Какво е слягане?
Слягането (settlement) е вертикалното преместване надолу на фундамента под въздействие на натоварването от сградата. То е неизбежно – всяка почва е компресируема в различна степен. Малкото и равномерното слягане е нормално и не причинява проблеми. Проблемите възникват когато слягането е прекалено голямо или – по-критично – когато е неравномерно (различни части на сградата слагат с различна скорост или количество).
Неравномерното слягане предизвиква огъващи моменти в конструкцията. Ако те надвишат якостта на конструктивните елементи, се появяват пукнатини – типично диагонални в тухлените стени и хоризонтални в бетонните конструкции. При изключително неравномерно слягане конструкцията може да загуби устойчивост.
Видове слягане
Незабавно (еластично) слягане
Настъпва веднага при нанасяне на натоварването, поради еластичното деформиране на почвата. При несвързаните почви (пясъци, чакъли) то представлява по-голямата част от общото слягане. Изчислява се по теорията на Буссинеск с модула на еластичност на почвата.
Консолидационно слягане
При наситените кохезивни почви (глини, тини) натоварването първоначално се поема от водата в порите (пороводно налягане). С времето водата бавно изцежда от порите, а натоварването постепенно се прехвърля към скелета на почвата. Този процес – консолидация – може да продължи години до десетилетия при дебели глинести пластове. Теорията на Тержаги описва математически процеса на консолидация. Коефициентът на консолидация C_v определя скоростта – при ниски стойности консолидацията е много бавна.
Ползване (creep)
Дори след края на консолидацията глинестите почви продължават бавно да слягат поради вторична компресия (ползване на почвената структура). При торфове и тини вторичното слягане може да е значително и да продължи за много дълго.
Допустимо слягане
Еврокод 7 и ISO 22476 дефинират ориентировъчни допустими стойности:
- Максимално слягане – за обикновени сгради обикновено 25–50 мм. За сгради с чувствителни инсталации – 10–25 мм.
- Относителен ъгъл на усукване (angular distortion) – δ/L, където δ е разликата в слягането между два съседни фундамента и L е разстоянието между тях. Допустимото е 1/300 до 1/500 за обикновени сгради, 1/1000 за машини и сгради с висока точност.
- Наклон – не повече от 1/300 за обикновени сгради, 1/1000 за кули и комини.
Изчисляване на слягането
Слягането се изчислява по метода на одометъра (едометъра). От компресионния тест в лабораторията се получава компресионният индекс C_c и коефициентът на прекомерно консолидиране OCR. За нормално консолидирани глини слягането е:
S = (C_c · H) / (1 + e_0) · log(σ'_f / σ'_0)
където H е дебелината на слоя, e_0 е началният коефициент на порите, σ'_0 е началното ефективно напрежение и σ'_f е крайното ефективно напрежение след нанасяне на фундаментното натоварване. Тази формула дава точни резултати само при нормално консолидирани глини – при прекомерно консолидирани е необходима корекция.
Предотвратяване и намаляване на слягането
Правилен избор на фундамент
Пилотните фундаменти, прехвърлящи натоварването до здрав пласт, практически елиминират консолидационното слягане. При плитки фундаменти по-голямата площ на фундамента намалява специфичното налягане и съответно слягането.
Предварително натоварване (preloading)
При строителство върху меки глини е ефективно да се постави временен насип (surcharge) преди изграждане на сградата. Под тежестта на насипа глината консолидира – когато насипът се отстрани и се построи сградата, по-голямата част от слягането е вече завършена. Комбинирането с вертикални дренажни фитили ускорява процеса.
Стабилизация на почвата
Варовата и циментова стабилизация, дълбочинното смесване (DSM) и jet grouting намаляват компресируемостта на слабата почва и ограничават слягането. Подробно в статията за стабилизация на почвата.
Разпределителна конструкция
Твърдата фундаментна плоча или свързаните с греди стъпкови фундаменти принудително изравняват слягането, намалявайки неравномерността дори при нехомогенни почви.
Мониторинг на слягането
При строителство на чувствителни обекти или при известни проблемни почви слягането трябва да се следи инструментално. Нивелационни репери, прикрепени към фундаментите, се измерват периодично с прецизен нивелир. Слягащомери (settlement plates) се поставят преди насипване. Пиезометри следят пороводното налягане и хода на консолидацията.
Данните от мониторинга позволяват сравняване с предсказаното слягане и навременна реакция при отклонения. При нови сгради мониторингът обикновено продължава 3–5 години след завършване.
Слягане при съседни изкопи
Изпълнението на дълбок котлован в близост до съществуващи сгради може да предизвика тяхното слягане поради: снижаване на нивото на подпочвените води (при изпомпване), хоризонтални деформации на укрепването и консолидация на глините. Пределите на допустимото слягане на съседни сгради трябва да се определят предварително и да се следят по время на изкопа.