Грунт и фундамент разновидности, особенности и нагрузочная способность

Грунтом называется любая горная порода, осадок, или техногенная минеральная составляющая геологической среды. Здание опирается на фундамент, а фундамент, как следствие опирается на грунты. Взаимодействие фундамента и грунта происходит постоянно. Несущие способности грунтов на очень многое влияют.

Павел Усманов

Архитектор

Грузоподъемность грунта и ее значение

Любой грунт, который может служить, как естественное основание под фундаменты сооружений называется – материк. Он имеет допустимую прочность. Отличается небольшой равномерной сжимаемостью, является не выветриваемым, не размываемым, и имеет необходимую мощность. То, что нужно для надежного железобетонного фундамента.

Мощность грунта – это вертикальная протяженность его слоя от поверхности до плотной горной породы, не измененной почвоформирующими процессами.

Допустимая прочность выявляется по формуле: соотношение веса здания на 1 квадратный см площади грунта, и допустимой на эту площадь нагрузкой от сооружения. Так же учитывается общий вид нагрузок на фундамент и грунт. Формула учитывает и глубину закладываемого базиса.

Фундамент передает нагрузку от здания. Это происходит так чтобы давление на грунт, и разность осадки, находились в пределах допускаемой нормы. Необходимо что бы несущие свойства фундамента и грунтов под ним соответствовали нагрузкам, прилагаемым к ним во время использования всего сооружения.

У нагрузок есть критические значения. Площадь фундамента проектируется так, чтоб нагрузки не достигали и, не превышали критических показателей. Если за этим не проследить, то железобетонный фундамент может быть разрушен критическими нагрузками.

У каждого типа грунтов есть свои данные по расчетному сопротивлению и давлению. Более детально, для тех, кто собирается строить фундамент, они указаны в специальных таблицах.

Разнообразие грунтов и их уникальные свойства

1. Скальные и каменистые грунты. Эти каменные грунты, чрезвычайно стабильны. Они не подвержены действию влажности, и не промерзают. Смена температуры в них, не влияет на их базовые свойства. Такие грунты отличаются выраженной стойкостью к разрушению. Их можно назвать идеальным природным фундаментом. На таком грунте, железобетонный фундамент будет стоять очень надежно.
2. Конгломераты. Это крупнообломочные грунты, сформирование из осадков в горных породах. Они состоят из обломков камня, гальки, окатышей. Внутри фракций такого грунта может находится доля песка и алеврита. Конгломераты могут быть одинаковыми или различными по составу. Такой грунт отлично подходят для фундамента. Они не подвержены морозному пучению, поэтому фундамент закладывается в них не зависимо от глубины их промерзания.
3. Не скальные грунты. Это грунт, который содержат в себе помимо осадочных горных пород, пески различных фракций, глину, суглинок, торф.
4. Песчаные грунты. Это пески гравелистые и крупные. Вообще пески всех фракций от крупных до мелких пылеватых. Это слабопучинистые грунты, в них, кроме пылеватых песков, ленточный фундамент укладывается на небольшую глубину от 30 до 60 см.
5. Глинистые грунты. Они хорошо впитывают влагу и сохраняют ее всей своей поверхностью. При замерзании не уплотненная глина, когда вода внутри нее станет льдом, будет сильно пучится, и может повредить не подготовленный к этому фундамент. Уплотненная глина, считается слабопучинстым грунтом. Глина в целом, не самое лучшее основание под железобетонный фундамент.

Галерея

Скалистые грунты: особенности и особые требования

Скалистые грунты – это сплошной массив сопряженных друг с другом горных пород, характеризованных выраженной прочностью на сжатие и растяжение, даже когда они насыщены водой.

Скалистый грунт устойчив к промерзанию, и не производит морозное пучение. При устройстве базиса на этом грунте, уровень промерзания не критичен. У скалистого грунта хорошие несущие возможности, это отличная основа для фундамента. Можно делать железобетонный фундамент без серьезной планировки грунта.

Фото 1. Забивка железобетонных свай

Строить не рекомендуется только на местах где возможны риски боковых сдвигов (на склонах и рядом с ними). Закладывая фундамент, надо помнить про оползни. Разработка такого грунта, под фундамент, из-за его прочности, сложное и затратное мероприятие для владельца дома.

Конгломераты: особенности и их влияние на фундамент

Конгломераты – это крупнообломочные грунты, состоящие обломков горной породы. Размерный ряд обломков более 2 мм. Их количество в грунте составляет выше 50% от общей массы.

Такие грунты бывают по классификации: валунными, гравийными и щебневыми. Несущие возможности конгломератов достаточно солидные. При устройстве железобетонного фундамента, необходимо закладывать ленточный фундамент с глубиной от 300 до 500 мм.

Грунт может справляться с весом тяжелого кирпичного коттеджа в два этажа. Такой грунт надежное основание под фундамент. Уровень промерзания такого грунта по Московскому региону 1.63 метра.

Фото 2. Железобетонный ленточный фундамент

1. Ленточный фундамент. Это замкнутый железобетонный контур, возведенный по периметру будущего дома, под его несущими внешними и внутренними стенами. Строительство железобетонного ленточного основания может быть заглубленным или МЗЛФ - малозаглубленным. Заниматься строительством ленточного основания можно только из бетона, из кирпича его делать нельзя. Красный полнотелый кирпич и белый силикатный, постепенно разрушатся и растворятся в грунте. Под подошвой монолитного ленточного основания формируется уплотненные песчано – щебневые «подушки». По всему периметру ленточного базиса, для осушения почвы под ним, создается кольцевой дренаж. Выполнять строительство заглубленного ниже уровня промерзания почвы ленточного базиса, значит выбрать самое надежное из всех оснований. Его строительством можно уверенно заниматься на подавляющем количестве грунтов. Если в доме нужен будет подвал или цокольный этаж, то после строительства, ленты монолитного ленточного основания, станут его стенами. Роя котлован под бетонный базис с подвалом надо понимать, что размер котлована должен быть на 1.5 – 2 метра шире проектного. Этот котлован «с запасом», поможет монтажникам удобно делать гидроизоляцию внешних стен подвала. Обратную засыпку внешних стен конструкции надо делать дренирующим грунтом, очищенным от строительного мусора. Несущие способности бетонного ленточного базиса прямо связаны с его шириной и глубиной закладывания. Видоизменяя на стадии проекта, эти значения в монолитном ленточном основании, можно подобрать его необходимые размеры для любого загородного дома. В этом аспекте ленточный базис, универсален. Это одна из ключевых причин, такой востребованности строительства монолитного ленточного фундамента. Ленточный базис из бетона, столь хорош, только при его грамотном проектировании, и профессиональном монтаже. Если вы задумали строить ленточный фундамент, обращайтесь к профессиональным строителям.
2. Свайный. Это основание из забивных или буронабивных бетонных свай. Строительство забивных свай, которые ушли ниже уровня промерзания грунта, обеспечивает надежность конструкции практически на большей части типов почв. Свайное основание из заводских бетонных забивных свай, при одинаковых сечениях и длинах, превосходит буронабивные по несущим способностям. Буронабивные монолитные железобетонные сваи, сформированные в шурфах на такой же глубине, ниже уровня промерзания, после строительства, так же будут надежной основой. Шурфы должны обязательно проходить глубже уровня промерзания, это дополнительно сбережет фундамент от морозного пучения. При монтаже шурфов, следует использовать специальный бур ТИСЭ - Ф, чтобы сформировать расширение снизу шурфов. Оно станет их подошвой и увеличит несущие способности базиса. Концы арматуры выходят над сваями на такую высоту, чтобы эту арматуру было удобно привязывать к арматуре ростверка.
3. Плитный. Это базис в виде железобетонной монолитной плиты, с утеплением. В вариантах строительства – это плиты УФФ (утепленный финский фундамент) и УШП (утепленная шведская плита). Стоимость монолитных бетонных плит достаточно и обосновано высока. По итогу завершения строительства фундамента, получается готовый «теплый пол». Останется только в строительстве поднять стены, смонтировать перекрытия, кровлю и дом готов. По периметру монолитной бетонной плиты обязательно устраивается кольцевой дренаж и утепленная отмостка. Дренаж и отмостка будут отводить воду от стен дома. Если вы захотите подвал или цокольный этаж, то придется выкопать котлован, и создать конструкцию плиты на его дне. Стены подвального или цокольного помещения, придется выкладывать из ФБС блоков, или закрытого штукатуркой с обоих сторон клинкерного кирпича. Для подвальных и цокольных стен ФБС блоки лучше, и дешевле клинкерного кирпича. Клинкерный кирпич можно применять, для цокольных стен на 1 – 1.5 метра, выше уровня почвы. Там кирпич будет уместен. Технически кирпич лучше использовать для декора и защиты основных стен сооружения. В облицовке кирпич хороший материал. Речь идет о полнотелом клинкерном кирпиче, заменять его керамическим красным и тем более белым кирпичом не следует. Свойства этих кирпичей значительно уступают клинкерному. В облицовке этот кирпич вне конкуренции. Шведская и финская плита, равнозначно хороши, и без подвала, они подходят практически для всех типов грунта. Работа по их заложению, требует навыков. Сложность конструкции плит, означает, что их заложением надо заниматься профессиональным строителям.
4. Столбчатый. Этот фундамент состоит из малозаглубленных столбов, созданных из блоков ФБС, на которые опирается ростверк и «обвязка» дома. У столбчатой основы, столбы связаны между собой «перевязкой» в виде «рындбалки». Она может лежать на поверхности или уходить в грунт с небольшим заглублением. Без монолитной «перевязки» («рындбалки»), строить столбчатую основу не следует, ее надежность будет низкая. Столбчатый базис получится не качественный.

Монолитная «рындбалка» в качестве «перевязки», привязанная к столбам, по периметру и перемычкам, наделяет каркас базиса пространственной жесткостью. Это усиливает его конструкцию. Тем самым столбчатый фундамент с «перевязкой» становится в разы надежнее. На грунте конгломерат можно успешно применять, все типы монолитных базисов. Ленточный, плитный, свайный из забивных свай, столбчатый.

Фото 3. Фундамент монолитная плита

Не скальные грунты: типы и характеристики

Не скальные грунты - это все остальные грунты, которые есть в России, помимо скальных. Их достаточно много, и каждый из них отличается большим количеством индивидуальных свойств.

Песчаные грунты: свойства и их роль в строительстве фундамента

Песчаные грунты – это сыпучие минеральные осадки, образованные горными породами. Размер зерен, от 0.005 до 3 мм. Пески удобно разрабатываются, обладают выраженной водопропускной способностью. Они успешно уплотняются от нагрузки, которую им дает фундамент.

Если пески средней или большой фракции, лежат равномерным плотным слоем и имеют допустимую мощность, то как основа для фундамента они хорошо подходят. Чем выше фракция песка, тем большие нагрузки фундамент способен передать ему. Пески достаточно быстро сжимаются под нагрузкой, это значит осадка грунтов и самого фундамента произойдет в короткое время.

Глубина промерзания супеси с долей пылеватых песков по Москве и области, 1.34 метра. У песков средней крупности, крупных либо гравелистых уровень промерзания 1.44 метра.

Фото 4. Подготовительные работы к установке фундамента

• Ленточный.
• Свайный.
• Плитный.

Столбчатый базис с «перевязкой» , применять на песках не следует из-за его неустойчивости и склонности к неравномерным осадкам. Из-за этого у столбчатого основания, даже с «перевязкой» может возникнуть перекос. В дальнейшем столбчатое основание может разрушится.

Мелкофракционные, пылеватые пески за счет маленьких зерен, плохо выдерживают нагрузки. Поэтому, они плохая основа для фундамента. После инъекций в такие грунты цементационных составов, фундамент на них поставить возможно будет любой, кроме столбчатого с «перевязкой».

Глинистые грунты: особенности и их важность для фундамента

1. Суглинки. Это песочные грунты с содержанием глины на 10% – 30%. Процентное количество глины, определяет классификацию грунтов на «легкие», «средние» и «тяжелые». Чем больший % глины в составе, тем он более тяжелый. Фундамент на него ставить можно. Лучше использовать под фундамент «легкие» и «средние» грунты. Уровень промерзания у глин и суглинков по Москве, 1.11 метра. В вариациях они бывают с торфяными элементами. Чем меньше торфяных включений, тем лучше. Торфяные кластеры, снижают общее качество грунта.
2. Супеси. Это песочный грунт, который содержит глину в количестве 5 – 10%. Супесь наполненная грунтовой водой до полного разжижения, получает свойство текучести, и становится плывуном. Плывун даже технически, не может применятся как основание для фундамента. На обычной супеси, с низким УГВ (уровнем грунтовых вод), можно ставить надежный фундамент. Уровень промерзания у супеси 1.34 метра. Столбчатый базис с «перевязкой» в виде «рындбалки» на супеси ставить можно. Столбчатый фундамент , такой конструкции, должен иметь опоры, немного заглубленные в грунт. Следует помнить, столбчатый фундамент в любой его реализации, предназначен для малоответственных строений, типа хозблока или сарая. Даже маленькую дачу или баньку, лучше ставить не на столбчатый, а на ленточный или свайный базис.
3. Глины. Они под нагрузкой сжимаются лучше, чем песок. При этом скорость уплотнения несущего слоя меньше. В следствии этого типовая осадка фундамента и всего дома, на глине длится дольше чем на песке. Если глина слежалась в течении многих десятилетий, и имеет минимальную влажность, она может быть нормальным основанием для ленточного, свайного, и плитного фундамента. Любой фундамент кроме незаглублённого столбчатого будет нормально стоять.

Глина с, неоднородной влажностью при замерзании приводит к морозному пучению этого грунта. Само пучение так же, будет различным под каждой частью фундамента. Где-то будет минимальное пучение, где-то максимальное. При строительстве это учитывают, чтобы не допустить разрушения фундамента.

Если глина с водой на участке, лежит значительно ниже ее уровня промерзания, который в ней 1.11 метра, то она не замерзнет, и потому морозного пучения не будет.

Фото 5. Установка фундамента в зимнее время

Разновидность глинистого грунта определяется путем его растирания в ладони, и скатывания его в шнур и шарик. Данные о этом указаны ниже в специальной таблице.

На таком грунте, не следует делать столбчатый базис, глина и ее морозное пучение, быстро приведет его, в негодность. Оно, подтолкнет к перекосу основания, и столбчатый базис станет аварийным.

Морозное пучение грунтов, и его влияние на надежность фундамента

Чем больше влаги в малопористом грунте, тем сильнее в нем будет выражено пучение. В грунтах, расширение первоначально идет вниз по направлению к порам, поэтому на нем пучение так явно не выражается.

Замерзающий грунт просто выдавливает влагу вниз через поры. Все это происходит, когда вода в грунте находится на уровне промерзания, или выше его. Пучение – это процесс расширения слоев грунта, под воздействием замерзшей в нем воды.

Глина не является пористой, и влагу при замерзании не пропускает в нижние слои. Поэтому пучение на глинистых грунтах так ярко выражено, и может повредить фундамент и дом. Сила пучения велика. Она осенью и зимой поднимает фундамент вместе с домом вверх, а потом весной его опускает вниз. От таких постоянных «качелей», фундамент может рано или поздно может деформироваться.

Деформация основания, сразу приведет избыточным нагрузкам на остальные узлы конструкции дома. От этого фундамент и дом могут прийти в аварийное состояние, или даже частично разрушится. Столбчатый базис по определению, таких нагрузок не выдержит.

Ленточный, плитный и свайный базисы, лучше справляются силами пучения. Поэтому их применяют на ответственных сооружениях.

Фото 6. Монолитная плита для дома из газобетона

• Вертикальное. Действуют по вертикальной оси, давят снизу на «подошву» фундамента поднимая его вместе с домом.
• Касетельные. Примерзшая к бокам фундамента почва увеличивается в размерах, и благодаря силам трения – скольжения, поднимает основание. Этот процесс происходит не равномерно, поэтому провоцирует распад фундамента на части. Касательные нагрузки, за счет своей не равномерности, тоже могут разрушительно действовать на фундамент.

Если в геомеханической модели грунта уровень грунтовых вод находится выше уровня промерзания, это наиболее опасно. Замерзающие обильные грунтовые воды, многократно увеличат морозное пучение. Взаимосвязь тут простая. Чем больше замерзнет воды, тем сильнее и масштабней будет морозное пучение грунта под фундаментом.

Наиболее безопасными для пучения, являются тяжелые кирпичные двухэтажные коттеджи. Вес такого дома, как правило превосходит силы морозного пучения, которые давят снизу-вверх из грунта на фундамент. Поэтому фундамент и сам дом, не реагируют на пучение.

Легкие каркасные дома, или каркасно щитовые, которые стоят не на винтовых сваях, могут быть подвержены результату пучения. Их сравнительно небольшой вес станет возможностью для подъема и опускания фундамента силами морозного пучения.

Способы защиты грунта от морозного пучения

Финские и шведские специалисты создали плитные фундаменты УФФ (утеплённый финский фундамент) и УШП (утепленная шведская плита). Их конструктив, борется с силами морозного пучения грунта. То же самое делает утепленный с обоих сторон ленточный фундамент, малого или глубокого заложения.

Фото 7. Дом на УШП

1. Песчано – щебневые «подушки». Они работает на нейтрализацию морозного пучения, в рамках применения всех остальных элементов конструкции фундамента, описанных ниже.
2. Утепление «пеноплексом», всего фундамента и отмостки. Земля под таким фундаментом и утепленной отмосткой не промерзнет, поэтому не будет и пучения.
3. Кольцевой дренаж по периметру дома. Правильно выполненный дренаж, будет постоянно удалять всю воду из-под подошвы фундамента. Не будет воды в грунте, не будет и пучения.

Специалисты компании «Домостроительные технологии Павла Усманова», деликатно советуют. Эти три конструкции наиболее эффективно работают вместе, для защиты дома от пучения.

Просадки грунтов и методы их преодоления

Сразу после возведения дома, начинает происходить его осадка. Это естественная ситуация связана с тем, что нижний слой почвы под фундаментом постепенно сжимается от его веса. Фундамент и дом их уплотняют.

По нормативу допустимая осадка сооружения без последствий, на неоднородном грунте, в 5 см. На неоднородных грунтах, осадка может быть так же - не однородной. На однородных грунтах, усадка здания в 10 – 12 сантиметров считается допустимой.

• Проникновение большого количества влаги в почву. Начинается его замачивание. Происходит просадка под собственным весом, и массой дома. Иногда замачивание, сопровождается сильным размыванием грунта с происхождением плывуна.
• Уплотнение грунта под собственным весом, и весом здания. Когда происходит быстрое высыхание от влаги больших масс грунта под домом, возможна его просадка.

Фото 8. Строительство дома из газобетона на фундаменте УФФ

Причины просадок и важность их устранения

1. Устройство хорошо уплотнённых песчано – щебневых «подушек» из не просадочных материалов, под всеми элементами фундамента, включая его отмостку. «Подушки» являются элементами идеального не пучинистого грунта. От толщины и качества уплотнения «подушек» зависит их эффективность. Обычно сечение «подушек» по проекту составляет от 400 до 800 мм. Если грунт сильно пучинистый, толщина «подушек» может превышать крайнее значение.
2. Выполнение кольцевого дренажа на необходимой глубине по периметру дома. Он постепенно отведет воду из-под дома, и тем самым значительно снизит вероятность просадки грунта.

Если здание уже построено, то просадки устраняют путем инъектирования цементного раствора в проблемные места грунта, чтобы значительно повысить его несущие способности. Так обычно спасают аварийный фундамент.

Мы компания «Домостроительные технологии Павла Усманова», уже много лет, занимаемся проектированием и строительством загородных домов в «полном цикле». Мы работаем для вас в Москве и Санкт – Петербурге. Обращайтесь пожалуйста, мы с удовольствием спроектируем и построим для вас дом.