Что такое несущая способность грунта
Как определить несущую способность грунта под фундамент
Степень восприимчивости почвы к нагрузкам называют несущей способностью грунта. Показатель характеризует максимальное усредненное давление между подошвой фундамента и земли, при котором не происходят сдвиги, оползни и провалы в окружающем слое. На величину значения влияет вид почвы, ее физические и механические характеристики.
Что такое несущая способность грунта и на что она влияет
От несущей способности грунта зависит выбор типа фундамента
Понятие рассматривают как давление, воспринимаемое единицей площади основания, при котором оно не деформируется и не приводит к разрушению строения. Геологи исследуют грунт, чтобы определить его свойства и рассчитать несущие характеристики.
Восприимчивость почвы к давлению зависит от условий:
Показатели несущей способности влажного и сухого грунта отличаются, т.к. при насыщении влагой повышается текучесть и снижается сопротивление нагрузкам. Если слой контактирует с жидкостью, он относится к категории насыщенных. Исключение составляют песчаные крупно и среднезернистые почвы, которых не касается деформация так как они пропускают влагу, а не скапливают ее.
Изыскания проводят для определения, подходит слой для установки фундамента или нужно усилить его для повышения несущей способности. Не проектируют опорные элементы на глубине, где граничат разные пласты. Подошву фундамента закладывают ниже отметки стояния почвенной влаги, т. к. насыщенные породы вспучиваются при замерзании.
Чувствительность грунта к нагрузкам снижают путем искусственного уплотнения или введения химических модификаторов. В первом случае вбивают сваи, чтобы уменьшить объем пустот в почве. Химические реагенты способствуют адгезии (сцеплению) отдельных частиц почвы.
Определение плотности почвы и уровня грунтовых вод
Плотность определяют в зависимости от пористости основания. В почве есть твердые части, между ними находятся полости, наполненные водой или воздухом в зависимости от условий. Если превысить максимально допустимую нагрузку, сдвиги приведут к разрушению дома. Плотные грунты с малым числом или одиночными кавернами относят к наиболее прочным основаниям.
Плотность находят отношением веса почвенного образца при стандартной влажности к объему, который он занимает. Расчет делают по формуле p = B / V, где:
Породы, которые залегают неглубоко от поверхности, считаются неплотными, с понижением отметки грунты становятся толще, надежнее и прочнее, т. к. на их давят вышележащие пласты. В России наблюдают пески и глины, есть торфяники, болотистые местности и регионы со скальными породами.
Грунтовые жидкости находят в слабых и рыхлых породах или трещинах плотных пластов. Почвенная влага обычно поднимается постепенно и не имеет напора.
Уровень стояния зависит от факторов:
Влага внутри слоев может быть агрессивной, содержать кислоты, щелочи, сульфаты, углекислоту — такие добавки разрушают бетон и металл фундаментов. Определяют уровень жидкости путем бурения в полевых условиях шурфов, которые отрывают на несколько метров, чтобы они были ниже предполагаемой отметки опоры. Скважину накрывают и оставляют на 5 – 7 суток. Если в ней не обнаружена вода, почва не содержит влаги. В другом случае для выполнения строительных работ по правилам нужен дренаж (система отвода воды).
Как определить несущую способность грунта под фундамент самостоятельно
Несущая способность является основой при проведении подсчета в процессе проектирования. Классифицируют грунты в рамках сведений документа ГОСТ 25.100-2011 «Грунты. Классификация». Нормы сопротивления давлению находятся в таблицах нагрузки на грунт материалов СП 22.133.30-2016 «Основание зданий и сооружений». Здесь же приводятся стандартные модули расчёта, формулы, коэффициенты.
Тип грунта можно определить своими руками. Берут грунт из скважины на глубине погружения опоры, смачивают водой и скатывают жгут, затем его соединяют в кольцо. Элемент без трещин, легко соединяется — почва связная, чаще это глины. При сгибании появляются трещины, значит, в руках смесь глины и песка, последнего содержится 10 – 30%. Жгут трудно скатать, а соединить кольцом невозможно — песчаная почва.
Далее используют таблицы СНиП несущей способности грунта, где по типу почвы можно найти требуемое значение.
Риски ошибок в исследовании несущей способности грунта
Появляется опасность сдвига почвы в результате неточного расчёта глубины заложения и габаритов фундамента. Здание весит тонны, на грунт оказывается сильное давление, поэтому к расчетам привлекают строительных инженеров и техников, чтобы в будущем исключить проблемы с деформацией.
Неправильное нахождение несущей способности почвы влечет неприятности в виде:
В расчете применяют много коэффициентов, которые нужно точно определить в таблице, иначе фундамент будет запроектирован с ошибками, которые легко править на бумаге, но трудно устранить после возведения стен и кровли. Шатается коробка дома, прогибаются полы в результате чрезмерных усадок после неправильно установленных свай. В здании идут трещины по углам, перекашиваются оконные и дверные коробки в проемах, если сдвинется ленточный фундамент.
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:
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:
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
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:
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:
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:
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:
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:
Данные для расчета:
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:
Существует 2 вида пола по грунту:
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.
Несущая способность грунта
Такое свойство грунта как его несущая способность — это первоочередная информация, которую необходимо выяснить на подготовительном этапе строительства фундамента. Именно от объема нагрузки, которую может выдержать единица грунта определенного типа зависит опорная площадь фундамента постройки. На первом этапе важно знать, что несущая способность зависит от двух факторов: типа грунта и уровня плотности. Далее рассмотрим более подробно особенности использования грунта исходя из его несущей способности.
От чего зависит несущая способность грунта
От плотности почвы зависит степень сжимаемости грунта. На любом участке поверхностный пласт почвы, в большинстве случаев, представлен низкоплотными породами (за исключение регионов с крупнообломочным и скалистым рельефом), а на глубине 5-6 метров располагаются пласты высокоплотного, несжимаемого грунта, способного выдерживать тяжелые габаритные здание.
Именно поэтому на участках с проблемными грунтовыми условиями рекомендуется использовать свайные фундаменты, которые переносят исходящую от дома нагрузку на глубинный, несжимаемый пласт грунта, обладающий
Исследование грунта
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.
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.
Может быть интересным:
Этапы исследования грунта
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.
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.
Мы проводим исследование грунта
Расчёт несущей способности грунта
Расчет несущей способности грунта зависит от типа грунта. Измерение необходимо проводит с учетом данных о влажности на объекте, для этого в нескольких местах проделываются скважины и высчитывается уровень грунтовых вод. Если в углублениях накапливается вода, то дополнительно нужно измерить уровень воды в них. Особенно данные расчеты важны для глинистых грунтов, так как при сильной важности рекомендуется устанавливать сваи. При расчете несущей способности также нужно учитывать отдельные данные о глубине заложения фундамента и длине и ширине самого основания.
Приведенные в таблице данные о несущей способности разных типов грунта используются при расчете фундамента для сравнения с фактической нагрузкой на 1 см2 грунта, исходящей от массы постройки.
Подготовка грунта под свайный фундамент
Свяжитесь с нами и мы произведём работы
Компания Установка Свай предлагает свои услуги в сфере подготовки территории к монтажу свай, установки сваи с использованием специального оборудования, а также непосредственно выполняет работы по строительству здании с нуля.
Особенности несущей способности грунта, советы
Что такое несущая способность грунта?
Несущая способность грунта — это показатель давления, которое может выдерживать грунт. Его указывают либо в Ньютонах на квадратный сантиметр (Н/см²), либо в киолграмм-силе на 1 сантиметр квадратный (кгс/см²), либо в мегапаскалях (МПа).
Данная величина используется при проектировании фундаментов для сравнения нагрузки, которую оказывает на почву конструкция здания с учётом возможного слоя снега на крыше и давления ветра на поверхность стен. Даже при точном подсчете влияния каждого из указанных факторов на соотношение несущей способности поверхности земли на участке к совокупной нагрузке от конструкции здания, эту цифру берут с запасом.
Таблица средней несущей способности различных грунтов
Далее следует таблица с указанием средних цифр несущей способности или, как её ещё называют, расчетного сопротивления разных типов грунта в кгс/см².
Более точные расчеты с учётом всех коэффициентов, которые отображают влияние каждого существующего в реальных условиях фактора, можно выполнить следуя рекомендациям в нормативном своде правил за 2011 год СП 22.13330.2011 с названием Основания зданий и сооружений. Это официальное издание более старого стандарта СНиП 2.02.01-83*, выполненное научно-исследовательским институтом имени Н.М. Герсеванова.
В приведенной таблице отображены усреднённые результаты расчётов, проведенных с использованием формул и данных, основанных на описанном выше своде правил 2011 года.
Здесь можно видеть, что существует достаточно большой разброс в показателях сопротивления грунта. Это обусловлено в первую очередь влажностью почвы, которая непосредственно зависит от уровня залегания грунтовых вод.
Если нужно получить цифры в МПа или в Н/см², то можно перевести указанные в таблице значение согласно установленным соотношениям величин.
- 1 кгс/см² = 0,098 МПа или 1 МПа = 10,2 кгс/см²1 кгс/см² = 9.8 Н/см² или 1 Н/см² = 0.102 кгс/см²
Для удобства существует также таблица, где указаны средние цифры расчетного сопротивления грунта в Н/см²
Аналогичная проблема с таблицами подобного рода — очень существенное различие между минимальными и максимальными значениями. В общем случае рекомендуется брать минимальные показатели, которые указаны в табличных данных. Для примера разместим ещё одну таблицу, наглядно иллюстрирующую подход зарубежных специалистов к обнародованию данных своих исследований.
Очевидно, что табличные цифры используются, как правило, теми, кто принял решение не заказывать профессиональное геологическое исследование почвы на своём участке. Поэтому имеет смысл давать показатели с запасом, чтобы при самостоятельных расчетах, даже если в них закрадется небольшая погрешность, это не привело к непоправимым последствиям.
В то же время даже при значительном запасе по прочности не факт, что конструкция здания будет достаточно стабильно стоять на основании в течение десятков лет. За такой срок качество грунта может измениться, если не были соблюдены соответствующие меры по защите фундамента от скопления осадочных вод. Для этих целей обязательно следует изготавливать отмостку с хорошей гидроизоляцией и дренажную систему по периметру постройки для централизованного сбора стоков.
Какой фундамент подходит для глинистой почвы
Слои закладки фундамента для суглинистой почвы с гидроизоляцией.
После точного определения типа почвы на участке и глубины залегания грунтовых вод необходимо решить, какой фундамент можно будет возвести. Глинистая почва ограничивает в выборе основания дома, поэтому можно воспользоваться только двумя вариантами: построить ленточный или свайный фундамент. Какой именно выбрать, попытаемся выяснить далее.
Если грунт более или менее однородный, то для него подойдет ленточный фундамент, свайный применяется в тех случаях, когда в почве попадаются камни.
Построить фундамент на суглинках нелегко, но если вникнуть во все нюансы этой работы, сделать это возможно. При возведении фундамента на суглинке могут возникнуть такие проблемы, как обламывание, вспучивание и просадка конструкции. Чаще всего это происходит вследствие недостаточной глубины закладывания фундамента либо при большом давлении, которое может оказываться на него. Проблемы могут возникнуть у дома, фундамент которого был возведен на суглинке, если при его строительстве применялся мелкий камень, либо стены были построены из пеноблоков.
Схема ленточного фундамента для глинистой почвы.
Чтобы избежать всех вышеописанных проблем, строительство дома должно сопровождаться выбором правильного типа фундамента. При этом блоки можно отсеять сразу же, так как в роли связующего элемента потребуется устройство армирующего каркаса. Низ основания должен быть шире, чем его верх. При возникновении опасений по поводу давления грунта, основание необходимо будет промазать машинным маслом или обернуть его поливинилхлоридной пленкой, которая не пропустит воду к фундаменту во время оттепели. Нелишним будет утеплить верхний слой земли, для чего можно использовать керамзит или щебень.
На выбор типа фундамента. который можно возвести на суглинке, также влияет материал, используемый при возведении стен дома. Если это будет кирпич, то свой выбор стоит остановить на ленточном фундаменте, который способен выдержать большую нагрузку.
Если же планируется строительство сарая или летней теплицы, то лучше выбрать свайный фундамент, который способен обеспечить необходимую степень монументальности возводимого строения.
На глинах и суглинках также можно использовать основания в виде монолитной плиты, которую обязательно устанавливают на песчаную подушку. Его преимущество заключается в плавучести, а значит он легко выдерживает любые движения грунта. Еще одним плюсом монолитного фундамента является отсутствие необходимости проведения глобальных земельных работ.
Уточнённая таблица с поправками на текучесть и пористость грунта
Существет ещё одна таблица несущей способности, позволяющая более точно определить цифры на участке, где известны коэффициенты пористости и показатели текучести почвы.
Влияние коэффициента текучести грунта на его несущую способность указаны в таблице. Средняя текучесть грунта зависит от его типа и коэффициента водонасыщения. Эти расчёты выполнить достаточно трудно, поэтому размещаем таблицы, которые описывают поведение образца грунта, характеризующее его текучесть.
Также расчетное сопротивление зависит от коэффициента пористости Е, который нужно устанавливать с помощью экспериментального взятия проб непосредственно на будущей строительной площадке.
Для теста потребуется взять кубик грунта 10х10Х10 см с объёмом О1 = 1000 см³ так, чтобы он не рассыпался. Далее этот кубик взвешивается и определяется его масса (М), после чего грунт измельчают. Затем, с помощью мерного стакана устанавливается объём измельченного грунта также в кубических сантиметрах (О2).
Далее нужно узнать объёмный вес исходного кубика (ОВ1) и измельченного грунта без пор (ОВ2). Для этого следует определенную вначале массу (М) разделить на (О1), чтобы получить (ОВ1) и затем разделить эту же величину (М) на (О2), чтобы получить (ОВ2). Исходный объём О1 изначально известен и равен 1000 см³, а объём измельченного грунта О2 берется из опыта с мерным стаканом.
Осталось только рассчитать пористость Е, которая равна 1 — (ОВ1/ОВ2)
Теперь, зная коэффициент текучести и пористость грунта, можно исходя из табличных цифр с определенной точностью сказать, какая именно несущая способность является расчетной именно для вашего участка. Если вы использовали экспериментальное выявление пористости, то убедитесь, что было проведено хотя бы 3 опыта, чтобы получить нужную величину с достаточно высокой точностью. При желании получить максимально близкие к реальности данные, используйте специальный калькулятор, где есть возможность указывать все влияющие на конечную цифру коэффициенты вот здесь.
Прибор для определения несущей способности грунта
При выборе типа и параметров фундамента для строительства дома необходимо знать несущую способность грунтана строительном участке. В первую очередь исследуется тип грунта, затем определяется его несущая способность.
Разновидности глиняных почв
Перед определением типа фундамента, необходимо четко представлять, на каком типе грунта будет осуществлять строительство.
Суглинки широко распространены в средней полосе России
В зависимости от количества содержания глины почвы бывают следующих видов:
Главная отличительная характеристика глины – слабость перед влагой, благодаря которой она быстро превращается в тестообразную массу и препятствует дальнейшему просачиванию жидкости в грунт. Пласты исследуемой породы могут размещаться на существенной глубине, что увеличивает риск вспучивания почвы в зимний период за счет промерзания застоявшейся воды.
Для чего нужно определять несущую способность
Грунт состоит из твердых частиц и пор, заполненных водой или воздухом. Под действием нагрузки от дома объем грунта меняется за счет изменения объема пор – он уплотняется, а его пористость сокращается.
При расчете нагрузок интерес для строителя представляют предельные нагрузки, т. е. нагрузки, увеличение которых приводит к потере устойчивости массива грунта.
Чаще всего нарушенное состояние равновесия приводит к большой осадке грунта и его выпору из-под фундамента, смещению конструкций. Значительное смещение конструкций губительно для большинства сооружений. Поэтому так важно определить максимально возможную безопасную для грунта нагрузку, которая не нарушит его равновесие.
Как определять несущую способность грунта
Осадки фундаментов принято рассчитывать по линейной зависимости между напряжениями и деформациями. В соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01-83* (п. 2.41.) среднее значения давления под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания.
В соответствии с п. 2.42. и Приложения 3 СНиП 2.02.01-83* расчетные сопротивления грунтов основания (R0) определяется по таблице:
Тип грунтаРасчетное сопротивление R0, кг/см2Крупнообломочные Галечниковые(щебенистые) с песчаным заполнителем6Галечниковые(щебенистые) спылевато-глинистым заполнителем4 — 4,5Гравийные(дресвяные) с песчаным заполнителем5Гравийные(дресвяные) спылевато-глинистым заполнителем3,5-4Песчаные плотныесредней плотностиКрупные65Средней крупности54Мелкие маловлажные43Мелкиевлажные и насыщенные водой32Пылеватые маловлажные32,5Пылеватые влажные21,5Пылеватыенасыщенные водой1,51Пылевато-глинистые (непросадочные)сухиевлажныеСупеси (коэффициент пористости 0,5) *33Супеси (0,7)2,52Суглинки (коэффициент пористости 0,5)32,5Суглинки (0,7)2,51,8Суглинки (1,0)21Глины (коэффициент пористости 0,5)64Глины (0,6)53Глины (0,8)32Глины (1,1)2,51ПросадочныесухиевлажныеСупеси природного сложения (плотностью в сухом состоянии 1,35 т/м3)31,5Супеси природного сложения (плотностью в сухом состоянии 1,55 т/м3)3,51,8Супеси уплотненные (плотностью в сухом состоянии 1,6 т/м3)2Супеси уплотненные (плотностью в сухом состоянии 1,7 т/м3)2,5Суглинки природного сложения (плотностью в сухом состоянии 1,35 т/м3)3,51,8Суглинки природного сложения (плотностью в сухом состоянии 1,55 т/м3)42Суглинки уплотненные (плотностью в сухом состоянии 1,6 т/м3)2,5Суглинки уплотненные (плотностью в сухом состоянии 1,7 т/м3)3
* — коэффициент пористости показывает отношение объема пор к объему твердых частиц. Чем выше значение показателя, тем более рыхлый грунт.
Оценить данный показатель самостоятельно можно только с некоторой долей допущения. При этом можно исходить из следующего: грунт при увлажнении проседает и уплотняется. Так, пучинистый грунт, расположенный ниже глубины промерзания, уплотняется по максимуму.
С течением времени его состояние не меняется. При этом грунт, подверженный промерзанию, насыщается влагой и промерзая увеличивается в объеме за счет превращения в лед влаги, находящейся в порах (пучение). Замерзая, водарасширяется сама, и расширяет при этом поры: грунт становится пористым.
Какой фундамент лучше обустраивать на песке
Тип фундамента для дома выбирается в зависимости от вида песчаного грунта.
Основание в виде ленты
Фундамент ленточного типа очень часто используется в России. Обустройство ленты на песчаном грунте не может обеспечить высоких прочностных характеристик. Допускаемые ошибки при возведении конструкций на пылеватых почвах может привести к образованию трещин и деформации основания. В результате происходит разрушение и фундамента, и всей постройки.
Столбчатое основание
Основные элементы такого фундамента – отдельно поставленные столбики. Прочность основания во многом зависит от их правильной установки. Строительство на пылеватом и мелком грунте требует большого заглубления основных элементов фундамента. При несоблюдении этого условия не исключено расхождение столбиков или перекос, что грозит образованием трещин в стенах постройки. Кроме того, при морозном пучении грунта может наблюдаться выталкивание столбиков основания, а при оттаивании – их опускание. В результате строение деформируется и разрушается.
Монолитное плитное основание
Плитный фундамент на песчаном грунте
Плитный фундамент отличается большей площадью опоры, что придает ему высокую прочность даже при строительстве на песчаном грунте. Дополнительное армирование плиты основания увеличивает его прочность в несколько раз. Следовательно, на участках с песчаным грунтом лучше всего использовать монолитное основание в виде плиты. Однако стоимость такого фундамента достаточно высокая, поэтому прибегают к его обустройству только в редких случаях.
Фундамент на сваях
Обустройство свайного фундамента на песке – это идеальное решение. Такое основание отличается высокой прочностью и надежностью на любом типе грунта. Однако при строительстве массивных конструкций требуются дополнительные расчеты.
Как зависит несущая способность грунта от глубины заложения фундамента
ВАЖНО: значенияR0, приведенные в таблице, определены для фундаментов шириной 1 м и глубиной заложения 2м. При изменении ширины и глубины заложения фундамента, расчетное сопротивление (R) вычисляется по формулам:
- при глубине заложения менее 2 м:
R = R0 * [1 + k1*(b – 100)/100] * (d+200)/2*200
- при глубине заложения более 2 м:
R = R0 * [1 + k1 *(b – 100)/100] + k2*g*(d – 200), где
Коэффициент k1 равен: 0,125 — для оснований из крупнообломочных и песчаных грунтов, кроме пылеватых песков; 0,05 – из пылеватых песков, супесей, суглинков и глин;
Коэффициент k2 равен: 0,25 — для оснований из крупнообломочных и песчаных грунтов; 0,2 – из супесей и суглинков; 0,15 – из глин;
g- удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кг/см3;
b- ширина фундамента, см. Если подошва фундамента имеет круглое сечение или сечение правильного многоугольника площадью А, то ширина фундамента определяется по формуле b=квадратный корень из А;
d– глубина заложения фундамента, см.
Как влияет сейсмичность на несущую способность грунта
При необходимости учета вибрационных нагрузок для постройки сейсмостойкого фундамента необходимо принимать во внимание, что при одновременном действии на грунт нагрузок от дома и вибраций происходит снижение прочности грунта, он приобретает свойства псевдожиткого состояния. Поэтому для учета возможного воздействия сейсмических нагрузок значение расчетного сопротивления делится на 1,5.
Подбор типа и параметров фундаментас учетом несущей способности грунта основания позволит избежать деформаций и смещений дома.
Любое строительство зданий начинается с инженерно-геологических работ. Главная характеристика, определяемая этими работами, несущая способность грунта.
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.
| Виды насыпных грунтов | Ориентировочное время, необходимое для самоуплотнения грунта, лет | Примерная несущая способность при дополнительном уплотнении, кг/см2 |
| Глинистые | 2÷5 | 1,5÷2,5 |
| Песчаные | 0,5÷1 | 2÷3 |
| Крупнообмолочные | 0,2÷1 | 2,5÷3,5 |
Насыпной грунт используют в двух случаях:
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:
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:
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.
Типы грунтов
Структурный состав почвы во многом определяет ее способность выдерживать длительные нагрузки и не допускать преждевременного разрушения строения. Параметр, определяющий удерживающие способности почвы, измеряют в кг/см².
Таблица: Определение расчетного сопротивления основания (кг/м²) в зависимости от типа грунта
Тип грунтаПлотный (кг/см²)Средней плотности (кг/см²)Крупный песок с включениями гравия65Средний песок54Мелкий песок с низким содержанием влаги43Влажный мелкий песок32Сухая супесь32,5Пластичная супесь2,52Сухой суглинок32Пластичный суглинок31Сухая глина62,5Пластичная глина41
Как видно из таблицы, влажность и плотность почвы сильно влияют на ее удерживающие возможности. Упрощенный расчет фундамента в индивидуальном строительстве производят, принимая несущую способность грунта ≈2 кг/м².
Закладка фундамента на пучинистом грунте
Самым надежным и не подверженным сезонным изменениям является скалистое основание. Но, технический монтаж фундаментов в таких местностях достаточно сложен. Забивные сваи в скальных основаниях использовать не рекомендуется.
Разновидности грунтов
Существует две основных группы, которые, в свою очередь, также делятся на несколько разновидностей.
Песчаные (осадка происходит быстро):
Работа на глинистой почве
Глинистые (осадка происходит медленно):
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.
Характеристики оснований строительных сооружений
Кроме определения опорных характеристик базового уровня, необходимо принять во внимание риски могущие привести к деформации здания. Для этого проверяют грунт по следующим параметрам:
- плотность – определяется трудностью взятия образца;текучесть, чем легче прилипает почва к инструменту и дольше держится, тем более высока текучесть;пористость, определяют сравнением объемов измельченной породы и не измельченной;способности к набуханию, изменение объема и формы при намачивании, показывает склонность к просадкам;пучинистость, под влиянием низкой температуры в структуре образуются кристаллы льда, ведущие к изменению объема и формы почвы;способности к проседанию, возможность вертикального сдвига под действием массы при изменении физических свойств почвы.
Неспециалисту сложно точно определить строительные характеристики основания, поэтому в нормативных документах указываются минимальные значения параметров. Что позволяет избежать риска в процессе возведения зданий и повысить запас прочности строения.
Расчет фундамента зданий производят на основании:
- типа грунта (природный или искусственный);размеров, конструкции и материала фундамента;
Расчет должен учитывать два предельных состояния основания, это:
- несущая способность фундамента;деформационные процессы.
Используя калькулятор по расчету несущей способности земляного слоя, можно определить уровень сопротивления почвы вертикальным нагрузкам. Чем крупнее частицы, составляющие основание, тем выше несущие способности базового уровня.
Таблица: Размеры и процентное отношение частиц грунта
Разновидности грунтаРазмеры частиц, ммСодержание частиц в %Глиняныйдо 0.002—Илистый органическийдо 0,01—Илистый неорганическийот 0,002 до 0,05—Песчаный, гравелистыйболее 2от 25Песчаный, крупныйболее 0,5от 50Песчаный, среднийболее 0,25от 50Песчаный, мелкийболее 0,1от 75Песчаный пылеватыйболее 0,1до 75Валунный, глыбовыйболее 200от 50Галечниковый, щебенистыйболее 10от 50Гравийный, дресвяныйболее 2от 50
Вычисление несущей способности свайно-винтового фундамента
Несмотря на то что свайно-винтовые фундаменты достаточно надежны, а их конструкционные особенности можно рассчитать используя специальный калькулятор, определение удерживающих характеристик фундамента непременно выполняется. Опорные свойства винтовой сваи напрямую зависят от типа грунта.
Таблица: Определение несущих характеристик винтовой сваи
ПочваСтруктураРасчетное сопротивление грунта (кг/см²)Опорная способность винтовой сваи (т), при глубине залегания лопасти (см)150200250300ГлинаПолутвердая64,65,56,156,6Тугая54,154,85,76,4Мягкая43,654,455,055,85Супеси и суглинкиПолутвердая5,54,355,155,856,55Тугая4,53,84,75,46,05Мягкая3,53,44,254,75,4ЛёссМягкая12,252,83,654,4ПесокСредняя159,059,610,511,0Мелкая85,656,357,057,75Пылеватая54,14,955,656,2
Расчет любого фундаментного основания проводится по единой методике, здесь может применяться специальный калькулятор.
- определение коэффициента сопротивления почвы;вычисление массы постройки;определение давления, оказываемого весом здания на опору;сравнение удерживающих характеристик основания и давления, оказываемого постройкой;корректировка конструкции фундаментного основания или параметров сваи.
Верный подбор и расчет винтовой сваи позволит домохозяину сэкономить на ремонтных работах базового уровня дома. Конструктивно сваи отличаются по виду почвы, где устанавливается опора: