Несущая способность грунта и способы ее увеличения

Наши услуги

Компания Установка Свай» занимается погружением железобетонных свай — забивка свай, лидерным бурением и поставкой свай для сооружения свайного фундамента. Если Вас интересует проведение работ, связанных с проектировкой, гео разведкой, либо возведение свайного фундамента, воспользуйтесь формой внизу сайта.

Несущая способность грунта

Такое свойство грунта как его несущая способность — это первоочередная информация, которую необходимо выяснить на подготовительном этапе строительства фундамента.

Испытания свай

При строительстве часто используют в качестве фундаментов сваи. Но прежде чем вводить такие элементы в работу, должна быть проведена проверка их на прочность.

Как влияет глубина заложения фундамента на несущую способность оснований

Эскиз неравномерного поднятия дна котлована из-за неправильного расчета несущей способности основания

Почему глубоко погруженные основания менее склонны к разрушениям, чем мелкозаглубленные? Ведь мелкие основания нужно обязательно укреплять, подбирать оптимальную конструкцию свай и делать сложные расчеты. Причина здесь кроется в характере поведения грунтов на различных глубинах.

Так для песчаных оснований увеличение глубины погружения фундамента ведет за собой снижение осадки, а вот несущая способность резко увеличивается. Аналогичная ситуация наблюдается с любыми иными почвами, в составе которых есть песок в больших количествах.

Поэтому в зависимости от глубины заложения, различают мелкие и глубокие основания. Понятно, что для каждого типа приходится использовать свои строительные материалы и технику, но при этом надежность конструкций отличается в несколько раз.

Как происходит деформация песчаных грунтов под подошвой фундаментов мелкого заглубления? Сначала происходит укрупнение почвы под подошвой, затем она клиньями поднимается по разные стороны конструкции и формирует свободную полость под подошвой. Поэтому даже незначительные сдвиги и подвижки почвы, повлекут за собой частичное разрушение несущих конструкций. Часто наблюдаются сдвиги и провалы.

А вот фундаменты глубокого заложения разрушить значительно сложнее. Смещение почвы будет практически полностью нейтрализовано вертикальным перемещением почвы по сторонам поверхности основания, и в данном случае могут быть только локальные уплотнения почвы. Разрушение фундамента в третьей фазе деформации почвы имеет спокойный характер. Зависимость глубины фундамента от осадки на глинистых почвах практически не проявляется.

Таким образом, несущая способность оснований – это важный показатель состояния грунтов и пренебрегать им нельзя. Если правильно сделать расчет и учесть все факторы, то уже по готовому результату можно подобрать не только оптимальные размеры и форму будущего фундамента, но и обнаружить скрытые проблемы в уже существующем. И в дальнейшем оперативно принять меры по срочному ремонту или усилению конструкций, чтобы они не деформировались от внешнего воздействия.

Несколько слов о насыпном грунте

Свойства естественного грунта и насыпного различаются. Во-первых, естественное основание спрессовалось за многие годы, достигнув максимальной на данное время несущей способности. В свою очередь насыпной грунт самоуплотняется на протяжении сопоставимо малого промежутка времени, он неоднородный, поэтому предсказать его поведение при строительстве фундамента очень сложно. В таблице ниже мы привели ориентировочные значения несущей способности и времени на самоуплотнение некоторых видов насыпных грунтов.

Насыпной грунт используют в двух случаях:

1. когда необходимо изменить рельеф участка. Если вы купили загородный участок, который был частично засыпан насыпным грунтом, придется дополнительно проводить геологические исследования почвы. Ведь в данном случае непонятно, уплотнялось ли искусственно основание, либо самоуплотнялось с течением времени. Большую опасность представляет неоднородный состав грунта, поэтому он подлежит самому тщательному анализу;
2. когда грунт на площадке под застройку не соответствует требованиям по несущей способности. Например, планируется строить фундамент на торфе, который сложно назвать идеальным основанием для дома. Если слой торфа невелик, то его можно заменить другим материалом, например, песком или гравием

Мероприятия по улучшению характеристик насыпного грунта

Вы должны понимать, что характеристики любого грунта можно изменить искусственно. Как правило, все сводится к повышению его несущей способности и нивелированию пучинистых явлений:

• дать время грунту для самоуплотнения. Вариант не самый быстрый, зато экономичный;
• уплотнить насыпной грунт спецтехникой;
• достаточно дорогие способы подразумевают упрочнение основания путем его цементации, силикатизации и других технологий обработки;
• дренировать, утеплить основание для уменьшения глубины промерзания и понижения уровня грунтовых вод;
• при необходимости устраивают песчаные, гравийные и прочие подушки – осуществляют замену грунта в ситуациях, когда необходимо строить фундамент на просадочных грунтах;
• крайний вариант – использование свайного фундамента, подошва которого залегает ниже пласта насыпного грунта

Выбор фундамента при строительстве на насыпном грунте

Учитывая тот факт, что насыпные грунты относятся к группе сложных, при отсутствии опыта в расчете оснований лучше поручить строительство фундамента специалистам: они оценят грунт, смогут подобрать оптимальный вариант фундамента. По крайней мере, серьезные компании дадут гарантию на выполненные работы. Если же решили все делать своими руками, то варианты фундаментов могут быть следующие:

• плитный фундамент, который позволяет использовать все пятно застройки, создать максимальную площадь подошвы и обезопасить дом от неравномерных деформаций. Плита – удовольствие дорогое, требует тщательного армирования фундамента, что закономерно повышает стоимость монолита;
• устройство ленточного фундамента требует серьезного анализа грунта. Не поленитесь выкопать пару шурфов и оценить состояние пластов насыпной почвы. После проведения расчетов, можно задумываться над возведением либо мелкозаглубленной, либо заглубленной ниже ГПГ жесткой железобетонной ленты. Стоит отметить, что возведение ленты более трудоемкое, нежели заливка плиты;
• не стоит пренебрегать использованием столбчатого (свайного) фундамента. Чаще всего такой вариант используют на насыпном грунте, который уже успел уплотниться и на определенной глубине приобрел достаточную несущую способность. Можно строить такие опоры и при условии, что известна толщина слоя насыпного материала, заглубляя сваи в толщу «родного» грунта

Получается, что практически любой тип фундамента можно строить на насыпном грунте. Единственно, нужно предусмотреть величину усадки и выбрать вариант, при котором местные деформации не приведут к нарушению целостности фундамента. Конечно, при условии, что насыпной материал был планово засыпан и уплотнен в вашем присутствии, все работы по устройству фундамента упрощаются и можно спрогнозировать будущие изменения, происходящие в толще почвы.

Несущая способность грунтов.

Несущая способность грунтов – это одна из его основных характеристик, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта и измеряется в кг/см2 или т/м2. По несущей способности грунта определяют, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента. Сама несущая способность грунта зависит от трех факторов: тип грунта, степень его уплотненности и насыщенность грунта влагой. Увеличение влажности грунта снижает его несущую способность в несколько раз. Только крупные пески и пески средней крупности не меняют свои свойства при увеличении влажности. Избыточная влажность грунта, скорее всего, связана с высоким уровнем грунтовых вод. Чтобы узнать несущую способность грунта не обязательно обращаться за помощью к геологам, в случае самостоятельного строительства дома можно определить тип грунта на глаз. Для этого простым земляным буром можно пробурить в земле скважину глубиной 2 м или выкопать яму лопатой. При этом сразу будет понятно, какой грунт находится на этой глубине и насколько он увлажнен. Далее по типу и увлажненности грунта определить его несущую способность. На территории нашей страны в основном преобладают песчаные и глинистые грунты, за исключением болотистой местности с просадочными торфяными грунтами, а также горных хребтов и возвышенностей со скальными грунтами.

Отличить песок от глины не составляет труда: в песке ясно видны отдельные песчинки, при растирании песчаного грунта меду ладонями они отчетливо чувствуются. Крупный песок имеет размер частиц от 0,25 до 5 мм, такие частицы хорошо видны невооруженным глазом, а песок средней плотности имеет размер песчинок до 2 мм. Супесь содержит 3-10% глинистых частиц, в сухом состоянии она крошится, если скатать из нее шарик, то он рассыпается при легком давлении на него. Суглинок содержит от 10% — 30% глинистых частиц, обладает большей пластичностью, чем супесь. Если из суглинка сделать шар и раздавить его, то он превращается в лепешку с трещинами по краям. Глина – наиболее пластичный грунт, содержит более 30% глинистых частиц ,если раздавить шар, сделанный из глины, то он превратится в лепешку, на краях которой не будет трещин. Есть еще один метод определения типа глинистого грунта.

Исследуемый образец грунта укладываем в стеклянную банку на ¼ её высоты; доливаем в банку воды до уровня ¾ высоты; добавляем в воду 1 чайную ложку средства для мытья посуды; закрываем банку крышкой и встряхиваем содержимое в течение 10 минут. За это время образец грунта разделится на составляющие; банку ставим и через 1 минуту отмечаем на ней маркером уровень песка, который осел на дне; уровень ила отмечаем через 2 часа; ждем пока вода станет прозрачной и отмечаем уровень слоя глины. Процесс осадки глины достаточно длительный и может занять от 2 до 7 дней; находим толщину слоя песка, ила и глины. Например: уровень песка через 1 минуту составил 6 см, уровень ила 7 см от дна банки, уровень глины 10 см от дна банки. vk.com/postroim_svoi_dom Тогда: толщина слоя песка 6 см, толщина слоя ила 1 см (7-6=1), толщина слоя глины 3 см (10-7=3), а общая толщина осадка 10 см; вычисляем относительную величину каждого вида осадка (в процентах): толщину слоя песка/ила/глины делим на общую толщину осадка, затем умножаем на 100 процентов: 6/10*100% =60% — содержание песка в %;

1/10*100%=10% — содержание ила (пыли) в %;

3/10*100%=30% — содержание глины в %.

Расчетное сопротивление грунта на разной глубине.Величины расчетного сопротивления грунтов (R0), приведенные ниже , даны для глубины заложения фундамента 1,5…2 м.

Если глубина заложения фундамента меньше чем 1,5 м. то расчетное сопротив¬ление грунта (Rh) определяется по формуле: Rh = 0,005R0(100 +h/3), где h — глубина заложения фундамента в см. Пример 1.Глинистый грунт на глубине 0,5 м при R0=4 кг/см2 будет иметь расчетное со¬противление грунта Rh = 2,33 кг/см2. Если глубина заложения фундамента больше чем 2 м. то расчетное сопротивление грунта (Rh) определяется по формуле: Rh = R0 + kg(h — 200), где h — глубина заложения фундамента в см, g — вес столба грунта, расположенного выше глубины заложения фундамента (кг/см2); к — коэффициент грунта (для песка — 0,25; для супеси и суглинка — 0,20; для глины — 0,15). Пример 2.Глинистый грунт на глубине 3 м при R0=4 кг/см2 будет иметь расчетное сопро¬тивление Rh = 10,3 кг/см2. Удельный вес глины — 1,4 кг/см2, а вес столба глины высо¬той 300 см — 0,42 кг/см2.

Грунты и их строительная классификация

Выбор типа фундамента напрямую зависит от того, на каком грунте будет возводиться строительная конструкция.

Грунтами называют верхние слои земной поверхности, образованные в процессе выветривания горных пород. Они могут быть связными или несвязными и иметь различные характеристики, из которых для строительства наиболее важны физические и механические.

Грунты можно назвать трехфазными системами, потому что они состоят из твердых частиц, воды и газа. Лабораторные исследования определяют плотность грунта ненарушенной структуры, плотность твердых частиц грунта и его природную влажность, гранулометрический состав и степень его неоднородности, плотность грунта в сухом состоянии, коэффициент пористости, текучесть.

В соответствии с классификацией по ГОСТ 25100–82, различают скальные и нескальные грунты:

1. Для скальных грунтов характерна жесткая связь между зернами. Различают скальные грунты очень прочные, прочные, средней прочности, малопрочные, пониженной прочности, низкой прочности, весьма низкой прочности. Они подразделяются на размягчаемые и неразмягчаемые. Некоторые скальные грунты могут растворяться в воде, в этом случае должна быть установлена степень их растворимости. Скальные грунты, как правило, считаются надежными основаниями.
2. Нескальные грунты подразделяются на крупнообломочные (валунные, гравийные, галечниковые) и песчаные (гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые). Крупнообломочные грунты обычно считаются надежными основаниями. Песчаные грунты тоже, в основном, рассматриваются как надежные основания, за исключением рыхлых песков, пылевато-глинистых грунтов, илов, просадочных (дают осадку при увлажнении) и набухающих (увеличиваются в объеме при намокании и уменьшаются при высыхании) грунтов.

Выделяют в отдельные группы:

1. Засоленные грунты. Могут формировать агрессивную среду и способствовать выщелачиванию бетона.
2. Биогенные грунты (торфы и сапропели). Характерны высокая сжимаемость, медленно развивающаяся осадка, возможность формирования агрессивных сред.
3. Насыпные грунты. Высокая степень неоднородности, неравномерная сжимаемость, возможность осадки.
4. Вечномерзлые грунты (северные районы Сибири, Дальний Восток). При изменении температурного режима возможно оттаивание, которое вызовет дополнительную осадку.

Таким образом, задача грамотного строительства — на основании произведенных исследований и расчетов правильно распределить нагрузку от конструкции на грунт. Для этого вначале проводят испытания грунта на сжатие, на сдвиг, а также на статическую нагрузку. Для получения достоверных результатов испытывают определенное количество образцов, чтобы учесть неоднородность грунта.

Этапы исследования грунта

Исследование грунта включает в себя следующие этапы

• на ткани или бумаге необходимо выложить образцы грунта и смочить грунтовой водой;
• после очистки грунта от мусора, его необходимо засыпать в банку и залить водой;
• в полившийся раствор добавляем средство для мытья посуды;
• плотно закрываем крышку и встряхиваем в течение 5 минут.
• после в течение 2-3 дней банку не нужно трогать, а затем по истечению приступаем к снятию некоторых показателей;
• отмечаем уровень осевшего песка, затем уровень ила, далее уровень самого грунта;
• с помощью получившихся данных можно высчитать процентное соотношение каждого вещества.

Определение УГВ

Зная уровень грунтовых вод вы можете определить наличие пучинистости почвы, являющейся одной из отправных точек при выборе фундамента под строительство дома. Чтобы определить УГВ вам необходимо разработать 5 шурфов глубиной 2.5 по периметру площадки под застройку (4 по углам и 1 в центре). Оставьте скважины на ночь и на следующее утро, с помощью рулетки и обмотанной бумагой рейки, определите расстояние между поверхностью скважины и скопившейся в ней водой

Это и будет УГВ на участке.Важно: если уровень грунтовых вод будет отличаться в разных скважинах, для проведения расчетов необходимо использовать самый высокий УГВ

Рис: Грунтовые воды в пробуренной скважине

Далее установите границу промерзания почвы для вашего региона, воспользовавшись таблицами по климатологии. Если полученный УГВ ниже, чем граница промерзания, значит зимой промерзает пласт сухого, не склонного к пучению грунта, что позволяет возводить здания на мелкозаглубленном фундаменте. Если же УГВ выше уровня промерзания грунта, значит вы имеете дело с склонной к пучению почвой, в которой необходимо использовать фундаменты глубокого заложения.

Как определить тип грунта?

Большинство строителей-«любителей» определяют тип грунта на глаз и на ощупь. Для этого на участке пробуривается скважина глубиной до двух метров в среднем. Дальнейшая логика понятна:

Разновидности грунтов

1. «песчанка» в основном состоит из частиц различных фракций. Если намочить крупнозернистый песок, то даже в таком состоянии из него будет сложно что-либо слепить.
2. супесь: в сухом состоянии ее удастся скатать в комочек, однако он быстро рассыпается.
3. суглинок более пластичный, но если сдавить комок, то можно получить потрескавшуюся лепешку;
4. шарик, полученный из глины, при раздавливании также превращается в лепешку, но без трещин по краям.

Скальные и крупнообломочные типы грунтов определить еще легче благодаря их специфической структуре.

Однако надежней всего воспользоваться услугами профессионалов – геологов, которые с максимальной точностью определят, к какой категории можно отнести грунт, находящийся на том или ином участке.

Разновидности грунтов

Существует две основных группы, которые, в свою очередь, также делятся на несколько разновидностей.

Песчаные (осадка происходит быстро):

• гравелистые и крупные – имеют высокую несущую способность, не теряют своих свойств даже при достаточно сильном увлажнении;
• средней крупности – при обилии влаги несущая способность значительно снижается;
• мелкие и пылеватые – характеризуются низкой несущей способностью.

Работа на глинистой почве

Глинистые (осадка происходит медленно):

• глины – с одной стороны, они «вязкие» по консистенции, поэтому рекомендованные для строительства; с другой – могут содержать высокое количество влаги, а значит, подвержены морозному пучению;
• суглинки – подвержены пучению в средней степени;
• супеси – менее всего подвержены пучению.

Скальные (можно не бояться осадки). На самом деле это не совсем грунт, а сплошная горная порода. Он обладает огромным количеством преимуществ, в том числе: не пропускает воду, не сжимается, не пучинится при морозе и не накапливает влагу.

Крупнообломочные, или конгломераты (риск осадки фундамента сводится к нулю). Он состоит из различных «ингредиентов»: камней, щебенки, гравия и т.д. Если он имеет включения песка, то будет подвержен вспучиванию; если содержит в своем составе глину – грунт будет непучинистым.

И, наконец, торфяные. Они рыхлые, сжимаются неравномерно, а потому абсолютно не подходят для строительства. Такой грунт необходимо либо снять, либо максимально обжать и уплотнить.

Собираем показатели грунта

При проектировании фундамента необходимо проводить геодезический анализ грунта на строительной площадке, который позволяет определить три важных показателя — тип почвы, глубину ее промерзания и уровень расположения грунтовых вод. Исходя из типа грунта вычисляется его несущая характеристика, которая используется при расчете опорной площади основания. Глубина промерзания почвы определяет уровень заглубления фундамента — при строительстве в условиях пучинистых грунтов фундамент необходимо закладывать ниже промерзающего пласта земли

На основании данных о грунтовых водах определяется необходимость обустройства дренажной системы и гидроизоляции фундамента.Важно: вышеуказанные показатели грунта вы можете собрать самостоятельно, для этого вам потребуется лишь ручной бур и рулетка

Рис: Структура грунтов на территории Московской области

Для сбора показателей необходимо с помощью ручного бура по периметру площадки под застройку сделать несколько скважин глубиной 2-2.5 м. Одна скважина должна располагаться в центре участка, еще две — в центральных частях боковых контуров предполагаемого фундамента. Необходимость бурения нескольких скважин обуславливается тем, что на разных участках площадки может наблюдаться отличающийся уровень грунтовых вод. В первую очередь нужно определить тип почвы: в процессе бурения возьмите изымаемый из скважины грунт (с глубины 2-ух меров) и скатайте его в плотный цилиндр, толщиной 1-2 сантиметра. Затем попытайтесь согнуть цилиндр.

• Если почва рыхлая и цилиндр из нее сформировать невозможно (она попросту рассыпается), вы имеете дело с песчаным грунтом;
• Цилиндр скатывается, но при этом он покрыт трещинами и разламывается при сгибающем воздействии, значит грунт на участке представлен супесями;
• Цилиндр плотный, но при сгибании ломается — легкий суглинок;
• Грунт хорошо скатывается, но при сгибании покрывается трещинами — тяжелый суглинок с большим содержанием глины;
• Почва легко скатывается, не трескается и не ломается при сгибании — глинистый грунт.

Далее необходимо определить показатель уровня грунтовых вод. Оставьте пробуренные скважины на ночь, чтобы они заполнились водой. На следующее утро возьмите деревянную рейку двухметровой длины и обмотайте ее бумагой, опустите рейку в скважину. По мокрому участку определите, на каком расстоянии от поверхности скважины расположена вода.

Рис: Пробная скважина для определения уровня грунтовых вод

Важно: определить фактический уровень промерзания почвы в домашних условиях невозможно. Для этого необходимо специализированное оборудование, при этом сам анализ выполняется на протяжении длительного времени наблюдения за конкретным участком

Предлагаем вашему вниманию карту расчетной глубины промерзания почвы в разных регионах России, которую нужно использовать при самостоятельном проектировании фундамента.

Рис: Границы промерзания грунтов в разных регионах России

Исследование грунта

Исследования состояния грунта важный этап в подготовки к монтажу фундамента. Так, лучше всего обратиться к помощи специализированных компании, оказывающих данные услуги на профессиональной основе. Однако, первичные работы можно провести и самостоятельно — воспользовавшись ориентировочным методом исследования и анализа грунта. Рассмотрим поэтапно:

Для извлечение проб грунта необходим бур

Важно помнить, что от этажности будущего здания зависит глубина на которую нужно проделать лунку.
Так, для одноэтажного дома — это 2-3 метра, для двухэтажного дома — 3-4 метров. Однако, если планируется укладка глубокого фундамента для подвала или цокольного этажа, то бурение самостоятельно выполнить не получиться, так как в этом случае глубина будет соответствующая.
Возникает другой вопрос: достаточно ли одного шурфа? Однозначно нет и это объясняется просто

Фундамент будет залегать на достаточной глубине и в разное время года на него будет воздействовать мороз или влага, что в свою очередь может привести к образованию трещин, сколов, дыр как на самом фундаменте, так и на стенах сооружения.
Как бы не было зафиксировано в СниПах о том, что для небольших одноэтажных достаточно 1-2 шурфов, лучше всего заложить 4-5 для надежности.

На первый взгляд нельзя сразу сказать, какие сюрпризы может скрываться в себе грунта на участке, для этого проводится анализ почвы с каждых 30-40 см шурфа до предельной глубины промерзания грунта. Чтобы определить тип почвы, имеющийся на отведенном под застройку участке, вам необходимо пробурить по периметру площадки 3-4 шурфа глубиной на 2 метра и визуально осмотреть извлекаемую из скважины породу.

• Глинистая почва — имеет желтоватый либо темно-коричневый цвет. При высокой влажности пластична, позволяет слепить шарик, при сдавливании формирующий ровную, без трещин, лепешку. При низкой влажности имеет повышенную твердость, валун из глины сложно раздавить ногой. Сухая глина — оптимальная для строительства фундаментов порода, обладающая высокой грузонесущей способностью, однако строительство на влажной глине чревато проблемами из-за пучения грунта. Несущая способность сухой глины — до 6 кг/см2, влажной — 1-3 кг/см2;
• Суглинок — почва, имеющая низкую плотность. В составе содержит 30-35% глины и пылеватые (мелкофракционные) пески. Слепленная из суглинка лепешка имеет множество трещин по краям. Суглинок, из-за низкой грузонесущей способности может давать осадку, а наличие в составе пылеватых частиц обуславливает высокую склонность породы к пучению. Несущая способность сухого суглинка — 3 кг/см2, влажного 1-2.5 кг/с2;
• Супесь — почва, обладающая минимальной пластичностью (песок и 10% глины). Имеет характерный желтоватый либо рыжий цвет, крошится и рассыпается даже во влажном состоянии. Несущая способность сухой супеси — 3 кг/см2, влажной — от 0.7 до 2 кг/см2;
• Пылеватый песок — мелкофракционные частицы, визуально напоминающие пыль. Фракции менее 0.1 мм в диаметре, грузонесущая способность в сухом виде — 3 кг/см2, влажном — 1 кг/см2;
• Средний песок — размер фракций 0.1-1 мм, несущая способность сухого песка — 4 кг/см2, влажного — 1 кг/см2;
• Крупный песок — имеет фракции 0.1-2 мм. в диаметре, размер которых схож с зернами проса. Несущая способность крупного песка не зависит от насыщенности влагой, она всегда составляет 4-5 кг/см2;
• Гравелистый песок — обломочная порода, содержащая частицы гравия размером до 5 мм. в диаметре. Имеет постоянную грузонесущую способность в 5 кг/см2.

Рис: Разные виды грунта

Стоит понимать, что проектировать фундамент на основе характеристик грунта, определенных кустарным методом, не подпишется ни одна серьезная проектировочная организация, поскольку самостоятельно выявить фактическую плотность грунта, от которой сильно зависит грузонесущая способность породы, невозможно.

Важно: чтобы избежать проблем в дальнейшем, рекомендуется рассчитывать фундамент исходя из усредненной грузонесущей способности любого типа сухой почвы в 2 кг/см2.Может быть интересным:

1. Стена в грунте, технология
2. Несущая способность свай