Глубина промерзания для суглинков и глин, м = 1,5м
Глубина промерзания для супесей, песков мелких и пылеватых, м = 1,8м
Глубина промерзания для песков гравелистых, крупных и средней крупности, м = 1,9м
Глубина промерзания для крупнообломочных грунтов, м = 2,1м
Методика расчета глубины промерзания здесь
При проектировании фундамента застройщик сталкивается с решением двух задач:
- первая — выбор типа фундамента и определение его параметров (глубина заложения и размеры подошвы);
- вторая —подбор и расчет сечений конструктивных элементов фундамента.
Для решения первой задачи следует разбираться в особенностях различных типов грунта, в разнообразных климатических и гидрогеологических условиях, в устройстве разных видов фундамента. Вторая задача связана с определением напряжений в конструкции и с оценкой деформаций от этих напряжений.
Без изучения грунта-основания, на котором будет стоять будущий дом, никак не обойтись. Объективная оценка свойств грунта в различных сезонных условиях — основа для принятия правильного решения.
Для исследования грунта и для оценки гидрогеологических условий, в которых он находится, необходимо провести пробное бурение на глубину ниже границы промерзания на 0,5. 0,7 м. Хотя слово"исследование" для индивидуального застройщика звучит пугающе-серьезно, особых затруднений здесь никогда не возникает.
Основная цель такого исследования — оценка несущей способности грунта, степени его пучинистости и определение уровня грунтовых вод. Дополнительным источником информации для оценки состояния грунта может быть опыт возведения фундамента у соседей.
Если строительство начинается с устройства колодца или с бурения скважины, не пропустите этот интересный момент. Возьмите пробы грунта на глубине 1. 1,5. 2. 2,5 м и проанализируйте их.
Обращаем внимание застройщиков на то, что залегание пластов грунта даже на небольшой площадке может быть неравномерным. Плывун или насыпной грунт, выходы скального грунта или остатки старого фундамента могут иметь неравномерный аномальный характер. Если при рытье колодца на глубине 2,5 м попался плывун, то шурфы на исследование структуры грунта обязательно следует выполнить и на самой строительной площадке. Наличие прослойки плывуна сильно скажется на выборе фундамента.
Какие же существуют грунты?
Скалистые грунты — массивные горные породы с жесткими связями между частицами грунта, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. Такие грунты имеют значительную прочность на сжатие и не промерзают. Фундамент на них можно закладывать по поверхности. Небоскребы в Нью-Йорке стоят именно на таких грунтах.
Крупнообломочные (хрящеватые) грунты —состоят из валунов, обломков камней, крупных фракций щебня и гравия в объеме более 50%, не сцементированных между собой. Они практически не сжимаются и являются надежными основаниями. При наличии в крупнообломочном грунте более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато-глинистого заполнителя от общей массы сухого грунта в наименовании грунта учитывается только мелкая составляющая грунта, т. к. именно она будет определять несущую способность грунта. Подобный грунт будет пучинистым, если мелкая составляющая — глина или мелкий пылеватый песок.
Песчаные грунты — сыпучая смесь зерен кварца и других минералов (образовавшихся в результате выветривания горных пород), содержащая глины менее 3%. Песок по своему зерновому составу, по размеру фракций классифицируется на следующие виды:
- гравелистые пески — если преобладают частицы размером 0,25. 5 мм;
- крупный песок — если преобладают частицы размером 0,25. 2 мм;
- песок средней крупности — если преобладают частицы размером 0,1. 1 мм;
- мелкие пески — если преобладающие размеры частиц меньше 1. 0,1 мм
- пылеватые пески — если в основной массе частицы крупностью 0,05. 0,005 мм (табл. 1).
Чем крупнее фракции песка, тем большую нагрузку он может воспринимать.
Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают. Фундамент можно закладывать ленточный на глубину 0,4. 0,7 м или столбчато-ленточный.
Песок мелкий и пылеватый имеет невысокую прочность, хорошо задерживает влагу, основание из такого песка может испытывать просадку, продолжающуюся многие годы. При высоком уровне грунтовых вод фундамент закладывают на глубину промерзания.
Глинистые грунты состоят из очень мелких частиц— меньше 0,005 мм, имеющих обычно чешуйчатую форму. В отличие от песчаныхгрунтов, глины имеют большую поверхность частиц, вбирающих влагу.
Глинистые грунты способны сжиматься, размываться, а замерзая — вспучиваться, увеличиваясь в объеме.Степень пучения сильно зависит от влажности фунта, а, следовательно, от степени её пористости. Толщина слоя не уплотненной влажной глины при промерзании может увеличиваться на 10. 15%. Уплотненная глина — слабо пучинистая.
В зависимости от количества песка глинистые грунты делятся на глину, суглинок и супесь (табл. 2).
Таблица 2. Классификация грунтов по содержанию пылевато-глинистых частиц
Содержание пылевато-глинистых частиц по массе (%)
Пористый увлажненный грунт — пластичный, с низкой несущей способностью. Плотный же грунт, в объеме которого влаги мало, способен воспринимать достаточно большие нагрузки. Этот фактор может быть использован при оценке несущей способности основания под столбчатым фундаментом, под подошвой которого грунт сильно уплотняется.
Пластичность глинистых грунтов можно оценить при разработке грунта лопатой. Если при сбросе грунт рассыпается на мелкие куски, то он твердый; если липнет к лопате, то он мягко- или текучепластичной консистенции.
Пылевато-глинистые грунты способны испытывать деформации, продолжающиеся многие годы. В этом классе фунтов следует особо выделить наносные, осадочные, илистые, просадочные и набухающие.
Наносные и осадочные грунты образовались там, где в далеком прошлом были реки, озера или моря. Этот тип грунтов, кроме грунтов лёссовых (илистых), может быть использован в качестве основания.
Таблица 3. Оценка типа глин итого грунта
Растиранием на ладони
По способности скатываться в шнур
При растирании не чувствуются песчаные частицы
При раскатывании дает прочный длинный шнур диаметром менее 1 мм. Легко скатывается в шарики. При сдавливании в лепешку края не трескаются (рис. 7, а)
При растирании чувствуются песчаные частицы
Может скатываться в шнур диаметром более 1 мм.Скатывается в шарики, которые при сдавливании в лепешку трескаются по краям (рис 7, б)
Преобладают песчаные и пылеватые частицы
Трудно скатывается или не скатывается в шнур (рис.7, в).
Илистые грунты , возникшие как осадок микробиологических процессов и иных наслоений, весьма непредсказуемы, и их использование в качестве оснований под фундамент требует специального рассмотрения из-за невысокой прочности.
Просадочные грунты — под действием внешних нагрузок или собственного веса дают значительную осадку (просадку). Этим свойством обладают лёссы и лёссовидные грунты. Такие грунты содержат более 50% пылевидных частиц и незначительное количество глинистых и известковых частиц. В не обводненном состоянии имеют высокую пористость (до 40%) и прочность, обусловленную сильными структурными связями. При увлажнении структурные связи ослабевают, происходит значительная просадка с уменьшением пористости и изменением структуры грунта. На лёсс вообще нельзя ставить фундамент, т.к. при попадании влаги он размокает и превращается в жижу,полностью теряя прочность.
Набухающие грунты (пористая глина) впитывают в себя влагу и разбухают, а при замерзании еще более увеличиваются в объеме.При снижении влажности их объем уменьшается. Примерами подобных грунтов могут служить такыры — фрагменты поверхности пустыни, придающие ей изрезанную трещинами структуру. Основания, сложенные такими грунтами, рассчитывают по специальной методике, а сами фундаменты выполняются с определенными конструктивными особенностями.
Торфянистые грунты и пылеватые пески во влажном состоянии превращаются в плывун. Для создания основания под фундамент используют различные приемы. Например, грунт вынимают на глубину пористого слоя и закладывают дренирующие подушки из крупного песка, гравия высотой 0,5. 1 м, а на них уже опирают фундамент. Иногда применяют сваи, погружая их в твердый подстилающий слой грунта. Существуют и иные методы создания основания на подобных грунтах.
Насыпные грунты возникают в результате перемещения почвы или на месте бывших построек. Слежавшиеся в течение более 3-х лет грунты, особенно пески, перемешанные со щебнем, гравием и другими включениями (кроме древесных отходов и бытового мусора) могут служить основанием под фундамент без специальной подготовки. Грунты, насыпанные менее чем 3 года назад, следует пролить водой, уплотнить, утрамбовывая в них камень или щебень. Насыпные грунты имеют большую степень неоднородности. Наличие в грунте различных органических и неорганических материалов существенно усложняет использование насыпного грунта в качестве основания. Это следует учитывать и при подготовке основания и при выборе той или иной конструкции фундамента.
Вечномерзлые грунты занимают большие площади северных территорий России. Вечномерзлые грунты характеризуются наличием в порах воды, которая находится в замерзшем состоянии. Прогрев почвы вызывает его оттаивание, приводящее к разупрочнению и осадке, грунта. Фундамент на них сооружают, как на лёссовых и торфяных грунтах, например, в виде набивных свай,с защитой грунта от его прогрева и оттаивания. Подобные сваи, вмороженные в грунт, способны выдерживать большие нагрузки.
Засоленные грунты включают солевые фракции. При длительной фильтрации воды в результате выщелачивания солевые фракции уходят, уменьшая объем грунта и вызывая его просадку. Кроме того, возникшая химически агрессивная среда может оказать вредное влияние на подземные конструкции, сооружения, вызвать химическое разрушение бетонных конструкций.
Перекошенное крыльцо, веранда, плохо открывающиеся двери и окна в деревянных домах, а также трещины в стенах кирпичных домов — все это результат неправильного выбора фундамента.
Главная причина неустойчивости, деформации или разрушения фундамента — действие сил морозного пучения (неравномерного поднятия, “вздутия”) некоторых видов грунтов в период зимнего промерзания. Такое поведение грунтов тесно связано с глубиной промерзания грунта в районе строительства и с глубиной подземных грунтовых вод.
Следует иметь ввиду — сила вспучивания настолько велика, что в состоянии приподнять практически любое строение. По данным некоторых исследований эта сила достигает 10-15 т/м2. При площади фундамента всего в 10 м2 сила вспучивания составит 100-150 т. Укротить эти поистине фантастические силы невозможно, поэтому есть только один выход — грамотное исполнение фундамента.
Итак, прежде чем возводить фундамент, нужно знать:
— на каком грунте будет стоять дом;
— какова глубина промерзания в районе строительства;
— каков уровень грунтовых вод.
Виды грунтов
Ниже описаны несколько основных видов грунтов. Особое внимание уделено их поведению в зимнее время — свойству вспучиваться.
Скалистые
Скалистые грунты — наиболее надежные. Они прочны, не проседают, не размываются и не вспучиваются. Фундамент можно возводить непосредственно на поверхности такого грунта, без какого-либо вскрытия или заглубления.
Хрящеватые
Этот вид грунта содержит прожилины гравия, обломков камней. Не сжимается и не размывается. Рекомендуется закладка фундамента с заглублением не менее полуметра.
Песчаные
Песчаные грунты имеют свойство сильно уплотняться под нагрузкой — проседать. Эти грунты не задерживают воду и промерзают незначительно. Рекомендуется закладка фундамента на глубине от 40 до 70 см.
Суглинистые
Суглинки — это грунты, занимающие промежуточное положение между песчаными и глинистыми грунтами. Они содержат от 3 до 30% включений глины. При содержании глины от 10 до 30% грунт относят к суглинкам, а при более низком содержании грунт имеет название — супесь.
Глинистые
Глинистые грунты могут сжиматься, размываться и при замерзании вспучиваются. Это самый неприятный грунт для возведения фундамента, который в этом случае должен быть заложен на всю глубину промерзания.
Глубины промерзания грунта
Глубина промерзания грунта различна и зависит от географического места расположения.
Средняя глубина промерзания для районов следующих городов составляет:
— Волгоград, Великие Луки, Курск, Псков, Смоленск — 1,2 м;
— Санкт-Петербург, Москва, Воронеж, Новгород — 1,4 м;
— Кострома, Пенза, Саратов, Вологда -1,5 м.
Уровень грунтовых вод
Уровень подземных, грунтовых вод оказывает существенное влияние на поведение многих грунтов. Более хорошими условиями для будущего фундамента будут условия, при которых глубина промерзания меньше глубины грунтовых вод. И, наоборот, тяжелыми условиями считаются условия, когда глубина промерзания больше глубины грунтовых вод.
В последнем случае по мере усиления морозов будет увеличиваться и глубина промерзания грунта. Когда глубина промерзания достигнет уровня подземных грунтовых вод, начнется их превращение в лед, а вместе с этим и вспучивание, “вздутие” грунта.
Это неприятное явление омрачается еще и тем, что это вспучивание практически никогда не бывает равномерным и в разных местах фундамента подъем грунта будет неравномерным. Следствие этого — перекос фундамента, перераспределение нагрузок в нем и во всем строении, возможность появления трещин как в самом фундаменте, так и в стенах дома.
Если бы процесс шел равномерно, то проблеме вспучивания грунта не следовало бы уделять столько внимания — зимой дом равномерно приподнялся, а весной равномерно опустился. К сожалению, это не достижимо и по ряду других причин.
Поэтому, если уровень грунтовых вод высок и их захватывает глубина промерзания, то есть два выхода из такой ситуации:
— учесть этот фактор при выборе надежного варианта фундамента, не считаясь с увеличением сметы на строительство;
— провести работы, если это возможно, для гарантированного понижения уровня грунтовых вод (осушение, прокладка дренажных канав и т.д.).
Силы, действующие на фундаменты
Рассмотрим силы, действующие на фундамент в летнее и зимнее время года при наиболее неблагоприятных условиях возведения фундамента — на пучинистом грунте с высоким уровнем грунтовых вод, расположенным выше уровня промерзания грунта.
В летний период года на фундамент действуют всего две силы:
— нагрузка строения на фундамент А;
— сила сопротивления грунта Б.
По мере промерзания грунта в зимнее время схема сил, действующих на фундамент в зимнее время, резко меняется.
Сначала грунт промерзает у верхней части фундамента и его начинают сжимать с двух сторон силы, обозначенные индексом "Г".
По мере промерзания грунта воздействие этих сил увеличивается и их касательная составляющая стремится вытолкнуть фундамент из фундаментной ямы.
К моменту промерзания грунта на всю глубину уровня промерзания на фундамент начинают действовать силы "В".
Совместное действие сил В и Г неминуемо приводит к подъему фундамента на величину "а".
Как уже отмечалось выше, величина подъема фундамента "а" и возврат фундамента на место после оттаивания грунта не одинаковы для всех участков фундамента.
Это и есть причины деформации фундаментов, приводящие к неприятным последствиям, а последствия могут быть достаточно серьезными — вплоть до трещин в кирпичной кладке стен дома.
Такое устройство фундамента следует отнести к неправильным.
На следующем рисунке — схема сил для более заглубленного фундамента, подошва которого находится ниже уровня промерзания грунта. Это — наиболее грамотное решение.
При таком решении подошва фундамента не испытывает давления мерзлого грунта снизу, т.е воздействия сил В. А если нет сил вспучивания, то нет и зимнего подъема фундамента силами вспучивания на величину "а".
Естественно, что заглубление фундамента ведет к некоторому увеличению действия сил типа Г, но их воздействие на фундамент на порядок ниже, чем воздействие сил В.
Для нейтрализации действия этих сил или сведения их водействия к минимуму рекомендуется:
— изготавливать фундамент только из армированного бетона;
— основание фундамента делают уширенным, в виде опорной площадки (показано на рисунке);
— вертикальные стенки делают сужающимися к верхней части фундамента;
— боковые поверхности фундамента покрывают скользящим слоем (полиэтилен, отработанное машинное масло, прокладки из двух слоев рубероида, песчаные засыпки и т.д.).
Виды фундаментов
Фундаменты выполняют из бетона или из бетона в сочетании с кирпичной кладкой или кладкой из камня.
По способу опирания на грунт фундаменты подразделяют на ленточные, столбчатые (свайные) и плитные.
Ленточные
Ленточные фундаменты — это фундаменты, имеющие одинаковую форму поперечного сечения по всему периметру стен здания (в том числе под всеми его внутренними несущими стенами). Такие фундаменты возводят под тяжелыми зданиями. В пучинистых и глубоко промерзающих грунтах применяются редко.
Столбчатые
Столбчатые или свайные фундаменты — наиболее распространенный и дешевый вид фундаментов для зданий с легкими стенами. Возведение таких фундаментов обходится в 1,5-2 раза дешевле ленточных. Основной элемент таких фундаментов — столб (свая). Столб может быть деревянным, каменным, кирпичным, бетонным и железобетонным. Это может быть и асбестовая труба, использованная в качестве формы и заполненная бетонной смесью.
Плитные
Плитные фундаменты сооружают на тяжелых пучинистых и просадочных грунтах. Они имеют жесткую конструкцию — одну плиту, выполненную под всей плоскостью здания. Такие фундаменты хорошо выравнивают все вертикальные и горизонтальные перемещения грунта, они получили еще одно название — плавающие. Возведение плитных фундаментов практикуется в основном в малоэтажном строительстве при небольшой и простой форме плана здания. Плитные фундаменты достаточно дороги из-за большого объема бетона и расхода металла на арматуру.
Если Вы делаете фундамент
В последнее время в продаже появилась масса переводной литературы, перевод которой сделан автоматически — без технической редакции — привязки изложенных строительных рекомендаций к российским условиям.
В ряде таких красивых изданий утверждается, что для строительства дома или котеджа вполне достаточно установить фундамент на глубину заложения 50-100 см.
Не следует следовать таким рекомендациям — для большинства стран Западной Европы отрицательные температуры в пределах 12-15 градусов яляются исключительно редким событием.
В условиях такого мягкого, в сравнении с нашим, климата практически никогда не образуются глубины промерзания грунта, достигающие или превышающие уровней подземных грунтовых вод, а потому проблема зимнего вспучивания грунтов просто не стоит и никогда не стояла в большинстве странах Западной Европы.
В этих странах возможно возведение облегченных фундаментов зданий, что дает значительное снижение общей стоимости их строительства. Возведение же фундаментов с малой глубиной заложения для российских климатических зон средней полосы — грубейшая ошибка.
Если Вы строите дом сами или Вам строят дом и возводится фундамент на основе рекомендаций из таких источников, то неприятности гарантированы.
Пользуйтесь литературой российских авторов или литературой, прошедшей техническую редакцию.
Источник: Энциклопедия строительства и ремонта
