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.
Несущая способность винтовых свай
Все сваи можно разделить на две большие группы в зависимости от характера восприятия нагрузок:
- Узколопастные — диаметр лопасти превышает диаметра ствола меньше, чем в 1,5 раза.
- Широколопастные (лопастные) — диаметр лопасти превышает диаметр ствола в 1,5 раза или больше.
При использовании узколопастных изделий нагрузки воспринимаются за счет:
- точно рассчитанных ширины и шага лопасти, а также числа витков — чтобы полностью учитывать трение по боковой поверхности ствола;
- хорошей несущей способности почвы.
Такие конструкции являются эффективными в грунтах с высокой собственной несущей способностью — вечномерзлых иплотных сезоннопромерзающих . Однако сильное трение по боковой поверхности ствола требует выполнения расчетов на противодействие касательным силам морозного пучения.
В отличие от модификаций с узкими лопастями, широколопастные сваи хорошо справляются с проектными нагрузками даже при монтаже в почву с небольшой несущей способностью.
Исходные данные примера расчета ленточного фундамента
Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:
- вес снегового покрова (расчетное значение) — 240 кг/м2;
- давление ветра — 38 кг/м2;
основанием является грунт II категории по сейсмическим свойствам.
площадка строительства — 7 баллов.
Значение характеристик грунтов засыпки, уплотненных согласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения не менее 0,95 от их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по характеристикам тех же грунтов в природном залегании.
Нагрузки на столбчатые и ленточные фундаменты получены из программы ПК ЛИРА 10.4.
Ниже выдержки из некоторых таблиц исходных данных.
Производим расчет, по результатам расчета начальное просадочное давление во всех слоях просадочного грунта не превышает давления на основание, вводим характеристики грунта при полном водонасыщении в таб.2.1 и 2.3, кроме того под фундаментами выполняем песчаную подушку из песка средней крупности.
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 .
От чего зависит несущая способность грунта
Плотность почвы наряду с грузонесущей способностью определяет деформационную устойчивость грунта. Низкоплотные породы почвы имеют пористую структуру, в которой свободное пространство между фракциями заполнено воздухом либо водой. Если нагрузки на низкоплотный грунт превысят допустимую норму, произойдет уплотнение грунта — усадка, которая чревата разрушением и деформацией находящихся в почве фундаментов.
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
Искусственное снижение удельного сопротивления грунта
Общее сопротивление заземления зависит от сопротивления прилегающих к заземлителю слоев грунта. Поэтому можно добиться снижения сопротивления заземления понижением удельного сопротивления грунта лишь в небольшой области вокруг заземлителя. Искусственное снижение удельного сопротивления грунта достигается либо химическим путем при помощи электролитов, либо путем укладки заземлителей в котлованы с насыпным углем, коксом, глиной
Опыт показал, что максимальное уменьшение сопротивления заземления достигается при использовании электролитов, древесного угля и коксовой мелочи. Первый способ заключается в том, что вокруг заземлителей грунт пропитывается растворами хлористого натрия (обыкновенной поваренной соли), хлористого кальция, сернокислой меди (медного купороса) и т. д. Следует отметить, что указанным способом можно добиться сравнительно большого снижения величины сопротивления заземления,. однако на непродолжительный срок (2—4 года), после чего требуется вновь пропитывать грунт электролитом.
Практически можно рекомендовать следующие два способа искусственного снижения удельного сопротивления грунта: создание вокруг заземлителя зоны с пониженным удельным сопротивлением и обработка грунта солью.
Для создания вокруг заземлителя зоны с пониженным удельным сопротивлением в грунте делается выемка (котлован) радиусом 1,5—2,0 м и глубиной, равной длине забиваемого стержня. После заполнения выемки грунтом устанавливается заземлитель и грунт утрамбовывается. В качестве грунта-заполнителя может быть применен любой грунт, имеющий удельное сопротивление в 5—10 раз меньше, чем удельное сопротивление основного грунта.
Например, если заземление устраивается в песчаном или каменистом (гранит) грунте, то заполнителями могут быть, глина, торф, чернозем, суглинок, шлак и т. п. Таким способом достигается снижение сопротивления заземления в среднем в 2,5—3 раза.
https://kalk.pro/concrete-base/ground-resistance-of-the-base/
http://thegrounding.ru/udelnoe_soprotivlenie.shtml
https://lemzspb.ru/soprotivleniye-rastekaniyu-toka-gruntov/
Несущие свойства почвы
Несущие свойства являются одним из самых важных факторов, определяющих, способно ли основание выдерживать нагрузку, которую создает масса здания и передает фундамент. При расчете этого значения для грунтов учитывают показатель текучести и коэффициент пористости.
| Наименование | Показатель текучести, JL | Коэффициент пористости, е | Расчетное сопротивление R, кг/см2 |
| Глина тугопластичная | 0,25 < JL< 0,5 | 0,70 0,85 | 3,6 3,0 |
| Суглинок тугопластичный | 0,25 < JL< 0,5 | 0,70 0,85 | 2,3 1,6 |
| Супесь пластичная | 0 < JL< 0,25 | 0,60 0,70 | 2,0 1,7 |
| Глина мягкопластичная | 0,5 < JL< 0,75 | 0,70 0,85 1,00 | 2,4 1,9 1,5 |
| Суглинок мягкопластичный | 0,5 < JL< 0,75 | 0,70 0,85 1,00 | 1,5 1,8 0,9 |
| Супесь мягкопластичная | 0,5 < JL< 0,75 | 0,70 0,85 | 1,1 0,8 |
| Песок крупный | 0,50 0,60 | 2,0 1,5 | |
| Песок средней крупности | 0,50 0,60 | 1,8 1,4 | |
| Песок мелкий | 0,50 0,60 0,70 | 1,9 1,3 0,8 | |
| Песок пылеватый, маловлажный и влажный | 0,50 0,60 0,70 | 1,7 1,4 0,8 | |
| Песок пылеватый, насыщенный водой | 0,50 0,60 0,70 | 1,5 1,2 0,7 |
Из-за давления вышерасположенных слоев плотность почвы повышается по мере увеличения глубины залегания.
| Виды | Несущая способность в кгс/см2 при глубине | |
| 1 – 1,5 м | 2 – 2,5 м | |
| Супеси | 1,0 – 2,0 | 2,0 – 3,0 |
| Суглинки | 0,9 – 2,5 | 1,0 – 3,0 |
| Глины твердые | 2,0 – 4,0 | 2,5 – 6,0 |
| Глины пластичные | 0,8 – 2,5 | 1,0 – 3,0 |
| Пески гравелистые и крупные | 2,6 – 3,9 | 5,0 – 6,0 |
| Пески средней крупности | 1,9 – 3,0 | 4,0 – 5,0 |
| Пески мелкие маловлажные | 1,5 – 2,5 | 3,0 – 4,0 |
| Пески мелки и очень влажные | 1,0 – 2,0 | 2,0 – 3,0 |
| Щебенистые и галечниковые с песчаным заполнением пор | 2,0 – 3,5 | 4,0 – 4,5 |
| Дресвяные и гравийные грунты, образовавшиеся из горных кристаллических пород | 3,7 – 4,4 | 5,0 |
| Дресвяные и гравийные грунты, образовавшиеся из осадочных горных пород | 2,0 – 2,5 | 3,5 – 4,0 |
Кроме того, на несущую способность грунтов могут влиять климатические условия в данной местности.
Геологические изыскания
Специалисты определяют предел несущей способности, опираясь на следующие данные:
- состав грунта;
- толщина и глубина залегания слоев;
- физические характеристики слоя на стыке подошвы основания с почвой;
- расположение водоносных слоев;
- точка промерзания;
- тип и плотность.
Каждый из перечисленных параметров является важным, поскольку влияет на физические показатели почвы. Например, повышение влажности в паводок или после ливней снижает степень сопротивления грунта, как и пористость, которая зависит от количества каверн между твердыми частицами.
Типы грунтов
Согласно правилам, фундамент не возводят на стыке различных по составу почвенных слоев. Чтобы этого не произошло, нужно проверить глубину каждого слоя и соотнести ее с размерами основания.
Определить состав почвы и другие параметры можно с помощью ям. Их нужно вырыть в углах и в середине будущего основания глубиной от 2.5 м и шириной, достаточной, чтобы изучить слои земли и их расположение. Вместо ям можно пробурить скважины. Образцы следует отправить в лабораторию для изучения состава каждого слоя.
Работы должны проводиться в период повышенной влажности. Чтобы выявить, на какой глубине проходят водоносные слои, ямы нужно прикрыть и оставить на несколько дней. По количеству воды, которая за это время в них скопится, определяется уровень подземных вод.
Результат георазведки
Плотность — еще один важный показатель, но ее можно определить «на глазок». Считается, что все слои ниже 1 м залегания относятся к плотным. Несущую способность по плотности условно определяют по показателю 2 кг/см2.
Чтобы проверить почву на связность, нужно сделать косой срез слоя на уровне подошвы основания. Если он перестал осыпаться, образовав угол не более 45 градусов, то грунт устойчив, а если показатель выше, значит он плывучий.
Расчет несущей способности грунта
Определение несущей способности грунта – это достаточно трудоемкий процесс, который можно выполнить подручными средствами (вручную/онлайн) или же воспользоваться услугами геолого-геодезических агенств. Если вы хотите сэкономить и выполнить расчет самостоятельно – KALK.PRO поможет вам в этом нелегком деле!
Мы предлагаем вам воспользоваться нашим удобным онлайн-калькулятором расчета сопротивления грунта на сжатие/сдвиг. По окончанию вычисления вы получите значение расчетного сопротивления в четырех разных единицах измерения (кПа, kH/m2, тс/м2, кгс/см2). Для того чтобы получить результат расчета, вам необходимо заполнить несколько полей:
- Тип расчета. На основании лабораторных испытаний или при неизвестных характеристиках грунта.
- Характеристики грунта. Тип, коэффициент пористости и показатель текучести, а также осредненное расчетное значение удельного веса грунтов.
- Параметры фундамента. Ширина основания и глубина заложения.
Последние две характеристики грунта определяются только для глинистых грунтов.
Калькулятор расчетного сопротивления грунта основания
Для начала нам необходимо выбрать тип расчета. Первый вариант подразумевает, что вы получите отдадите образец грунта в специализированную лабораторию на исследование. Данный способ занимает большое количество времени и средств. Поэтому если у вас не сложный участок и вы уверены, что сможете сделать все своими силами, мы предлагаем воспользоваться вторым вариантом и выполнить расчет на основании табличных данных.
Классификация грунтов
Следующий этап работ связан с определением типа грунта. Согласно СНиП 11-15—74, все виды грунтов делятся на две основные группы:
- скальные;
- нескальные.
|
|
Первые, представлены горными породами, метаморфического или гранитного происхождения. Встречаются в горных областях и в местах выхода основания тектонической платформы на поверхность (щиты). В нашей стране это территория Карелии и Мурманской области. Горные системы Урала, Кавказа, Алтая, Камчатки, плоскогорья Сибири и Дальнего Востока.
Сопротивление скальных грунтов настолько высоко, что вы можете не производить никаких предварительных расчетов. |
|
|
Нескальные грунты встречаются повсеместно на равнинах. Они подразделяются на несколько видов, а те в свою очередь на фракции:
|
Как определить тип грунта самостоятельно?
Существует простой дедовский способ определения типа грунта, которым пользовались ваши родители и родители ваших родителей – он заключается в выявлении физико-механических свойств породы.
Для этого необходимо провести отбор проб почвы в крайних точках и в середине участка. Выкопайте ямы на глубину, предполагаемого уровня заложения фундамента и возьмите образецы грунта с каждой контрольной точки.
Подготовьте рабочую поверхность, для того чтобы провести научный эксперимент.
- Намочите почву до состояния, когда из нее можно будет сформировать шар.
- Попробуйте раскатать шар в продолговатое тело (шнур).
- Если у вас не получилось этого сделать, то перед вами песчаная почва.
- Если немного схватывается, но все равно разрушается – это супесь.
- Если шнур удается свернуть в кольцо, но наблюдаются разрывы/трещины – это суглинок.
- Если кольцо замкнулось, а тело осталось невредимым – это глина.
Для наглядности можно посмотреть иллюстрацию ниже:
Если вам не удалось ничего сделать из образца грунта, то для вас расчет несущей способности песчаного грунта закончился. Выберите соответствующий пункт в калькуляторе и нажмите «Рассчитать«.
Численное определение расчетного сопротивления грунта в midas GTS NX
Для численного расчета была реализована плоская задача. На рисунке 3 представлены стадии расчета в трехмерной постановке для наглядной визуализации (данную задачу нет смысла решать в трехмерной постановке): первая стадия — начальная, вторая стадия — откопка котлована, третья стадия — это активация ленточного фундамента с нагрузкой по обрезу и обратная засыпка пазух котлована, см. рисунок 4. При решении данной задачи использовалась модель грунта Мора-Кулона.
Рисунок 4. Стадийность в midas GTS NX
Расчетное сопротивление численным методом можно получить двумя способами:
- измерить величину пластических зон под подошвой фундамента. Расчетное сопротивление — это такая нагрузка по подошве фундамента, при которой пластические зоны под подошвой фундамента распространяется на глубину, равную величине четверти ширины подошвы фундамента;
- построить график давления от осадки для точки, расположенной по центру подошвы фундамента, и давление, при котором график начнет изменяться нелинейно, это и есть величина расчетного сопротивления.
Для того чтобы определить расчетное сопротивление, на обрез фундамента была приложена нагрузка в 190 кПа, и в настройках последней стадии данная нагрузка была разделена на 20 шагов нагружения. Для того чтобы в выводе результатов присутствовал каждый шаг нагружения, в настройках нужно выставить пункт «Every Increment» (см. рисунок 5). Параметры решателя для конкретной стадии приоритетнее настроек, заданных в расчетном случае. Поэтому необходимо изменить и другие параметры решателя для стадии с пригрузом, чтобы задача была рассчитана корректно: «Convergence Criteria», «Advanced Nonlinear Setting».
Рисунок 5. Разделение нагрузки на инкременты
Для каждой подстадии была измерена зона пластических деформаций под подошвой фундамента. За величину расчетного сопротивления было принято давление на последней стадии, на которой пластическая зона не превышает b/4 (0.5 м). На 12-ой подстадии размер пластических зон под подошвой фундамента составил 0.5 м (см. рисунок 6), это соответствует нагрузке 114 кПа (190*12/20=114 кПа), а на следующей ступени для нагрузки 123 кПа (190*13/20=123 кПа) размер пластических зон равен 0.75 м (см. рисунок 7). Это означает, что расчетное сопротивление по численному методу составляет 114 кПа, так как на 13-й ступени условие по пластическим деформациям уже не выполняется.
Рисунок 6. Пластические зоны (красные кружки) при нагрузке 114кПа
Рисунок 7. Пластические зоны (красные кружки) при нагрузке 123 кПа
Рисунок 8. Пластические зоны (красные кружки) при нагрузке 190 кПа
Далее значение расчетного сопротивления необходимо проверить графическим способом. Чтобы построить график, нужно извлечь результаты для точки по центру подошвы фундамента с помощью команды «Extract», см. рисунок 9. И далее эти данные необходимо скопировать в Excel и построить график нагрузки от перемещения.
Для визуальной оценки отклонений была построена линия тренда по первым точкам графика, и, если увеличить данный график, то видно, что после 114 кПа график имеет значительные отклонения от линии тренда, то есть график начинает изменяться нелинейно, и при каждой следующей итерации эти отклонения все больше и больше, см. рисунок 10. Данный график был продлен до уровня вертикального напряжения в 400 кПа для наглядности.
Рисунок 9. Извлечение результатов расчета
Рисунок 10. График вертикального давления по подошве фундамента от осадки P(S)
Типы грунтов
Структура почв существенно зависит от геологической истории данной местности. По общепринятой теории, затвердевание Земли привело к образованию монолитного слоя литосферы, который впоследствии разрушался под действием атмосферы (ветра, дождя, солнца, колебаний температуры) – вплоть до образования из горного монолита мельчайших частиц.
Этапы такого разрушения целостных пород и отразились в разных свойствах конкретного участка земной поверхности.
Грунты подразделяют на:
- Скальные – массив горных пород с высокой плотностью. Монолитен и несжимаем.
- Крупнообломочные – смесь крупных камней и частиц, с включением мелких. Обладает высокой пористостью и малой сжимаемостью.
- Песчаные – состоят из мелких твердых частиц, практически не связанных между собой. Отличаются высокой сыпучестью и плотностью в объеме.
- Глинистые – состоят из самых мелких (мелкодисперсных) частиц (менее 0,1 мм в сечении), сильно связанных между собой за счет сил поверхностного натяжения присутствующей в их толще воды. Характеризуются высокой сжимаемостью и пластичностью.
Исследование грунта
Исследования состояния грунта важный этап в подготовки к монтажу фундамента. Так, лучше всего обратиться к помощи специализированных компании, оказывающих данные услуги на профессиональной основе. Однако, первичные работы можно провести и самостоятельно — воспользовавшись ориентировочным методом исследования и анализа грунта. Рассмотрим поэтапно:
Для извлечение проб грунта необходим бур
Важно помнить, что от этажности будущего здания зависит глубина на которую нужно проделать лунку.
Так, для одноэтажного дома — это 2-3 метра, для двухэтажного дома — 3-4 метров. Однако, если планируется укладка глубокого фундамента для подвала или цокольного этажа, то бурение самостоятельно выполнить не получиться, так как в этом случае глубина будет соответствующая.
Возникает другой вопрос: достаточно ли одного шурфа? Однозначно нет и это объясняется просто
Фундамент будет залегать на достаточной глубине и в разное время года на него будет воздействовать мороз или влага, что в свою очередь может привести к образованию трещин, сколов, дыр как на самом фундаменте, так и на стенах сооружения.
Как бы не было зафиксировано в СниПах о том, что для небольших одноэтажных достаточно 1-2 шурфов, лучше всего заложить 4-5 для надежности.