Основание фундаментов

Основанием фундаментов является грунт, и от его вида во многом зависит конструктивная особенность фундамента и глубина его заложения. О том, какие грунты залегают на участке, можно судить по характеру растительности. На заболоченных грунтах растет иван-чай, на сухих почвах — белые ромашки, на глинистых грунтах — лопухи. Желтые цветы болотной калюжницы указывают на наличие проточных подземных вод. Если в пониженных местах участка имеются ключи, то устойчивый уровень основного горизонта подземных вод расположен близко от поверхности. Об этом свидетельствуют и заросли камыша или осоки. Если же в пониженных местах вода застаивается, то уровень подземных вод — это верховодка.

От вида грунта, являющегося основанием фундамента, зависит его несущая способность. Грунты классифицируют по их свойствам, имеющим большое значение. В результате геологических процессов, происходящих в недрах земли и на ее поверхности, тысячелетиями создавались пласты грунтов, которые могут быть различными не только в пределах определенного региона, но и на более малых площадях. Неравномерность пластовых отложений может быть и в пределах строительного участка, особенно, если это связано со сложными геологическими условиями: склоны, овраги, болотистые местности и т.п. На физические свойства основания оказывает существенное влияние не только состав грунтов, глубина расположения определенных пластов, но и их водонасыщенность, то есть уровень грунтовых вод, влияние паводковых явлений и атмосферной влаги.

Как правило, отбор грунта осуществляют с помощью ручного зонда в шурфах или скважинах глубиной до 5 м для малоэтажных деревянных строений и до 7-10 м — для кирпичных или каменных построек. Скважина, пробуренная на участке, дает много полезной информации. По изменениям вида грунтов можно определить физические свойства и глубину их расположения, толщину пластов, уровень грунтовых вод и его сезонные колебания. Особенно важно знать уровень грунтовых вод в периоды обильных дождей и таяния снега. В это время грунт накапливает много влаги, которая может оказать влияние на эксплуатационные характеристики фундамента, особенно в подвальной части дома.

Всякий грунт, который по своим свойствам может служить естественным основанием для возведения на нем сооружения, называют материком. От материка требуется достаточная прочность и малая равномерная сжимаемость, неразмываемость, достаточная мощность, невыветриваемость. Достаточная прочность определяется соотношением между весом сооружения на 1 см² площади основания и допускаемым на такую же площадь давлением. При этом учитываются характер нагрузки и глубина заложения фундамента.

Фундаменты должны так распределять нагрузку от здания или любой его части, чтобы передаваемое давление на грунт не превышало несущую способность грунта, а разность осадки дома в целом и отдельных его частей не превышала допустимую норму. Для этого необходимо, чтобы несущая площадь основания соответствовала тем нагрузкам. которые на нее будут прикладываться в процессе эксплуатации здания. Поэтому площадь оснований фундамента выбирается из такого расчета, чтобы на каждый ее квадратный сантиметр приходилась нагрузка, не превышающая критическое значение. По своему строению и составу, физическим свойствам и трудностям разработки грунты делятся на две основные группы: скальные и рыхлые. Промежуточной группой могут служить скалистые разрушенные грунты, состоящие из отдельных камней, не связанных между собой, или же сцементированных посторонними примесями. Такие грунты называют конгломератами (хрящеватые грунты). Известный интерес представляют рыхлые грунты. К ним относят, прежде всего, пески и глины. Различия в их физических свойствах сводятся к следующему: пески при высыхании не уменьшаются в объеме, глины же, наоборот, увеличиваются в объеме при намокании. Пески в чистом виде имеют ничтожную связь между частицами, глины же в зависимости от влажности обладают значительной связанностью. Пески не пластичны, глины — пластичны. Пески почти немедленно после приложения силы сжимаются, глины же под действием внешней нагрузки сжимаются очень медленно. Степень сжимаемости песков ничтожна, глины сжимаются сильно. Основные виды грунтов и их расчетное сопротивление прикладываемым нагрузкам приведены в таблице. 1.

Таблица 6. Виды грунтов и их расчетное сопротивление

Сразу оговоримся, что справочные данные о несущей способности грунта справедливы для глубин 1,5-2,0 м при площади основания 0,5-1,0 м². По мере дальнейшего углубления несущая способность грунта увеличивается, а на отметках выше этих значений грунт менее плотный и его несущая способность снижается. Это объясняется тем, что уплотнение грунта в глубоких горизонтах происходило веками под действием нагрузок вышележащих слоев.

Пучение грунтов

Пучение грунтов оказывает большое влияние на выбор типа фундаментов и глубину их заложения Поэтому на данном физическом процессе следует остановиться более подробно.

Пучинистыми могут быть все виды глинистых грунтов, а также пылеватые и мелкие пески. Такие грунты распространены по всей территории средней полосы России. Они отличаются тем, что в процессе сезонного промерзания увеличиваются в объеме. Внешне это проявляется в подъеме грунта. Морозное пучение грунтов относится к физико-механическим процессам, в результате которых промерзающий грунт приобретает напряженно-деформированное состояние под действием термодинамических изменений. Суть этих процессов такова. Присутствующая в грунте влага при замерзании увеличивается в объеме, в результате чего происходит поднятие грунта. И чем больше влаги находится в грунте, тем сильнее он увеличивается в объеме при замерзании. В пористых грунтах это явление менее,заметно, так как при замерзании грунт расширяется в сторону пор, заполняя пустоты. И чем больше пористый грунт, тем меньше вероятность его пучения.

Кроме того, промерзание грунта происходит постепенно и начинается этот процесс сверху, проникая все глубже и глубже. Замерзший грунт начинает вытеснять находящуюся в нем влагу, которая через поры уходит в нижние слои грунта. В пористых грунтах влага беспрепятственно проходит сквозь поры и пучение грунта не происходит. Глина же, как известно, плохо пропускает влагу, которая не уходит вниз, вызывая тем самым подъем замерзшего грунта. Здания или сооружения, построенные на пучинистом грунте или заглубленные в него, поднимаются или опускаются вместе с основанием. При этом деформации пучения отдельных частей строений могут сильно отличаться.

При отрицательных температурах глина примерзает к фундаменту и вспучивается, поднимая за собой фундамент. Но так как влажность глины различна, то вспучивается она в разных местах по-разному. В одном месте чуть-чуть, а в другом поднимается более сильно, что может привести к разрушению фундамента и это следует учитывать при строительстве.

Разделение грунтов на пучинистые и непучинистые является чисто условным. Обычно к пучинистым грунтам относят глины, песчаные пылеватые или крупномоноблочные, в которых глиняный наполнитель превышает 15%. Но даже чистый песок, который считается непучинистым грунтом, при определенных условиях может вспучиваться под влиянием отрицательных температур. Это происходит тогда, когда песок заключен во влагонепроницаемую оболочку (например, глиняный замок). В этом случае верхние слои грунта, замерзая, не могут вытеснить воду в нижерасположенные горизонты, поэтому они вынуждены подниматься вверх. И наоборот, песчаная подушка под основанием, расположенная ниже расчетной глубины промерзания, впитывает в себя вытесненную влагу, предотвращая пучение грунта.

Явление морозного пучения особенно опасно, когда вспучивание грунта происходит неравномерно. За несколько зимних сезонов фундамент неоднократно поднимается и опускается, в результате чего он перекашивается, что в свою очередь сказывается на стенах и перекрытиях. Перекосившиеся стены, деформированные перекрытия теряют свою прочность, и здание или пристройки к нему становятся аварийными. Особенно разрушительны силы морозного пучения для бутобетонных, монолитных ленточных фундаментов, где нет армирующего каркаса. Наиболее опасны эти явления, когда уровень грунтовых вод расположен выше точки промерзания грунта.

Глубина промерзания грунта

Глубина промерзания грунта зависит от его со става (супеси, глины, суглинки, пески крупной и средней фракции, крупнообломочные и т.п.) и региона строительства. Глубина промерзания грунтов в ряде случаев оказывает большое влияние на физические процессы, связанные с нагрузками на конструктивные элементы подземной части здания. При определении глубины промерзания можно ориентироваться на данные, приведенные в таблице 2.

Таблица. 7. Глубина промерзания для некоторых регионов РФ

При этом глубина промерзания грунта под неотапливаемыми помещениями берется на 10% больше среднестатистической, под отапливаемыми — на 20-30% меньше. Под внутренние стены отапливаемых помещений глубину промерзания можно в расчет не принимать, при условии, что с момента начала строительства и до его заселения здания грунт промерзать не будет (то есть строительство осуществляется за один теплый сезон или приняты специальные меры против промерзания грунта).

Уровень грунтовых вод

Уровень грунтовых вод (УГВ) оказывает одно из решающих влияний на выбор конструкции фундамента и глубины его заложения. Обилие влаги многократно увеличивает морозное пучение, разрушительная сила которого огромна. При низком уровне грунтовых вод (1,5-2 м ниже уровня подошвы фундамента) глубина заложения фундамента выбирается в зависимости от состояния грунта. Главное, это не закладывать фундамент на насыпном грунте. Более высокий уровень грунтовых вод снижает несущую способность основания. Поэтому в такой ситуации глубину заложения фундамента соизмеряют с глубиной промерзания грунта, которая в разных регионах нашей страны может колебаться в значительных пределах (от 70 см до 220 см и более). Существенную роль играет уровень грунтовых вод при сооружении под верандой подвала.