Рис.1. Увеличение грунта в объеме вследствие морозного пучения

Свойства грунтов, влияющие на тип и глубину заложения фундаментов

Не зная типологию и характер залегания грунтов, их физико-механических характеристик, уровня водоносного горизонта невозможно объективно назначить рациональный тип фундамента и определить его геометрические параметры (глубину заложения, ширину подошвы и т.д.). Именно поэтому проектирование любого мало-мальски ответственного сооружения должно начинаться с комплексной оценки инженерно-геологических и гидрологических условий площадки 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. Сжимаясь под весом 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, равной двойной ширине тела 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 конструкциях зданий каркасного типа.

Прочность или несущая способность грунта характеризуется величиной нагрузки, вызывающей его 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 ряде действующих нормативных документов, пособий и руководств (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 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% объема), оказывая выталкивающее воздействие на незаледенелые фракции грунта (см. Рис.1).

Рис.1. Увеличение грунта в объеме вследствие морозного пучения

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

Последствия разрушительного влияния морозного пучения на фундаменты и другие несущие конструкции зданий продемонстрированы на фото ниже (см. Рис.2). «Вживую» познакомиться с этими последствиями приходиться как правило тем, кто не не учитывал морозно-пучинистые свойства грунтов в расчетах оснований на стадии проектирования или инженерно-геологических изысканий.

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒