Не зная типологию и характер залегания грунтов, их физико-механических характеристик, уровня залегания водоносного горизонта, невозможно объективно назначить рациональный тип фундамента и определить его геометрические параметры (глубину заложения, ширину подошвы и т.д.). Именно поэтому перед проектированием любого мало-мальски ответственного сооружения необходимо сначала произвести комплексную оценку инженерно-геологических и гидрологических условий площадки предполагаемого строительства.

В данной статье (адресованной прежде всего начинающим индивидуальным застройщикам) мы в максимально доступной форме попытаемся рассказать о важнейших с точки зрения строительной науки свойствах грунтов, без понимания которых не стоит предпринимать каких-либо действий, связанных с планированием и устройством фундаментов.

Несущая способность грунта

Грунт, как любое физическое тело, имеет свойство сжиматься при действии на него нагрузки. Под давлением от веса какого-либо сооружения, грунтовый пласт получает вертикальное смещение и опирающийся на него фундамент, соответственно, перемещается вслед за ним. Величина смещения фундамента относительно своего исходного положения называется осадкой.

Величина осадок зависит от физико-механических свойств грунтов, залегающих до глубины сжимаемой толщи (равной 2,5-3 ширины фундамента), а также от величины передаваемой нагрузки и площади подошвы фундамента, контактирующей с грунтом. Из-за неоднородности грунтов и наличия множества факторов, влияющих на величину осадки, довольно трудно спроектировать фундамент так, чтобы подвижки грунта под всеми частями сооружения были одинаковыми. Как показывает практика, значительные (сверхнормативные) неравномерные осадки грунта являются главной причиной деформаций зданий и сооружений, образования трещин и разрушения надземных конструкций.

В результате длительных натурных наблюдений за различными зданиями в процессе их эксплуатации было установлено, что одинаковая по величине осадка опорного слоя грунта по-разному влияет на сохранность элементов строений, имеющих различную конструктивную схему. Например, осадки, не вызывающие никаких видимых деформаций в бескаркасных зданиях, могут привести к резкому образованию крупных трещин в конструктивных элементах зданий каркасного типа.

Прочность или несущая способность грунта характеризуется величиной нагрузки, вызывающей его сверхнормативное вертикальное смещение. Значение этой нагрузки, отнесенное к единице площади основания, принято называть допускаемым давлением на грунт или расчетным сопротивлением грунта.

Нормативные значения величины допускаемого давления (расчетного сопротивления) различных грунтов, которые можно использовать для предварительного назначения размеров и глубины заложения фундамента, приводятся в действующих нормативных документах, пособиях и руководствах (СП 22.13330.2011, Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений и др.).

Сезонное промерзание и морозное пучение грунта

Осадка под нагрузкой – это не единственная форма изменения грунта, которую необходимо учитывать при проектировании оснований и фундаментов. Гораздо более непредсказуемые и разрушительные последствия происходят со свойствами грунтов при изменении температурно-влажностных условий, которые проявляются при попеременном (сезонном) оттаивании-замораживании.

Особенно опасна для неподготовленного фундамента может оказаться зима. С приходом холодов запускается процесс промерзания поверхностных слоев грунта, в ходе которого содержащаяся в его порах вода замерзает и превращается в лед, расширяясь при этом в объеме. Попробуйте представить — огромное количество водяных капелек воды, хаотично разбросанные в толще земли, одновременно начинают твердеть и увеличиваться в размерах (до 15% от первоначального объема), оказывая выталкивающее воздействие на незаледенелые фракции грунта. В природных условиях это выражается в поднятии и вспучивании дневной поверхности, искривлении и образовании «бугров» (см. Рис.1).

Рис.1. Увеличение грунта в объеме при промерзании

Подвижки и деформации, происходящие в грунте при его промерзании называют морозным пучением. В свою очередь, давление или воздействие, которое эти подвижки вызывают, получило название сил морозного пучения. В отдельных случаях величина этих сил соизмерима с нагрузкой от веса 2-3 этажного капитального здания.

Последствия разрушительного влияния морозного пучения на фундаменты и другие несущие конструкции зданий продемонстрированы на фото ниже (см. Рис.2). Познакомиться с этими последствиями приходиться как правило тем, кто не не учитывал морозно-пучнистые свойства грунтов в расчетах оснований на стадии проектирования.

Рис.2. Последствия влияния сил морозного пучения на конструкции

Как было отмечено выше, промерзанию и пучению подвергается не вся толща грунтов, а лишь слои, расположенные непосредственно у дневной поверхности. Глубина, в пределах которой проявляются морозно-пучинистые процессы, называется глубиной сезонного промерзания. Ее величина зависит от климатических условий площадки строительства и типа грунта.

Ниже на Рис.3 представлена заимствованная из действующих норм схематическая карта районирования РФ с указанием нормативных значений глубины сезонного промерзания в зависимости от территориальной расположенности участка. Ее следует использовать исключительно для предварительного назначения глубины закладки фундаментов.

глубина промерзания грунтов

Рис.3. Схематическая карта РФ с указанием глубин сезонного промерзания грунтов

Наиболее сильно морозно-пучинистые процессы проявляют себя в глинистых влажных грунтах, отличительной особенностью которых является относительно невысокая водопроницаемость. Гораздо в меньшей степени от пучения «страдают» скальные, полускальные и песчаные грунты, характеризующиеся на порядок более высокой фильтрационной способностью. К непучинстым (или практически непучинистым) типам оснований, практически не подверженным внутриобъемному деформированию при промерзании, относятся грунты, не содержащие в своем составе глинистых частиц, — гравийный щебень, пески гравелистые крупные и средней крупности. Данные грунты считаются самыми морозобезопасными независимо от степени их водонасыщения и расположения водоносного горизонта.

Грунтовые воды

Из сказанного выше можно сделать вывод, что одним из важнейших критериев, который обязательно необходимо учитывать при проектировании фундаментов, является степень пучинистости грунтов. Второй, не менее важной, характеристикой инженерно-геологических условий площадки строительства, влияющей на глубину заложения фундаментов и, соответственно, на конечную стоимость работ нулевого цикла, является «уровень грунтовых вод» (далее УГВ).

Говоря максимально простым языком, чем выше УГВ к поверхности земли, тем сложней и дороже будет конструкция фундамента. Высокий уровень грунтовых вод (в пределах 0,5 метров от планировки) значительно усложняет и замедляет процесс производства земляных работ, т.к. наличие в котловане (или траншее) воды, даже при прочных непучинистых грунтах, потребует выполнения дополнительных работ по водопонижению. Кроме того, подземные воды содержат в своем составе огромное количество всевозможных примесей и растворимых химических веществ, многие из которых оказывают негативное, а некоторые и губительное, влияние на заглубленные конструкции.

Грунтовые воды способны усиливать пучинстые свойства грунтов (к непучинистым грунтам это не относится) за счет миграции влаги, поступающей из нижележащих слоев вверх к границе промерзания. Т.е. чем ближе уровень подземных вод расположен к дневной поверхности, тем более морозоопасным является грунт.

С учетом вышесказанного, в целях экономии и предотвращения возможного подтопления/размыва оснований, рекомендуется по возможности заглублять фундамент ниже установленной в ходе изысканий отметки УГВ.

Похожие статьи

Отмостка: зачем нужна и из чего состоит?... Отмостка является обязательным элементом любого капитального здания. Ее основная функция – это защита фундаментов и цокольной части стен от негативног...
Общепринятая классификация зданий... Классификация зданий позволяет систематизировать их объемно-планировочные решения по совокупности различных признаков и параметров, что обеспечивает в...
Экспертиза оснований и фундаментов перед реконстру... В статье приведена текстовая часть технического отчета по результатам независимой строительной экспертизы (обследования) грунтов оснований и фундамент...
Морозное пучение грунта и его влияние на фундамент... Морозное пучение грунта – это невидимый, но очень коварный "враг" для оснований и фундаментов (а следовательно и для надземных конструкций), о котором...
Расчет осадки комбинированного свайного-плитного ф... В статье приведен пример ручного расчета осадки комбинированного свайно-плитного фундамента (в народе именуемого КСП фундаментом) под отдельную секц...