Свойства основания бетона

Модуль реакции грунта

Наиболее распространенные методы расчета основаны на послойном суммировании осадок, самыми известными из которых являются модели Винклера и Власова. Модель механической системы основания Винклера представляет собой группу упругих оснований, не связанных между собой, имеющих один и тот же коэффициент жесткости (рис. 2.3 а). По модели Власова, между упругими основаниями действуют упругие связи, воспринимающие усилия на срез, таким образом, чтобы не возникало горизонтального сдвига (рис. 2.3 b). Таким образом, модель Власова отражает реакцию основания точнее, чем модель Винклера.

Модель Винклера хорошо подходит для элементов, рассчитываемых вручную, а более сложная модель Власова используется в основном для компьютерного расчета.

Сложность методов послойного суммирования – определение модуля реакции грунта (коэффициента постели), так как он не является постоянной данного материала, а зависит от нагрузок, состава нагружаемой поверхности и сопротивления изгибу самой плиты. Самое важное – найти для модуля правильные значения порядка его величины.

Методом послойного суммирования можно рассчитать величины сил, развивающихся в плите от сосредоточенных нагрузок, давление грунта и прогиб плиты.

Нагрузка, равномерно распределенная по всей плите, не вызывает напряжений изгиба, если плита не опирается по краям на какую-то конструкцию, например, стену.

Сжимаемость структуры основы

На практике для плиты, лежащей на грунте, структура основы состоит из нескольких слоев, и по сжимаемости эти слои могут существенно отличаться друг от друга. Для методов послойного суммирования допускается, что сжимаемые слои грунта можно представить одним модулем упругости (рис. 2.4).

В строительной литературе можно встретить различные, не совпадающие друг с другом, методы расчета модуля реакции грунта (коэффициента постели).
При расчете напряжений хорошая корреляция расчетных и опытных данных достигается при применении формулы /4/:

Где:

• Em – модуль упругости грунта (МН/м²), расчетные значения;
• vm – коэффициент Пуассона грунта;
• Ec – модуль упругости бетона (МН/м²);
• H – толщина бетона (м).

Модуль упругости слоя грунта можно определить более точно на основании испытаний по трем осям, закрытым или открытым способом. Испытание закрытым способом больше подходит для связных грунтов, открытым – для обломочных. Пределы изменения модуля упругости даже для грунта одного и того же типа весьма широки.

Для многослойной конструкции, изображенной на рис. 2.4, модуль реакции грунта может быть определен по формуле /5/.

Где:

• h_i – толщина разных слоев основы;
• E_i – модуль упругости разных слоев основы;
• k_m – модуль реакции основного грунта (МН/м³).

Под основным грунтом понимается исходный ненарушенный грунт или толстый (не менее 1 м) слой утрамбованной подсыпки.

Модуль реакции основного грунта можно определить с помощью испытания несущей способности грунта плитой, при котором значение модуля реакции получается делением величины давления на плиту на измеренное значение осадки.

Уплотнение основы

При устройстве плиты, укладываемой на грунтовое основание, в первую очередь необходимо уплотнить грунт настолько, чтобы после изготовления плиты не возникало осадки. Как правило, достаточно обеспечить выполнение требований, приведенных в таблице 2.1. Если заказчик требует, например, полного отвода вод из-под плиты и очень небольших уклонов для дренажа, это потребует особого детального проектирования. В некоторых случаях для обеспечения хорошего уплотнения можно использовать трамбовку виброкатком по особому плану и с отдельным контролем выполнения работ.
Крайне важно следить за тем, чтобы трамбовка подсыпки грунта не производилась по мерзлой земле, так как при оттаивании грунт даст большую осадку. Если уплотнение выполняется в зимних условиях, нельзя использовать воду.

Испытания уплотнения и несущей способности /10/

Волюмометрическое испытание

• выполняется на подсыпке по месту;
• не применяется для определения подсыпок с крупной фракцией (каменный щебень, дробленый гравий, продукты каменоломни).

Усовершенствованное испытание на уплотнение по Проктору

• выполняется лабораторно на взятых образцах.

Испытание несущей способности плитой

• выполняется на объекте;
• подходит для определения несущей способности подсыпок с мелкой и крупной фракцией и природных грунтов.

Требования к уплотнению и несущей способности

Испытания уплотнения и несущей способности проводятся в количестве одного на 500 м² в отношении каждого уплотняемого слоя. Подсыпка для полов, лежащих на грунте, должна удовлетворять ориентировочным требованиям по плотности и несущей способности, приведенным в таблице 2.1.
Таблица 2.1. Требования по плотности и несущей способности для слоя подсыпки плит, укладываемых на грунтовое основание. Требования по несущей способности проверяются испытанием несущей способности плитой.

Степень уплотнения рассчитывается по формуле:

Где:

• g_d – измеренный волюмометрическим испытанием сухой объемный вес материала подсыпки;
• g_dmax – максимальный сухой объемный вес материала подсыпки, определенный с помощью усовершенствованного испытания по Проктору в лаборатории.

Отношение несущих способностей проверяется по формуле:

Где:

• E₁ – модуль деформации (МН/м²), рассчитанный при первом нагружении в испытании несущей способности плитой;
• E₂ – модуль деформации (МН/м²), рассчитанный при повторном нагружении в испытании несущей способности плитой.

Теплоизоляция

Конструкция пола в виде плиты на грунтовом основании экономична с точки зрения теплоизоляции, так как в обычных оттапливаемых помещениях поток тепла идет снизу вверх.
При расчете сопротивления теплопередаче нижележащей конструкции можно учитывать тепловое сопротивление грунта основания, RakMK C3 и C4. В теплотехническом отношении можно расположить теплоизоляцию сверху или снизу плиты, но с точки зрения влажности предпочтительнее расположение слоя теплоизоляции снизу. Для полов большой площади слой теплоизоляции может располагаться только по краям плиты.
На выбор материала для теплоизоляции существенно влияют нагрузки, действующие на пол. Под действием сосредоточенных нагрузок, особенно в местах швов, давление на основание может увеличиться до значительных величин. При этом возникает опасность превышения предельной прочности на сжатие материала теплоизоляции и возникновения вредных участков объемного сжатия, вызывающих дополнительные напряжения в бетонной плите и ее растрескивание.
Значения прочности на сжатие материала теплоизоляции меняются в зависимости от технологии его изготовления и плотности изоляции следующим образом:

1. Изготовленный методом расширения ячеечный полистирол (EPS) выдерживает длительную нагрузку 15…140 кн/м² (согласно EN 1606) с 2% объемным сжатием. Диапазон изменения модуля упругости 2…15 МН/м².
2. Изготовленный методом экструзии ячеечный полистирол (ХPS) выдерживает длительную нагрузку 50…250 кн/м² Диапазон изменения модуля упругости 7…20 МН/м².
3. Изоляция из минеральной ваты, предназначенная для укладки непосредственно на грунт, выдерживает максимальную нагрузку 80 кн/м² (согласно EN 826) с 10% объемным сжатием.
4. Керамзит соответствует по своей плотности и несущей способности мелкозернистому песку, для него допускается такая же сжимающая нагрузка около 200 кн/м². При этом его осадка составляет около 0,5% от толщины слоя.
5. Допустимая сжимающая нагрузка для керамзитобетона лежит в диапазоне 400…800 кн/м² в зависимости от плотности.

Для бетонных плит, заливаемых поверх керамзита и керамзитобетона, при заливке рекомендуется на слой основы укладывать фильтрующую ткань. При этом трение между основой и бетонной плитой значительно снижается, и фракции керамзита не проникают в массу бетона.
Изготовитель материала для теплоизоляции должен представить информацию о своем продукте: объемный вес, теплопроводность, прочность на сжатие для долгосрочного сжатия и объемное сжатие, модуль упругости и коэффициент Пуассона.

Гидроизоляция

Существенные проникновения влаги, отмечавшиеся у нижних перекрытий, вызывали отрыв напольного покрытия и наружную коррозию труб, размещенных в полу.
Проникновение влаги или воды в помещение предотвращается с помощью устройства герметичного поверхностного слоя, состоящего, как правило, из пластикового покрытия. Средства покрытия с пластиковым связующим веществом, такие, как эпоксидные и акриловые мастики, в настоящее время повсеместно применяются для строительства индустриальных объектов и для промышленных кухонных помещений. Для саун, душевых и прочих влажных помещений нижнее перекрытие выполняется с особой гидроизоляцией, которая отводит влагу, проникшую через поверхностные слои, в напольные колодцы.
Влага, поднимающаяся по капиллярам из грунта к полу, изолируется от нижней поверхности бетонной плиты слоем щебня или теплоизоляции. Толщина находящегося под полом дренажного слоя щебня должна быть не менее 200 мм. Когда таким образом прерывается капиллярная связь, то пластиковая пленка, обычно укладываемая под плиту, с точки зрения влагоизоляции, не играет существенной роли, ее назначение – уменьшить трение между бетонной плитой и основой. Плотная пластиковая пленка негативно влияет на скорость и равномерность высыхания бетона плиты.
Если средство обработки поверхности или покрытие плиты, лежащей на грунте, герметичное, рекомендуется устройство теплоизоляции под полом и использование прочной защитной бумаги.