Несущая способность грунта - важнейший показатель для выбора типа фундамента. От этого зависит прочность и долговечность дома. Давайте разберемся, как сделать правильные замеры и расчеты грунта на участке.
Что такое несущая способность грунта и зачем ее знать
Несущая способность грунта - это максимальное давление на грунт, которое не вызывает его разрушение или чрезмерную деформацию. Этот показатель определяет, сможет ли грунт выдержать нагрузку от строения и равномерно передать ее на основание без осадки и деформации.
Несущая способность напрямую влияет на выбор типа фундамента при проектировании дома или другого сооружения. Чем выше прочность грунта, тем менее затратную конструкцию можно использовать. Например, ленточный фундамент или фундамент на естественном основании. И наоборот, слабые грунты потребуют более надежного решения в виде свайного фундамента, укрепления основания щебнем или песчаной подушкой.
Знание реальной несущей способности конкретного участка позволяет изначально заложить оптимальный тип фундамента, что сэкономит средства при строительстве. А главное - обеспечит надежность и безопасность дома на долгие годы.
Факторы, влияющие на несущую способность грунта
На прочность грунта влияет комплекс природных факторов:
- Влажность грунта
- Плотность и связанность частиц
- Глубина залегания грунтового слоя
- Температура и морозное пучение
- Уровень грунтовых вод
- Химический состав и структура грунта
Рассмотрим подробнее каждый из данных факторов.
Влажность и плотность грунта
Чем суше и плотнее грунт, тем выше его несущая способность. Это объясняется меньшим количеством пор, заполненных воздухом или водой. Соответственно растет площадь контакта между частицами грунта, обеспечивая его прочность.
Например, для глины при увеличении влажности с 0 до 15% несущая способность снижается в 2-3 раза.
Оптимальная влажность песчаных грунтов составляет 3-5%, глинистых - 12-17%. Превышение этих значений резко снижает прочностные характеристики. Поэтому важно определять влажность и плотность образцов грунта непосредственно с глубины заложения фундамента.
Глубина залегания грунта
С увеличением глубины под действием вышележащих пород плотность и несущая способность грунтов возрастает. Обычно максимальные значения достигаются на отметках ниже 10 метров.
Однако при проектировании фундамента учитывается несущая способность именно того слоя, на который будет опираться конструкция. Поэтому пробы грунта отбираются со строго заданной глубины будущего заложения.
Морозное пучение глинистых грунтов
Способность некоторых грунтов увеличиваться в объеме при замерзании называется морозным пучением. Это характерно для глинистых разновидностей, обладающих высокой влагоемкостью.
При замерзании воды в порах объем грунта может увеличиться на 8–12%. Это приводит к деформации фундаментов при сезонных колебаниях температуры. Поэтому при наличии такого эффекта несущую способность снижают на 20-30%.
Уровень грунтовых вод
Близкое залегание грунтовых вод также ухудшает прочностные и деформационные характеристики грунта из-за постоянного водонасыщения.
Глубина залегания грунтовых вод определяется по уровню воды в течение не менее 72 часов после бурения скважины или отрыва шурфа на участке.
Если глубина УГВ меньше величины сезонного промерзания грунта в данной местности, это свидетельствует о повышенной вероятности морозного пучения.
Основные методы определения несущей способности
Для оценки реальной несущей способности грунта в конкретных условиях применяются следующие методы:
- Лабораторные испытания образцов
- Полевые испытания грунтов
- Расчетные и аналитические методы
- Оценка по косвенным признакам
- Геофизические методы
Рассмотрим подробнее каждый способ.
Лабораторные испытания образцов грунта
Самым точным, но и дорогостоящим методом являются лабораторные исследования. Они позволяют определить все основные показатели грунта:
- Гранулометрический состав
- Влажность и плотность
- Сопротивление сдвигу и сжатию
- Набухание и набор прочности
- Тепло- и морозостойкость
Обычно отбирают пробы грунта объемом 10-15 литров. Затем в лаборатории их исследуют по ГОСТам на приборах типа прессов, экстракторов, пикнометров.
По результатам делают окончательное заключение о характеристиках (свойствах) грунтов на исследуемой площадке строительства.
Полевые испытания грунтов штампом
Это разновидность полевого метода, при которой непосредственно на месте замеряют сопротивление грунта испытательной нагрузке с помощью штампа.
В качестве штампа используется металлический цилиндр площадью 2500 или 5000 см2, который вдавливают в грунт и постепенно увеличивают нагрузку.
| Диаметр штампа, см | Площадь штампа, см2 |
| 56 | 2500 |
| 80 | 5000 |
Во время испытания замеряется осадка штампа под нагрузкой. По полученным данным строят график зависимости давления от осадки. Точка перегиба на этом графике и будет характеризовать несущую способность грунта.
К недостаткам метода можно отнести локальный характер испытаний. Ведь свойства грунта могут изменяться по площади участка и глубине. Поэтому испытания проводят в нескольких контрольных точках с удалением 5-10 метров друг от друга.
Аналитические методы расчета по формулам и таблицам
Аналитический метод основан на теоретических расчетах несущей способности грунтов по существующим формулам и табличным значениям. Этот подход используется на этапе предварительного прогнозирования свойств грунтов или для оценочных расчетов.
В основе лежат зависимости, устанавливающие связь между физико-механическими характеристиками грунта и его расчетным сопротивлением. При вычислениях по формулам учитывают:
- Тип грунта
- Плотность сложения
- Влажность
- Глубину залегания
- Наличие грунтовых вод
Для глинистых грунтов в расчетах используют дополнительно показатель консистенции, а для крупнообломочных и песчаных – коэффициенты неоднородности и фильтрации.
Оценка по внешним признакам
Более простым является метод визуальной оценки образцов грунта, отобранных непосредственно с глубины предполагаемого заложения фундамента. При этом анализируют такие параметры:
- Цвет грунта
- Наличие органических включений
- Степень влажности
- Текстура и структура
Например, по цвету можно судить о составе грунта. Светлые тона указывают на бОльшее содержание кварцевых песков и карбонатов. Рыжевато-бурые и темно-серые цвета характерны для глинистых разностей.
Визуальный анализ не позволяет получить количественные характеристики грунтов. Но его преимущество – оперативность. А сопоставление полевых наблюдений с литературными данными дает возможность качественно оценить основные свойства.
Геофизические методы
Для исследования грунтов применяется целый комплекс геофизических методов: сейсморазведка, электроразведка, радиоволновое прозвучивание, георадиолокация.
Они позволяют получать данные о строении и составе грунтов на значительной глубине в пределах площадки строительства без бурения скважин и отбора проб.
На практике чаще применяют электроразведку и сейсморазведку. Первая дает представление о степени влагонасыщенности и глубине залегания грунтовых вод. Вторая позволяет оценить плотность сложения и мощность различных грунтовых слоев.
Такой комплексный геофизический мониторинг обеспечивает получение объемного «портрета» грунтовой толщи на площадке строительства.
