемой при строительстве на глинистой почве.
Вы можете использовать оба метода без армирования, и они хорошо подойдут для глинистой почвы. Однако, если вы хотите создать большую устойчивость для своей конструкции, вы можете использовать тросы пост-натяжения или арматурную сталь.
Эти материалы придадут вашей конструкции дополнительную прочность, которая может понадобиться вашему фундаменту. Это важный фактор, который необходимо учитывать при высоком содержании глины в почве. Использование арматурной стали вместе с плитой на уровне грунта гарантирует, что ваш фундамент сможет выдержать постоянное смещение грунта.
Заключение
Глинистая почва не является идеальным типом почвы для строительства, но это не значит, что на ней нельзя строить. Хотя этот процесс будет более сложным, чем строительство на коренной породе или суглинке, все же можно использовать для строительства глинистую почву. Единственное, что вам нужно для этого, это иметь правильный фундамент для лучшей устойчивости.
Просверленные сваи могут помочь вашему зданию быть более устойчивым, а плита на уровне земли помогает противодействовать нестабильности глинистой почвы. Оба являются отличными вариантами для вашего фундамента и гарантируют, что ваше здание будет иметь устойчивость почвы, которая ему необходима, чтобы прослужить дольше.
Почему использование почвенной шапки на обширной почве не всегда является решением
Потенциальная проблема
Нерасширяющийся почвенный покров поверх расширяющегося грунта не всегда может остановить расширение нижележащего расширяющегося грунта или возникающее в результате разрушительное воздействие на фундаменты и конструкции, построенные поверх почвенного покрова. Однако, если фундамент, построенный поверх грунтового покрытия, спроектирован так, чтобы быть достаточно жестким, чтобы выдерживать дифференциальные вертикальные перемещения между стенами по периметру и внутренними этажами, проблема не будет структурной. Проблема может заключаться в более высокой стоимости.
Почему вас должна волновать эта проблема?
При размещении нерасширяющегося почвенного покрова поверх расширяющегося грунта (1) должны быть полностью известны параметры нижележащего расширяющегося грунта, (2) должны быть долгосрочные характеристики нерасширяющегося почвенного покрова поверх нижележащего расширяющегося грунта. должны быть точно определены, (3) должны быть оценены долгосрочные структурные характеристики фундамента и (4) необходимо рассчитать увеличение стоимости строительства фундамента, вызванное использованием нерасширяющегося грунтового покрытия. В конечном итоге вы можете потратить много денег на нерасширяющийся почвенный слой, который не компенсирует должным образом воздействие нижележащего расширяющегося грунта, или в этом может не быть необходимости, если используется альтернативная система фундамента.
Что происходит с традиционными конструкциями фундамента, которые размещаются непосредственно на обширной почве?
Три из наиболее распространенных конструкций фундамента — ребристая плита (RS), плита одинаковой толщины (UTS) и стволовая стена с непрерывным основанием (SW) — не смягчают воздействие расширяющегося грунта. Фундаменты РС и УТС всегда находятся в полном контакте с грунтом. Если грунт изменяет объем из-за изменения влажности, эти два типа фундаментов будут перемещаться. Фундамент SW допускает расширение грунта в воздушное пространство под фальшполом, но основания могут по-прежнему подвергаться подъемным силам глубоко расширяющейся глины.
Что происходит с традиционными конструкциями фундамента, когда они размещаются непосредственно на нерасширяющейся почвенной шапке, расположенной над расширяющейся почвой?
Слой нерасширяющегося грунта будет передавать восходящую силу нижележащего расширяющегося грунта, если эта восходящая сила превышает общий вес нерасширяющегося грунтового покрытия, фундамента и конструкции. Также могут возникать дифференциальные вертикальные перемещения между стенами по периметру и полами из-за различий в гравитационных нагрузках и жесткости фундамента.
Гавайская армированная плита (HRS) является примером конструкции фундамента, в которой используется нерасширяющийся грунтовый слой поверх расширяющегося грунта, перекрытый плитой перекрытия средней толщины с заглубленными балками по периметру в качестве фундамента. Было доказано, что эта конструкция фундамента работает при размещении на правильно спроектированной нерасширяющейся почвенной шапке. Но это может быть дорогостоящим решением для фундамента, когда стоимость грунтового покрытия добавляется к общей стоимости фундамента.
Почему используется нерасширяющийся почвенный колпачок?
Проектировщики фундаментов часто предполагают, что нерасширяющийся грунтовый колпачок является лучшим решением многих проблем с обширным грунтом. Такое предположение не всегда верно. В зависимости от характеристик расширяющегося грунта и его глубины использование нерасширяющегося почвенного колпака может быть или не быть решением.
Экспансивная почва с нерасширяющейся почвенной шапкой: строительство непосредственно на расширяющейся почве
Что происходит с традиционным фундаментом, установленным прямо на обширной почве?
Примером этого является конструкция фундамента, обычно используемая в домах для малоимущих в Мексике. Большинство строителей домов не проверяют грунт на его характеристики расширения — они обычно заботятся только о допустимом несущем давлении грунта (ПБУГ). Фундамент спроектирован с использованием только ASBP и возводится непосредственно поверх расширяющегося грунта без значительного утолщения балок периметра и плиты перекрытия, а также без добавления структурной арматуры к плите перекрытия. Плита перекрытия обычно имеет только легкую сварную проволочную сетку (WWF), которая очень гибкая и используется только для минимизации температурного растрескивания бетона. В процессе строительства по WWF ходят, и он оказывается лежащим на земле в нижней части фундамента, когда укладывается бетон, что делает его бесполезным. После нескольких влажных и засушливых сезонов фундамент начинает вздыматься, что в конечном итоге приводит к структурному растрескиванию бетона.
Вода легко мигрирует под неглубокую краевую балку, а затем под тонкую плиту этой конструкции фундамента, потому что ее мало что останавливает. В результате расширение грунта происходит дальше от края плиты.
Некоторые строители домов использовали более тяжелую арматуру в тонкой плите перекрытия, но вся площадь плиты перекрытия по-прежнему находится в контакте с расширяющимся грунтом. Результат все тот же — движение плиты и структурное растрескивание.
Тонкий экспансивный слой почвы
Если самый верхний слой почвы на строительной площадке является расширяющимся и если он не очень толстый, некоторые инженеры-геотехники могут порекомендовать полностью удалить этот слой и заменить его нерасширяющимся грунтом. Это решение решает все проблемы, связанные с расширением грунта, поскольку оно полностью устраняет любую возможность расширения грунта и связанное с этим негативное воздействие, которое такое расширение может оказать на фундамент и конструкцию. Однако это также требует значительных затрат на удаление, утилизацию и замену расширяющегося грунта импортируемым нерасширяющимся грунтом.
Толстый экспансивный слой почвы
Если верхний слой почвы является обширным и глубоким, удаление всей расширяющейся почвы по глубине, подверженной колебаниям влажности в этом слое, может быть экономически невыгодным решением. Чтобы полностью устранить потенциал расширения расширяющегося грунта, возможно, придется удалить значительную глубину этого грунта и заменить его нерасширяющимся почвенным покровом, что является очень дорогостоящим мероприятием. В таких случаях некоторые проекты фундаментов ошибочно предполагают, что если удалить только часть верхнего слоя расширяющегося грунта, подверженного колебаниям влажности, можно будет избежать эффектов расширения грунта.
Иногда такой подход работает, но чаще всего со временем он дает сбой.
Почему это не удается? Неэкспансивные почвенные колпаки изготавливаются из почв, которые имеют более высокую проницаемость, чем экспансивные почвы. Поверхностные и подповерхностные воды будут течь гораздо быстрее через нерасширяющийся материал почвенного покрова и мигрировать вниз под действием силы тяжести к верхней части расширяющегося грунта. Вода затапливает верхнюю зону экспансивного грунта. Расширяющаяся почва в этой верхней зоне в конечном итоге увлажняется ниже ее границы с нерасширяющейся почвенной шапкой и расширяется.
Где расширяется? Он расширяется вверх по нижней стороне не расширяющейся почвенной шапки на границе двух разных слоев почвы. Если восходящая сила расширяющегося грунта превышает суммарную гравитационную нагрузку почвенного покрова, фундамента и конструкции, фундамент будет двигаться вверх.
Пример разрушения почвенной шапки
В одном крупном жилом комплексе в Северной Мексике, где почва сильно расширяется, давление расширения почвы было проверено с использованием ASTM D 4546 (метод B) и оказалось, что оно составляет 32 фунта на квадратный дюйм (2.25 кг / кв. см / 4608 фунтов на квадратный фут). Это испытание было проведено в рамках судебно-медицинской экспертизы после строительства и анализа провалов фундамента на этом участке. Рекомендации в первоначальном исследовании почвы включали размещение нерасширяющегося почвенного покрова толщиной один метр над глубокой и сильно расширяющейся почвой. Почвенный колпак был сделан из материала, предназначенного для уменьшения расширения почвы. Использовался фундамент из просверленных бетонных столбов и балочных балок. Он включал в себя тонкий UTS, который был помещен поверх нерасширяющегося грунтового покрытия и монолитно залит вертикальными балками, которые опирались на опоры.
В течение двух лет после завершения жилищной застройки в большинстве домов произошло значительное вздутие бетонных полов внутри дома. Расширяющийся грунт оказывал подъемное давление на нерасширяющийся грунтовый покров, который, в свою очередь, передал подъемное давление на бетонный фундамент и конструкцию. Тонкий UTS не был рассчитан на эти направленные вверх силы, что привело к значительному вертикальному перемещению и растрескиванию плиты.
Нерасширяющаяся почвенная шапка, со всеми затратами времени и средств, которые были потрачены на ее размещение на всей проектной площадке, позволяла дождевым и грунтовым водам просачиваться в обширную почву под почвенной шапкой.
Кроме того, расширяющаяся почва ниже уровня контакта с почвенной шапкой, скорее всего, не была обработана влагой до установки почвенной шапки, что привело к еще большему разрушительному давлению расширения в основании почвенной шапки. Это давление передавалось почвенной шапкой на фундамент. Нерасширяющийся грунтовый колпак с бетонной опорой и фундаментом из наклонных балок не был правильным решением для этой проектной площадки, поскольку он не предотвратил повреждение фундамента из-за расширяющегося грунта.
Как конструкции фундамента работают на почвенной шапке?
Фундаменты UTS, RS и HRS не смягчают восходящую силу расширения в грунте. Они перемещаются вместе с расширяющейся почвой. Фундамент ЮЗ (и фундаменты, использующие просверленные сваи с наклонными балками), где полы приподняты над уровнем земли, могут избежать этой направленной вверх силы расширения, но при значительно больших затратах. У них есть и другие проблемы, такие как сохранение открытой площадки под домом сухой в сезон дождей. Вокруг фундамента обычно требуются дренажи по периметру, а также вентиляционные отверстия по периметру фундамента, чтобы обеспечить сухость и вентиляцию открытой площадки под домом и отсутствие плесени.
Одной из систем фундамента, предназначенной для использования непосредственно на обширных почвах, является система Wafflemat™. В системе Wafflemat используются жертвенные пластиковые формы для создания пустот на нижней стороне фундаментной плиты. Фундамент Wafflemat располагается прямо на земле, как правило, без какой-либо обработки почвы или другой подготовки почвы, кроме выравнивания подходящей плоской строительной площадки.
Система Wafflemat успешно используется с начала 1990-х годов. Он работает, просто поглощая расширяющуюся глинистую почву в пустоты. Решетка из узких армированных балок соприкасается с землей, тем самым обеспечивая значительно меньшую площадь контакта, на которую расширяющийся грунт может воздействовать своей подъемной силой, но при этом сохраняя ASBP. Фундамент Wafflemat также создает гораздо более жесткую матрицу балок, которые противостоят изгибающим силам, воздействующим на фундамент расширяющимся вверх грунтом. Более близкое расстояние между балками позволяет тонким плитам, перекрывающим вафельные коробки между балками, обеспечивать общее поперечное сечение конструкции с требуемой жесткостью. Прогибы плит перекрытия минимальны, а структурные трещины практически отсутствуют.
Как выглядит тональный крем Wafflemat? Представьте, что вы стоите в современном бетонном гараже. Посмотрите вверх. Скорее всего, система структурного перекрытия, которую вы видите, будет похожа на вафлю. Пол будет иметь жесткие балки, идущие перпендикулярно друг другу, с пустотами между балками. Если бы этот пол был размещен на подготовленной строительной площадке, он был бы очень похож на систему Wafflemat.
Что происходит с почвой под системой Wafflemat? Когда обширная почва становится влажной, она расширяется вверх. Он входит в контакт с узкими балками вафельного мата, а затем скользит наружу и вверх по краям балок и в пустоты, созданные вафельными коробками. Энергия расширения почвы частично рассеивается в этих пустотах. В результате на нижнюю сторону фундамента Wafflemat передается намного меньше восходящей силы расширения почвы. Напротив, фундаменты RS и UTS ощутят на себе всю тяжесть силы расширения грунта.
Преимущества использования неэкспансивного почвенного колпака
· Если расширяющийся слой почвы тонкий, удаление всего расширяющегося слоя почвы и замена его нерасширяющимся грунтовым покрытием полностью устраняет проблему расширения почвы. В зависимости от толщины обширного слоя почвы это может быть лучшим решением по совокупным затратам.
· Свойства почвенной шапки могут быть спроектированы инженером-геотехником.
Недостатки использования нерасширяющегося почвенного колпака?
· Нерасширяющийся почвенный покров на глубоком экспансивном грунте чаще всего не устранит проблемы расширения нижележащего экспансивного грунта, особенно когда глубина экспансивного грунта с неустойчивым влагосодержанием велика, а при облегченном одноэтажном или двухэтажном Дома с деревянным каркасом строятся на фундаменте.
· Затраты на (1) выемку, вывоз и утилизацию расширяющегося грунта, (2) покупку нового нерасширяющегося грунта и (3) ввоз и повторное уплотнение нерасширяющегося грунта могут быть очень высокими.
· Почва на месте может консолидироваться под повышенной нагрузкой нерасширяющегося колпака.
· Углеродный след значительно увеличивается из-за дополнительных грузовых перевозок, необходимых для экспорта и импорта грунта, а также из-за тяжелой строительной техники, необходимой для необходимых земляных работ.
· Грунтовые и дождевые воды по-прежнему будут просачиваться через проницаемую нерасширяющуюся почвенную шапку и мигрировать вниз к нижележащей расширяющейся почве, где со временем может произойти расширение этой почвы.
· Инженер-геотехник должен будет протестировать почвенный покров после укладки и уплотнения, чтобы убедиться, что параметры грунта почвенного покрова соответствуют спецификациям геотехнического проекта.
Выводы
Фундаменты UTS, RS и HRS не будут поглощать какие-либо восходящие силы, создаваемые расширяющимся грунтом, которые превышают общую гравитационную нагрузку почвенного покрова, фундамента и конструкции. Эти фундаменты находятся в полном контакте с грунтом. Выше точки равновесия всех вертикальных нагрузок эти фундаменты будут двигаться вверх. Эти фундаменты противостоят изгибающим и растрескивающим эффектам восходящих сил только за счет жесткости их конструкции. Однако фундаменты RS и HRS также требуют выемки грунтового покрытия для заглубленных в землю ребер, которые используются для придания жесткости их плитам. Раскопки требуют дополнительных затрат и времени.
Фундамент SW (и фундаменты, использующие просверленные опоры с приподнятыми балками и фальшполом), как правило, избегают сил расширяющегося грунта, пока нижняя часть заглубленных частей фундамента опирается на расширяющийся грунт, который не испытывает изменений влажности или на неэкспансивной почве. Расширяющийся грунт также может оказывать восходящее усилие на заглубленные поверхности пробуренных опор и стен ствола. Фундамент SW также требует значительных затрат и времени на раскопки, формирование и заливку бетонных опор, удаление и утилизацию грунта и создание фальшпола.
Wafflemat специально разработан для поглощения давления расширяющейся почвы. Он строится непосредственно на обширном грунте подготовленной строительной площадки таким же образом, как и UTS. С системой Wafflemat не требуется дополнительных земляных работ и завоза грунта, как и с UTS. Время строительства Wafflemat System сравнимо со временем строительства UTS. Плита Wafflemat, однако, более жесткая на кубический ярд бетона и будет поглощать расширяющуюся почву и частично рассеивать давление расширения почвы. Кроме того, система Wafflemat имеет очень низкий углеродный след, поскольку не требует выемки грунта и/или импорта грунта, как это требуется для фундаментов RS, HRS и SW; и он также использует переработанный пластик при изготовлении вафельных коробок, которые образуют пустоты в фундаменте Wafflemat System.
