Несущий слой грунта для фундамента

Оптимальный выбор типа фундамента для конкретного грунта

Каждый человек, который решает строить дом на своем земельном участке, вынужден подбирать оптимальный для конкретного типа почвы, фундамент. Если не провести подробную геодезическую разведку почвы, а также не учесть глубину промерзания, то уже через несколько лет основание деформируется с дальнейшим разрушением. Поэтому, любое строительство здания всегда нужно начинать с разведки участка и изучения структуры почвы, ведь свойства грунта играют важную роль.

Критерии состояния почвы

Учитывая, что самые популярные и дешевые в строительстве – это ленточные фундаменты и столбчатые с перевязкой, то и встретить их сейчас не проблема, но далеко не всегда они способны выдерживать допустимые нагрузки, а свойства конкретной почвы не позволяют возводить большие дома.

Популярные основания не всегда будут оптимальными для конкретной территории, ведь они не всегда способны выдерживать большие постоянные нагрузки на мягких почвах. Поэтому, кроме критерия «цена-качество», фундаменты также подбираются по критериям состояния почвы, а именно:

• какой тип грунта на площадке приоритетнее;
• состояние и высота залегания грунтовых вод;
• вертикальная структура почвы;
• глубина промерзания;
• наличие просадочных пород;
• тип здания, его масса и размеры;
• характеристики основания и наличие твердых пород на различных глубинах.

Застройщику или хозяину участка важно знать, есть ли возможность присутствия одновременно разных типов грунтов.

Структуры грунта и особенности

Грунты можно подразделить на пять основных типов, и у каждого из них есть свои особенности. Например, хрящеватый грунт состоит с песка и глины, имеет каменистое основание. Благодаря малому содержанию просадочных пород, такой грунт оптимален для строительства, он не размывается водой, имеет небольшую глубину промерзания и обладает высокой прочностью.

Из-за разного состава почвы, хрящеватые грунты имеют хорошую фильтрацию, обладают отличными несущими свойствами и выдерживают значительные нагрузки. Существуют и другие виды:

1. Песчаный грунт достаточно легкий, быстро пропускает воду, и водные горизонты залегают глубоко. Как правило, промерзает на глубину до метра, на нем возводятся основания ленточного типа из железобетонных блоков или некоторые виды столбчатых конструкций. Содержание просадочных пород огромное, поэтому такие почвы склонны к горизонтальному и вертикальному смещению.
2. Скалистая почва считается одной из самых прочных, не подвержена пучению, глубина промерзания незначительная. При строительстве домов на таких почвах иногда даже не углубляют сильно подошву, поэтому и стоимость возведения дома незначительная, а содержание просадочных пород практически сведено к минимуму.
3. Свойства глинистых грунтов таковы, что они содержат много воды, поэтому даже под воздействием незначительных осадков сразу превращаются в жижу. Поэтому, не отличаются прочностью, склонны к пучению и имеют большую глубину промерзания, а также имеют высокое содержание просадочных пород. За счет проседания на неравномерных слоях грунта, часто возникает просадка основания в разных местах, которая неизбежно приведет к полному разрушению дома. Такая почва считается неблагоприятной для строительства, на ней практикуют использование ленточного блочного или бетонного монолитного фундамента, свойства которых позволяют нейтрализовать пучение.
4. Торфянистые грунты очень легкие, имеют огромное количество пор и не отличаются прочностью. Торфяник сильно насыщен влагой, грунтовые воды расположены высоко. Тут единственно правильный вариант – это устройство монолитной бетонной плиты или столбчато-ригельного основания. Такие грунты обладают свойством неравномерного пучения, они неустойчивые и содержат много просадочных пород.

Ключевые свойства грунта при выборе типа фундамента

Выбор типа фундамента напрямую зависит от глубины промерзания грунта. Скалистые почвы считаются непромерзаемыми, ведь в них содержится минимум грунтовой воды. Конечно, они также могут охладиться до отрицательных температур, но не содержат просадочных пород и укреплять основания тут не нужно. А вот глинистые и торфяные почвы промерзают на большую глубину, поэтому нужно сразу рыть глубокие котлованы, а это затратно.

Наличие просадочных пород в грунте, к которым относятся пласты глины, песка или торфа тоже имеют немалое влияние. Чем их больше, тем менее устойчивый грунт, и в этом случае нужно дополнительно проводить укрепление основания. Можно, конечно, поменять пласты глины на песок и утрамбовать, но это дорогое удовольствие, и далеко не каждому будет по карману.

Очень важна степень пучения и возможность подвижек при сейсмической или иной активности. Неустойчивые почвы склонны к горизонтальному движению, поэтому тут сразу проводится дополнительное укрепление почвы сваями или столбами ниже глубины промерзания. Такие грунты очень слабые, поэтому подошва основания устанавливается глубоко.

Влияние типа строения на выбор оптимального фундамента

Понятно, что нагрузка на единицу площади основания грунта сильно зависит от того, какие строительные материалы используются при строительстве здания. Ведь масса несущих стен, сделанных из кирпича и с деревянным перекрытием, существенно меньше, чем аналогичная железобетонная конструкция. Соответственно, построить массивный кирпичный дом на болотистой слабой почве может только оптимист. Тут спасет разве небольшой компактный дом на свайном ростверке.

Также важную роль играет наличие или отсутствие подвала или цокольного этажа. Например, на столбчатом фундаменте сделать подвал технически практически не реально, а вот на сборном монолите – можно. Тут также можно комбинировать типы оснований, это сейчас не составит большого труда. Подвалы себя оправдывают, если есть слабые почвы с послойным расположением неустойчивых типов грунтов.

В любом случае, стоит устраивать основания таким образом, чтобы подошва была ниже глубины промерзания. Почва на такой глубине стабильная, предсказуемая и отлично справляется с нагрузками, а свойства позволяют выдерживать значительные нагрузки. А оптимальный вариант – это скалистые породы, но найти их на равнинной местности очень сложно.

Материал для фундаментов

Вариантов тут также большое количество, начиная от натурального камня или дерева, заканчивая мощным и тяжелым железобетоном. Соответственно, тип фундамента играет важную роль, учитывая материалы для возведения. Но и масса конструкции будет иной, о чем нужно всегда помнить:

1. Бутобетон. Это современный строительный материал, который пользуется популярностью через свою небольшую массу, компактные размеры и стойкость к влаге. Состоит с природного камня и бетонного раствора, где раствор служит клеем и надежно защищает камень от смещения. Используется в тех случаях, когда на близлежащей территории есть достаточное количество камня. Он оптимален при строительстве домов на песчаных и скалистых почвах, нельзя использовать на слабых и неустойчивых глинистых грунтах.
2. Железобетон. Это монолитные или бетонные блоки, армированные стальными прутьями в направлении основных нагрузок. Железобетонные конструкции можно сделать самостоятельно сразу на площадке или купить уже готовые.

Кирпич и дерево сейчас практически не применяется, эти материалы не долговечные, слабые и неустойчивые. Их часто используют для создания ростверков, дополнительно устанавливают гидроизоляцию и теплоизоляцию.

Виды фундаментов и их использование на конкретных типах грунтов

Конструктивные особенности современных фундаментов позволяют подобрать оптимальный вариант для применения на хороших грунтах и тех, у которых самые нежелательные характеристики. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Столбчатые фундаменты

Это конструкция с несущими столбами прямоугольной или круглой формы. Производятся столбы из различных материалов, часто используется бутобетон с дополнительным армированием.

Бетоном заполняются скважины до высоты залегания грунта, а затем поднимаются до уровня ростверка кирпичом. Столбчатые основания дешевые в возведении, можно использовать подручные строительные материалы, не нужно использовать гидроизоляцию, а также возводить здание на слабых просадочных грунтах. Но ростверки не защищены от проветривания, поэтому нужно делать теплоизоляцию подполья. А это дополнительные финансовые расходы.

Такие основания используются на относительно легких почвах, не подверженных пучению и горизонтальному смещению. Ведь столбы между собой практически ничем не соединены, поэтому при подвижках возможна деформация и разрыв ростверка с дальнейшим обрушением здания.

Столбчатые фундаменты с перевязкой

Такие основания более прочные и устойчивые, чем обычные конструкции, в них используется армирование горизонтальных и вертикальных поясов. Но устройство рындбалки (перевязки) значительно повышает стоимость и усложняет фундамент. Поскольку требует единого армирования (перевязки арматуры) как в балке, так и в столбике. Рындбалку располагают либо по поверхности грунта, либо с небольшим заглублением, устроив под ней песчаную подушку.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент

Это монолитная конструкция, возведенная на небольшой глубине и выступающая над поверхностью, формируя цоколь. Лента залегает на глубине до метра, иногда даже до 50 см, под бетонной лентой предусматривается песчаная подушка.

Этот тип основания практикуют при возведении небольших высотных зданий, можно сделать подпол или небольшой погреб. При устройстве таких оснований практикуется устройство шурфов, которые используются для дополнительного укрепления конструкции.

Интервал шурфов составляет до полутора метров, они армируются и заполняются бетоном, а скважины часто устраивают ниже глубины промерзания. Практикуется на песчаных почвах и суглинках, его преимущество – универсальность и дешевизна. Только нужно помнить, что это монолитная конструкция и все блоки нужно обязательно соединять между собой армированием и качественным бетонным раствором.

Глубокозаглубленный ленточный фундамент

Этот самый надежный тип основания, который используется на слабых пучинистых почвах, или с большим содержанием просадочных пород. Свойства такого основания позволяют его использовать также на скальных породах с глубоким залеганием осадочного слоя.

Подошва ленты всегда устанавливается ниже глубины промерзания грунта, поэтому он выдерживает даже сильные вертикальные подвижки грунта. Такое основание также способствует обустройству полноценного подвала различной высоты.

Монолитное основание

Это единственный тип фундамента, который можно использовать на торфяных или глинистых почвах с высоким залеганием грунтовых вод. Он может быть мелкозаглубленным или глубокозаглубленным, позволяет сделать подвал, ведь тут на песчано-гравийной подушке создается монолитная железобетонная плита расчетной толщины.

Единственный недостаток – это необходимость идеально ровной строительной площадки, иначе со временем монолит начнет медленно сползать. Свойства конструкции таковы, что можно и не делать сложные расчеты несущей способности или даже делать дополнительное укрепление почвы.

Источник

Несущая способность грунта и способы ее увеличения

Строительство — это сложный процесс, требующий большой точности при расчетах несущей способности конструкции.

Масса крыши передает нагрузку на стены, потом на фундамент и в конечном итоге масса всего строения воздействует на основание — толщу породы, на которую опирается фундамент.

Перед началом строительства необходимо проверить надежность грунтов.

Несущая способность грунта — это нагрузка, действующая на единицу его объема и не приводящая к деформации основания.

От чего зависит несущая способность?

Для определения несущей способности грунта специалисты проводят геологические изыскания. На территории строительной площадки бурят несколько скважин, берут из них пробу через равные расстояния, проводят лабораторные исследования и оформляют отчет.

На несущую способность влияет несколько факторов:

• Вид грунта;
• Толщина слоя;
• Глубина залегания;
• Характеристики предыдущего слоя;
• Уровень грунтовых вод (УГВ);
• Глубина промерзания почвы;
• Плотность.

При строительстве самый важный показатель — УГВ, от него зависит влажность грунтов.

В сухом и насыщенном влагой состоянии одни и те же породы имеют разные характеристики, отличающиеся в несколько раз.

Любые грунты, соприкасающиеся с водой, считаются насыщенными влагой.

Это увеличивает их текучесть и снижает несущую способность.

Исключением являются средние и крупные пески. Их свойства не изменяются из-за насыщения водой.

Плотность — это показатель пористости.

Грунт состоит из твердых частиц, между которыми находятся полые пространства, заполненные воздухом или водой. При превышении максимальной возможной нагрузки происходит деформация (усадка), способная полностью разрушить здание.

Плотные породы с минимальным количеством пустот считаются наиболее прочными. Усадка таких грунтов минимальна.

Залегание

При проектировании здания очень важно исследовать толщу грунтов ниже предполагаемой подошвы фундамента. Близко к поверхности залегают непрочные породы, способные воспринимать нагрузку лишь от небольшого здания. Чем глубже залегает порода, тем она старше, плотнее, толще и надежнее.

В зависимости от залегания и типа грунтов будет разрабатываться план установки фундамента в соответствии с правилами:

• Не допускается укладка фундамента вблизи границы разных пород;
• Желательно установить фундамент выше УГВ, если это невозможно — принимаются меры по гидроизоляции конструкций;
• Идеален для установки фундамента горизонтальный слой.

Несущая способность основания будет снижена в местах смены пород, вблизи УГВ, на склонах.

Рис. 1 Пример инженерно-геологического разреза

На чертеже разной штриховкой обозначены породы, указаны высоты устий скважин, начерчена линия УГВ.

Типы грунтов

Существует несколько типов пород, обладающих особыми характеристиками:

• Скальные, обладающие большой плотностью и несущей способностью;
• Крупнообломочные. Состоят из отдельных крупных частиц;
• Песчаные. Непластичные грунты, способные выдерживать большую нагрузку;
• Глинистые. Связные грунты, легко впитывают влагу, при промерзании пучинятся.

Скальные

Скальные породы образуются в результате извержения вулканов и последующего застывания магмы в толще земли.

Благодаря этому формируется порода с малой пористостью и жесткими связями между частицами.

Характеризуется большой прочностью, устойчивостью к отрицательным температурам, не впитывает воду, не пучинятся.

При отсутствии трещин в породе не вымывается и очень медленно разрушается с течением времени.

Скальные породы идеальны в качестве основания для любого объекта. Но они очень редко применяются для строительства, ведь встречаются преимущественно на большой глубине или в труднодоступных участках.

Крупнообломочные

Крупнообломочные грунты — это несвязанные породы, представляющие собой толщу камней (обломков скальных пород), большинство из которых крупнее 2 мм. Слежавшиеся валуны и обломки, не подверженные вымыванию — это хорошее основание.

Различают несколько видов крупнообломочных пород:

• Гравий. Большая часть обломков имеет размер 2–40 мм. Различают гравий (обломки округлой формы) и дресву (обломки угловатой формы);
• Галька (округлые части) и щебень (угловатые части). Не менее 50% массы грунта представлено обломками от 40 до 100 мм;
• Валуны. Размер каждого обломка превышает 100 мм.

Песчаные

В ненасыщенном водой состоянии песок сыпучий, но слежавшийся песчаник — это надежное основание, не изменяющее своих свойств при насыщении влагой. Песчаные породы не пучинятся, хорошо пропускают воду, не задерживая ее вблизи конструкций.

Существует несколько видов песчаников:

• Пылеватый. Размер фракций 0,005–0,050 мм;
• Мелкий. Размер песчинок варьируется от 0,050 до 1,0 мм;
• Крупный. Зерна размером до 2 мм.

Самые надежные основания — это слежавшиеся крупнообломочные породы и крупный песок.

Глинистые

Порода, состоящая из очень маленьких связанных частиц размером до 0,005 мм, называется глинистой. Выветренные мельчайшие частички пород чешуйчатой формы образуют массу грунта, способную быстро впитывать воду. В результате этого порода становится пластичной.

Глина с трудом теряет влагу, при наступлении холодов вода внутри нее замерзает, увеличивается в объеме и глина выпучивается. Этот процесс способен всего за одну зиму разрушать фундамент.

Другие

Существует несколько видов грунтов, практически непригодных для строительства:

• Плывуны. Мелкие частицы песка с примесью глины, очень подвижны, имеют малую несущую способность;
• Суглинки. В составе присутствует 10–30% глинистых частиц;
• Супеси. Глина составляет 3–10% от общей массы.

При необходимости обустройства фундамента на вышеперечисленных грунтах необходимо учесть глубину промерзания почвы и УГВ в холодный период. Если уровень воды устанавливается ниже 2 м от глубины промерзания, то установить фундамент допускается близко к поверхности (минимум 0,5м).

Повышение несущей способности

На площадках с недостаточной несущей прочностью основания необходимо провести работы по повышению несущей способности грунта.

Есть два основных метода:

В первом случае для достижения большей плотности в грунт вбивают сваи небольшого размера, сокращая количество пустот в породе.

Во втором случае в толщу земли вводят различные химические добавки, сцепляющие между собой отдельные части грунтов.

Еще один способ улучшить характеристики основания — это устройство песчаной подушки под фундамент. После уплотнения она сможет воспринимать и равномерно передавать нагрузку от здания на залегающие ниже породы. Песок не задерживает влагу, не пучинится и является хорошим основанием для строительства дома.

Еще один способ улучшить характеристики основания — это понижение УГВ.

Таблица средних значений

Средняя несущая способность грунтов — это основной показатель расчетов. После выемки образцов породы из скважин проводится определение их вида для дальнейшей работы.

Классификация грунтов приведена в таблицах СНИП 1–3 ГОСТ 25100.2011. После определения типа грунта в каждом из залегающих слоев необходимо определить предельное сопротивление грунта сжатию.

Подробная информация содержится в ГОСТ 25100.2011 «Грунты. Классификация», таблица Б.1.

Рис. 2 Сопротивление сжатию

Основа расчета — расчетное сопротивление осевому сжатию. С подробным методом расчета с учетом всех нюансов можно ознакомиться в СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений». Здесь же можно найти значение всех коэффициентов, необходимых для максимально точного расчета.

Определение типа грунтов

Для выполнения расчетов и построения геологического разреза необходимо определить типы грунтов. Сначала проводятся полевые геологические работы, в ходе которых на участке бурят несколько скважин.

В процессе бурения через равнее промежутки геологи изымают из толщи земли образцы породы, укладывают их в специальные контейнеры и подписывают. Весь изъятый материал ведут в лабораторию для дальнейшего исследования.

Определить состав пород и их характеристики самостоятельно невозможно. Для этого потребуется специальное оборудование и знания. Без помощи профессионалов можно только примерно определить тип породы с помощью простого метода. Из насыщенного водой грунта пробуют скатать «колбаску».

От полученного результата зависит пластичность:

• Длинный (до полуметра) жгут — высокая пластичность, грунт связный, частиц не видно. Это характерно для глинистых пород;
• Жгут получается коротким, образуются трещины, он рвется — пластичность средняя, грунт связный, в составе в основном присутствуют глинистые частицы, содержание песка от 10 до 30%. Это характерно для суглинков.
• В насыщенном водой состоянии жгут скатать невозможно — грунт несвязанный, состоят из заметных глазу частиц. Характерно для песка.

Рис. 3 Схема состава различных пород

Точно определить тип породы и его характеристики возможно только в лабораторных условиях.

Расчет

Расчет несущей способности — это основная цель геологических изысканий. Выполнять его можно только после определения типа пород внутри скважин и получения чертежей геологических разрезов на территории строительной площадки.

Чертеж поможет определить положение слоев пород в толще земли и даст представление о возможности строительства на площадке.

Несущая способность (R) определяется по формуле согласно алгоритму:

1. Значение R0 (сопротивление осевому сжатию) определяется с помощью таблицы и напрямую зависит от типа грунта;
2. Рассчитывается глубина промерзания. Это значение индивидуально для каждого региона. Будет зависеть от типа пород в верхних слоях;
3. Выбирается оптимальная глубина заложения в толще одного из прочных слоев непучинистого грунта, ниже глубины промерзания;
4. Выполняется расчет по формулам: R=R0*[1+k1*(b-100)/100]*(d+200)/2*200 — при принятой глубине заложения до 2 м и R=R0*[1+k1*(b-100)/100]+k2*g*(d-200) — когда глубина заложения превышает 2 м.

Данные для расчета:

• k1 — коэффициент берется из таблицы в зависимости от вида породы. 0,125 для устойчивых крупнообломочных или песчаных и 0,5 для глин, супеси и суглинков;
• k2 — применяется для расчетов несущей способности устойчивых пород (слежавшиеся крупнообломочные или песчаные породы);
• g — необходим для нахождения удельного веса грунта от подошвы слоя и до нижней части фундамента или следующего слоя;
• b — ширина, опирающейся на основание части фундамента;
• d — глубина заложения.

После нахождения фактической несущей способности ее сравнивают с требуемой. Если вторая будет больше первой, то придется менять конструкцию будущего дома (увеличивать площадь опирания фундамента на основание или глубину заложения, менять вид фундамента, выбирать в качестве основания другой, более прочный слой).

Калькулятор для расчета фундаментов

Процесс расчета несущей способности основания — это кропотливый процесс, требующий обширных знаний в области строительства и геологии. На помощь инженерам приходит специальные калькуляторы.

При использовании калькулятора необходимо самостоятельно выбирать тип фундамента, вид почвы и глубину промерзания.

Для правильного определения всех параметров необходимы знания геологии. Доверять анализ основания необходимо специалистам, ведь в строительстве есть множество нюансов, которые не может учесть компьютерная программа.

Для самостоятельного использования отлично подойдут программы для расчета объема ленточного фундамента. Они не учитывают вид почвы и ее несущую способность. Для расчета необходимо ввести все параметры фундамента, и она посчитает объем бетона.

Действующие проектировщики создали простую программу, рассчитывающую базы колонн в зависимости от типа пород основания и веса здания. Она очень специфична и подойдет далеко не каждому, но профессионалам может помочь в расчетах.

Формула Терцаги

Формула Терцаги описывает закономерность уплотнения грунтов и их компрессионное сжатие. Для исследования грунтов редко выбирают метод трехосного сжатия ввиду его сложности, метод одноосного сжатия можно применять лишь к узкому кругу грунтов. Именно поэтому Терцаги рассматривает одноосное сжатие в жесткой таре, где стенки не дают образцу деформироваться.

По мере уплотнения, то есть сокращения объема полостей, давление возрастает. В результате становится понятно, то сумма деформаций образца составляется из пластической и остаточной деформации. (ξ1= ξp+ ξв)

Рис. 4 График нагружения грунта

При выполнении повторного нагружения основанию передаются только упругие деформации.

Расчет полов

Пол на лагах устанавливается в большинстве домов, но при неправильном конструировании подвального помещения (отсутствие продухов, их малый или большой размер) в нем начинает конденсироваться влага.

Вода деформирует или полностью разрушает деревянные лаги и конструкцию пола, способствует разрушению бетона.

Самый простой способ бороться с влагой в подвале — отказаться от цокольного помещения. Пол по грунту обеспечит долговечность конструкции и не даст лишней влаге проникнуть в дом.

Где можно класть пол на грунт

Класть пол допускается не на каждый грунт:

• Основание должно быть хорошо уплотнено и выровнено. В противном случае со временем грунт осядет, стяжка пола повиснет в воздухе и со временем начнет разрушаться;
• Основанием служат грунты, не подверженные пучению;
• Не стоит укладывать пол на подвижные грунты.

Существует 2 вида пола по грунту:

• Связанная плита стяжки. Жестко крепится к ленточному фундаменту, опирается на него. Пол не даст усадки, отделка не пострадает при незначительных изменениях грунтов;
• Несвязанная. Стяжка не будет покрываться трещинами во время усадки, но при последующей эксплуатации отделка может повредиться из-за взаимного движения стен и пола.

При расчете учитывается временное и постоянное давление на всю поверхность пола. В первом случае нагрузка составит 150 кг/м2 (вес людей и мебели), во втором нагрузка зависит от используемых материалов.

Полезное видео

Смотрите интересный видеоматериал, в котором рассказано о трех категориях грунтов и различиях между ними.

Заключение

Расчет несущей способности грунта — это длительный процесс, включающий в себя множество этапов. Для выполнения работ необходимо специальное оборудование, позволяющее правильно выполнить изъятие образцов из скважин и провести их исследование в лаборатории.

При выборе основания следует учесть множество факторов: типы грунтов, толщина их слоев, УГВ, схема залегания, глубина промерзания. Правильно выполнить анализ основания под фундамент могут только профессиональные геологи.

Источник