Как рассчитать сопротивление грунта под фундамент

Несущей способностью называют качество почвенного слоя, позволяющее в той или иной степени противостоять нагрузкам извне. Расчетное сопротивление грунта определяют средним давлением на границе подошвы фундамента и земли, в результате которого не возникают сдвиги и просадки строения. Способность выдерживать нагрузку бывает расчетная, фактическая и допустимая.

Что такое несущая способность грунта

Предел несущей способности должен быть больше действующей нагрузки на основание. Условный расчет делают на выбранную единицу площади так, чтобы не происходили деформации в почве и здании. Геологические изыскания проводят для определения вида грунта путем взятия проб из скважин на месте строительства.

Несущая характеристика зависит от обстоятельств и факторов:

• типа почвы;
• толщины слоя, глубины его залегания и напластования различных видов;
• свойств нижнего пласта под исследуемым грунтом;
• отметки стояния почвенной жидкости;
• глубины, на которую промерзает земля;
• плотности основания.

Грунтовая влага меняет свойства почвы, поэтому одну породу характеризуют по-разному в зависимости от насыщения жидкостью. Почва легко впитывает жидкость, и любые слои, контактирующие с водой, считаются напитанными влагой. Увеличивается показатель текучести и уменьшается значение сопротивления, исключение составляют крупнообломочные породы, крупные и средние пески.

Коэффициент плотности говорит о пористости грунта. Земля включает твердые элементы, между ними есть воздушные каверны, которые заполняются водой или воздухом при разных обстоятельствах. Наиболее прочными являются плотные почвенные слои с малым числом пустот.

Перед составлением проекта исследуют толщу земли ниже подошвы опоры строения. Плотность увеличивается с углублением, т.к. вверху располагаются рыхлые слои, а нижележащие породы старше, надежнее и компактнее.

Строительные правила (СП) закладки фундамента с учетом сопротивления:

• не проектируют опоры на рубеже двух разных почвенных слоев или вблизи от них;
• идеальной считают горизонтально расположенную полосу одной породы;
• грунт не сможет нести большую нагрузку вблизи отметки грунтовой жидкости, на крутых склонах;
• на местности с малыми показателями прочности проводят дополнительное увеличение несущей способности.

Характеристики повышают уплотнением и введением химических ингредиентов. Первый метод предусматривает вбивание небольших свай для повышения точности и уменьшения количества пустот. Второй способ предусматривает введение искусственных добавок для усиления связности между отдельными почвенными элементами.

Определение параметра перед возведением фундамента

Строительные геодезисты исследуют грунт для определения характеристик земли, проектанты и конструкторы находят расчетное сопротивление грунта основания на базе полученных сведений. Образцы пород берут на срезе скважин, у нижнего конца сваи. В сложных случаях выполняют чертежи геологических разделов в области стройплощадки. Способ резания и выемки грунта определяют на основании поперечного плана.

Для нахождения несущей способности (R) применяют формулу: R = P · (1 + K · (B -100) / 100) · (H + 200) / 2 · 200 – для глубины меньше двух метров, и выражение R = P · (1 + K · (B -100) / 100) + K₂ · Y · (H – 200) – при погружении конструкций более двух метров, где:

• P — сопротивление сжатию по центральной оси, находят в таблице, значение зависит от вида почвы;
• K — коэффициент из таблиц, поправка на тип породы, 0,125 — для стабильных разновидностей (пески и крупнообломочные), 0,5 — для суглинков, супесей и глиноземов;
• K₂— используется при расчётах в стабильных слоях;
• Y — коэффициент, нужен, чтобы найти осредненное расчетное значение удельного веса грунтов от поверхности до низа фундамента;
• B — ширина подошвы опорного элемента;
• H — размер заглубления.

Находят фактическую способность к сопротивлению в кг/см² и сравнивают значение с требуемой величиной. Если второй показатель получается больше, меняют строение фундамента или его параметры, например, площадь подошвы или высоту заложения.

Отметку промерзания принимают по справочным таблицам для каждого региона строительства в отдельности. Подразделение по категориям приводится в ГОСТ 25.100-2011 «Грунты. Классификация». Глубину закладки опор устанавливают на уровне стабильного пласта, ниже точки замерзания.

Тип почвы можно выяснить самостоятельно. Основные грунты:

• глинистые;
• крупнообломочные;
• песчаные;
• скальные.

Подробное нахождение расчетного сопротивления описывается в СП 22.133.30-2016 «Основания зданий и сооружений». В этом документе есть требуемые коэффициенты для проведения расчета.

Как определить тип грунта самостоятельно

На территории России преобладают глины и пески, в болотистых регионах есть торфяные грунты с большим показателем просадки, а в горах строительство ведут на скальных породах. Первоначально бурят скважину во время наибольшей влажности, например, весной или в период дождей. Применяют винтовой бур для максимального сохранения структуры.

Для дома делают стволы по плану конверта — 4 открывают по углам и один ставят в центре. Для сложного строения выбирают точное расположение под несущими элементами и в центре каждого крыла дома. Заглубляют инструмент на 0,6 м ниже горизонта промерзания. По ходу бурения берут пробы из каждого встречающегося пласта.

Определяют влажность земли на глаз. Пробуренную скважину закрывают пленкой и ждут 5 – 7 суток. Если во всех выработках нет воды, уровень почвенной влаги находится ниже – можно строить здание без предварительного отвода жидкости.

Если на дне появляется вода, уровень почвенной жидкости почти рядом, слой относят к водонасыщенным категориям. Пластичность и влажность глинистой породы определяют по вхождению лопаты. Если лезвие легко втыкается и глина прилипает к поверхности, грунт считают влажным и пластичным. Если лопата не пробивает почву, глину относят к сухим видам.

Плотность не является постоянным показателем. Глубокие слои всегда более плотные, чем образцы, полученные извлечением из скважины. При расчете пласты, которые находятся ниже отметки 1,0 м, принимают за плотные слои. Геологические изыскания не всегда имеют место в условиях частного строительства, поэтому несущую способность для упрощенных вычислений принимают на уровне 2 кг/см².

Связность грунта проверяют в шурфе высотой на глубину фундаментной подошвы во время отстаивания выработок для проверки влаги. Срезают наклонно почву и смотрят, когда прекратится осыпание стенок. Угол меньше 45° говорит об устойчивой категории, а больше — о плывучести грунта.

Показатель текучести породы особенно важен для глин и суглинков, т.к. они часто проседают под действием воды.

Несущие способности глинистых и песчаных грунтов по СНиП

На ощупь легко отличить глину и песок. В чистом песке отчетливо видны песчинки, они же прощупываются при растирании. В песках крупной фракции частицы достигают размера 0,25 – 5 мм, средней — 2 мм. В супеси присутствует до 10% глины, сухая порода крошится, а скатанный шарик рассыпается в пыль. Суглинок включает 10 – 30% глины и является пластичным по сравнению с супесью. Наиболее пластичной выступает глина, при этом скатанный шарик при надавливании становится лепешкой без трещин по краям.

В СНиП приводится такая нормативная несущая способность почвенных слоев в кг/см²:

• гравелистый песок крупной фракции — плотный 6, среднеплотный 5;
• средняя фракция песка по крупности — 5 и 4, соответственно;
• мелкий сухой песок — 4 и 3;
• мелкий влажный песок — 3 и 2;
• сухая супесь — 3 и 2,5;
• влажные и пластичные супеси — 2,5 и 2;
• сухие суглинки — 3 и 2;
• влажные суглинки — 3 и 1;
• сухая глина — 6 и 2,5;
• пластичные глины — 4 и 1.

Скалистые породы являются камнем, который сопротивляется влаге и замерзанию. Такие грунты могут служить фундаментом для частных строений, если они возводятся в соответствующей области. Пески промерзают на меньшую глубину, чем влагонасыщенные слои, т.к. не накапливают влагу, а проводят ее. Они отлично уплотняются методом трамбовки и предотвращают намокание опор.

Глины разжижаются во влажной среде и промерзают на значительную глубину, поэтому вспучиваются и выталкивают фундамент вверх. Супеси ведут себя при намокании и промерзании в зависимости от процентного содержания песчаных или глиняных вкраплений.

Торфяные породы не подходят для строительства зданий, т.к. содержат много жидкости, уровень почвенной влаги стоит высоко. Для них применяют только сваи глубокого заложения.