как узнать несущую способность грунта
Как определить несущую способность грунта под фундамент
Степень восприимчивости почвы к нагрузкам называют несущей способностью грунта. Показатель характеризует максимальное усредненное давление между подошвой фундамента и земли, при котором не происходят сдвиги, оползни и провалы в окружающем слое. На величину значения влияет вид почвы, ее физические и механические характеристики.
Что такое несущая способность грунта и на что она влияет
От несущей способности грунта зависит выбор типа фундамента
Понятие рассматривают как давление, воспринимаемое единицей площади основания, при котором оно не деформируется и не приводит к разрушению строения. Геологи исследуют грунт, чтобы определить его свойства и рассчитать несущие характеристики.
Восприимчивость почвы к давлению зависит от условий:
Показатели несущей способности влажного и сухого грунта отличаются, т.к. при насыщении влагой повышается текучесть и снижается сопротивление нагрузкам. Если слой контактирует с жидкостью, он относится к категории насыщенных. Исключение составляют песчаные крупно и среднезернистые почвы, которых не касается деформация так как они пропускают влагу, а не скапливают ее.
Изыскания проводят для определения, подходит слой для установки фундамента или нужно усилить его для повышения несущей способности. Не проектируют опорные элементы на глубине, где граничат разные пласты. Подошву фундамента закладывают ниже отметки стояния почвенной влаги, т. к. насыщенные породы вспучиваются при замерзании.
Чувствительность грунта к нагрузкам снижают путем искусственного уплотнения или введения химических модификаторов. В первом случае вбивают сваи, чтобы уменьшить объем пустот в почве. Химические реагенты способствуют адгезии (сцеплению) отдельных частиц почвы.
Определение плотности почвы и уровня грунтовых вод
Плотность определяют в зависимости от пористости основания. В почве есть твердые части, между ними находятся полости, наполненные водой или воздухом в зависимости от условий. Если превысить максимально допустимую нагрузку, сдвиги приведут к разрушению дома. Плотные грунты с малым числом или одиночными кавернами относят к наиболее прочным основаниям.
Плотность находят отношением веса почвенного образца при стандартной влажности к объему, который он занимает. Расчет делают по формуле p = B / V, где:
Породы, которые залегают неглубоко от поверхности, считаются неплотными, с понижением отметки грунты становятся толще, надежнее и прочнее, т. к. на их давят вышележащие пласты. В России наблюдают пески и глины, есть торфяники, болотистые местности и регионы со скальными породами.
Грунтовые жидкости находят в слабых и рыхлых породах или трещинах плотных пластов. Почвенная влага обычно поднимается постепенно и не имеет напора.
Уровень стояния зависит от факторов:
Влага внутри слоев может быть агрессивной, содержать кислоты, щелочи, сульфаты, углекислоту — такие добавки разрушают бетон и металл фундаментов. Определяют уровень жидкости путем бурения в полевых условиях шурфов, которые отрывают на несколько метров, чтобы они были ниже предполагаемой отметки опоры. Скважину накрывают и оставляют на 5 – 7 суток. Если в ней не обнаружена вода, почва не содержит влаги. В другом случае для выполнения строительных работ по правилам нужен дренаж (система отвода воды).
Как определить несущую способность грунта под фундамент самостоятельно
Несущая способность является основой при проведении подсчета в процессе проектирования. Классифицируют грунты в рамках сведений документа ГОСТ 25.100-2011 «Грунты. Классификация». Нормы сопротивления давлению находятся в таблицах нагрузки на грунт материалов СП 22.133.30-2016 «Основание зданий и сооружений». Здесь же приводятся стандартные модули расчёта, формулы, коэффициенты.
Тип грунта можно определить своими руками. Берут грунт из скважины на глубине погружения опоры, смачивают водой и скатывают жгут, затем его соединяют в кольцо. Элемент без трещин, легко соединяется — почва связная, чаще это глины. При сгибании появляются трещины, значит, в руках смесь глины и песка, последнего содержится 10 – 30%. Жгут трудно скатать, а соединить кольцом невозможно — песчаная почва.
Далее используют таблицы СНиП несущей способности грунта, где по типу почвы можно найти требуемое значение.
Риски ошибок в исследовании несущей способности грунта
Появляется опасность сдвига почвы в результате неточного расчёта глубины заложения и габаритов фундамента. Здание весит тонны, на грунт оказывается сильное давление, поэтому к расчетам привлекают строительных инженеров и техников, чтобы в будущем исключить проблемы с деформацией.
Неправильное нахождение несущей способности почвы влечет неприятности в виде:
В расчете применяют много коэффициентов, которые нужно точно определить в таблице, иначе фундамент будет запроектирован с ошибками, которые легко править на бумаге, но трудно устранить после возведения стен и кровли. Шатается коробка дома, прогибаются полы в результате чрезмерных усадок после неправильно установленных свай. В здании идут трещины по углам, перекашиваются оконные и дверные коробки в проемах, если сдвинется ленточный фундамент.
Несущая способность грунта
Несущая способность грунтов, что это, как её определить, таблица несущей способности. Как избежать ошибок при вычислении несущей способности грунта в Москве. Всё это и многое другое на странице.
Дмитрий, 29 лет, Москва. «Уважаемые специалисты, буду очень благодарен за ваш совет по вопросу несущей способности грунта. Я приобрел небольшой участок в Орехово-Зуевской, планирую построить там двухэтажную дачу из сруба на свайном фундаменте. Все работы находятся сейчас в стадии проектирования, поскольку я застопорился на определении несущей способности грунта. Подскажите пожалуйста, как правильно определить и рассчитать данную характеристику. Насколько я знаю, тут необходимо сделать все предельно точно, поскольку неправильный расчет крайне негативно скажется на характеристиках будущего фундамента. С уважением.»
Ответ на этот вопрос будет интересен широкому кругу читателей, и имеет смысл подготовить детальную информацию, объясняющую все нюансы определения несущей способности грунта.
Из данной статьи вы узнаете, какие факторы влияют на несущие характеристики почвы, как определить тип грунта и рассчитать свойственную ему несущую способность согласно требованиям действующих строительных норм и правил.
Что влияет на несущую способность грунта
Рис. 1.1: Схема работы сваи в плотном слое почвы
На величину несущей способности почвы оказывают влияние три основных фактора:
На практике наибольшая взаимосвязь наблюдается между несущими характеристиками и влажностью грунта, которая непосредственно связана с уровнем грунтовых вод. Конкретный грунт, в сухом состоянии и при пропитке влагой, может изменять свои несущие свойства в двукратных пределах.
Совет эксперта! Данная взаимосвязь не свойственна песчаным грунтам крупных и средних фракций, на них увлажнение не оказывает никакого влияния.
Рис. 1.2: Внешний вид разных видов грунта
Чем больше изначальная плотность почвы, тем лучшими несущими характеристиками она обладает. Плотные грунты не подвергаются усадкам, при правильном проектировании фундамента они способны выдерживать даже тяжелые многоэтажные здания.
Совет эксперта! Плотность любого грунта растет по мере увеличения глубины его залегания (из-за давления вышерасположенных слоев почвы), строить свайные фундаменты можно даже на территориях с проблемным грунтом с низкими несущими характеристиками, при условии, что подошва сваи будет опираться на глубинный слой почвы, обладающий достаточной плотностью.
Важно! Любые работы с фундаментом должны начинаться с испытания грунтов, подробнее: Испытания грунтов
Как определить тип грунта
Все грунты делятся на две основные группы:
Рис. 1.3: Пробные заборы грунта из разных шурфов (пробных скважин)
В свою очередь нескальная почва делится на следующие типы грунтов:
Совет эксперта! Определение типа грунта на строительном участке должно выполняться в результате геодезических исследований, в процессе которых берется забор проб почвы, характеристики которой анализируются в строительной лаборатории с помощью специального оборудования.
Рис. 1.4: Схема распространения разных видов грунтов на территории России
При отсутствии возможности провести геодезию грунтов можно попытаться сделать это самостоятельно, однако за расчеты фундамента на основе данных о грунте, полученных кустарным способом, не возьмется ни одна серьезная проектировочная организация.
Для этого вам потребуется на строительном участке с помощью обычного садового бура сделать скважину глубиной в два метра. По внешнему виду породы, извлекаемой на поверхность в процессе бурения, определите тип грунта:
Важно! Информация о глубине промерзании почвы в Вашем регионе и о том, как её определить: Глубина промерзания почвы
Определяем плотность почвы и уровень грунтовых вод
Рис. 1.5: Скопление грунтовых вод в пробной скважине
Метод режущего кольца заключается в заборе образца почвы с помощью кольца-пробоотборника, который в дальнейшем подлежит опрессовке, взвешиванию и расчету по нормативным формулам.
Рис. 1.6: Реализация метода парафинирования почвы
При парафинировании из грунта вырезается образец объемом 0,5 м3, который покрывается слоем парафина. Масса образца определяется с помощью опускания его в резервуар с водой и определения объема вытесненной жидкости. Дальнейшие расчеты проводятся по типичным формулам.
Несущая способность грунта таблица
Предлагаем вашему вниманию таблицу, в которой приведены несущие характеристики основных видов грунтов:
Рис. 1.7: Несущая способность грунта в Кгс/см2
Рис. 1.8: Несущая способность грунта в Н/см2
Риски ошибок в исследования несущей способности грунта
Совет эксперта! Правильно рассчитать и спроектировать свайный фундамент можно только с учетом несущих характеристик почвы, определить которые самостоятельно, пренебрегая геодезическими исследованиями, невозможно.
Проектирование свайного фундамента на основе несоответствующих реальности показателей несущей способности почвы чревато следующими последствиями:
Рис. 1.9: Возможный результат неправильно определения несущей способности грунта
Наши услуги
Основные акценты в деятельности компании «Богатырь» стоят на качестве, оперативности и приемлемой ценовой политике. Мы никогда не затягиваем реализацию проекта и сдаем все работы точно в срок. При этом мы предлагаем своим клиентам цены на услуги, с которыми не способна конкурировать ни одна московская строительная компания. Для заказа забивки свай, лидерного бурения или погружения шпунтов, оставьте заявочку.
Как определяется несущая способность грунтов?
Несущая способность грунтов — это одна из его основных характеристик, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта и измеряется в кг/см2 или т/м2.
Зачем нужна несущая способность грунтов?
По несущей способности грунта определяют, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента. Сама несущая способность грунта зависит от трех факторов: тип грунта, степень его уплотненности и насыщенность грунта влагой. Увеличение влажности грунта снижает его несущую способность в несколько раз. Только крупные пески и пески средней крупности не меняют своих свойств при увеличении влажности. Избыточная влажность грунта, скорее всего, связана с высоким уровнем грунтовых вод.
Чтобы узнать несущую способность грунта не обязательно обращаться за помощью к геологам, в случае самостоятельного строительства дома можно определить тип грунта на глаз. Для этого простым земляным буром можно пробурить в земле скважину глубиной 2 м или выкопать яму лопатой. При этом сразу будет понятно, какой грунт находится на этой глубине и насколько он увлажнен. Далее по типу и увлажненности грунта определить его несущую способность.
Основные виды грунтов
Как определить вид грунта?
6/10*100% =60% — содержание песка в %;
1/10*100%=10% — содержание ила (пыли) в %;
3/10*100%=30% — содержание глины в %.
Расчетное сопротивление грунта на разной глубине
Если глубина заложения фундамента меньше чем 1,5 м. то расчетное сопротивление грунта (Rh) определяется по формуле:
Rh = 0,005R0(100 +h/3), где
h — глубина заложения фундамента в см.
Пример 1
Глинистый грунт на глубине 0,5 м при R0=4 кг/см2 будет иметь расчетное сопротивление грунта Rh = 2,33 кг/см2.
Если глубина заложения фундамента больше чем 2 м. то расчетное сопротивление грунта (Rh) определяется по формуле:
Rh = R0 + kg(h — 200), где
h — глубина заложения фундамента в см,
g — вес столба грунта, расположенного выше глубины заложения фундамента (кг/см2);
к — коэффициент грунта (для песка — 0,25; для супеси и суглинка — 0,20; для глины — 0,15).
Пример 2
Глинистый грунт на глубине 3 м при R0=4 кг/см2 будет иметь расчетное сопротивление Rh = 10,3 кг/см2. Удельный вес глины — 1,4 кг/см2, а вес столба глины высотой 300 см — 0,42 кг/см2.
Несущая способность грунта и способы ее увеличения
Строительство — это сложный процесс, требующий большой точности при расчетах несущей способности конструкции.
Масса крыши передает нагрузку на стены, потом на фундамент и в конечном итоге масса всего строения воздействует на основание — толщу породы, на которую опирается фундамент.
Перед началом строительства необходимо проверить надежность грунтов.
Несущая способность грунта — это нагрузка, действующая на единицу его объема и не приводящая к деформации основания.
От чего зависит несущая способность?
Для определения несущей способности грунта специалисты проводят геологические изыскания. На территории строительной площадки бурят несколько скважин, берут из них пробу через равные расстояния, проводят лабораторные исследования и оформляют отчет.
На несущую способность влияет несколько факторов:
При строительстве самый важный показатель — УГВ, от него зависит влажность грунтов.
В сухом и насыщенном влагой состоянии одни и те же породы имеют разные характеристики, отличающиеся в несколько раз.
Любые грунты, соприкасающиеся с водой, считаются насыщенными влагой.
Это увеличивает их текучесть и снижает несущую способность.
Исключением являются средние и крупные пески. Их свойства не изменяются из-за насыщения водой.
Плотность — это показатель пористости.
Грунт состоит из твердых частиц, между которыми находятся полые пространства, заполненные воздухом или водой. При превышении максимальной возможной нагрузки происходит деформация (усадка), способная полностью разрушить здание.
Плотные породы с минимальным количеством пустот считаются наиболее прочными. Усадка таких грунтов минимальна.
Залегание
При проектировании здания очень важно исследовать толщу грунтов ниже предполагаемой подошвы фундамента. Близко к поверхности залегают непрочные породы, способные воспринимать нагрузку лишь от небольшого здания. Чем глубже залегает порода, тем она старше, плотнее, толще и надежнее.
В зависимости от залегания и типа грунтов будет разрабатываться план установки фундамента в соответствии с правилами:
Несущая способность основания будет снижена в местах смены пород, вблизи УГВ, на склонах.
Рис. 1 Пример инженерно-геологического разреза
На чертеже разной штриховкой обозначены породы, указаны высоты устий скважин, начерчена линия УГВ.
Типы грунтов
Существует несколько типов пород, обладающих особыми характеристиками:
Скальные
Скальные породы образуются в результате извержения вулканов и последующего застывания магмы в толще земли.
Благодаря этому формируется порода с малой пористостью и жесткими связями между частицами.
Характеризуется большой прочностью, устойчивостью к отрицательным температурам, не впитывает воду, не пучинятся.
При отсутствии трещин в породе не вымывается и очень медленно разрушается с течением времени.
Скальные породы идеальны в качестве основания для любого объекта. Но они очень редко применяются для строительства, ведь встречаются преимущественно на большой глубине или в труднодоступных участках.
Крупнообломочные
Крупнообломочные грунты — это несвязанные породы, представляющие собой толщу камней (обломков скальных пород), большинство из которых крупнее 2 мм. Слежавшиеся валуны и обломки, не подверженные вымыванию — это хорошее основание.
Различают несколько видов крупнообломочных пород:
Песчаные
В ненасыщенном водой состоянии песок сыпучий, но слежавшийся песчаник — это надежное основание, не изменяющее своих свойств при насыщении влагой. Песчаные породы не пучинятся, хорошо пропускают воду, не задерживая ее вблизи конструкций.
Существует несколько видов песчаников:
Самые надежные основания — это слежавшиеся крупнообломочные породы и крупный песок.
Глинистые
Порода, состоящая из очень маленьких связанных частиц размером до 0,005 мм, называется глинистой. Выветренные мельчайшие частички пород чешуйчатой формы образуют массу грунта, способную быстро впитывать воду. В результате этого порода становится пластичной.
Глина с трудом теряет влагу, при наступлении холодов вода внутри нее замерзает, увеличивается в объеме и глина выпучивается. Этот процесс способен всего за одну зиму разрушать фундамент.
Другие
Существует несколько видов грунтов, практически непригодных для строительства:
При необходимости обустройства фундамента на вышеперечисленных грунтах необходимо учесть глубину промерзания почвы и УГВ в холодный период. Если уровень воды устанавливается ниже 2 м от глубины промерзания, то установить фундамент допускается близко к поверхности (минимум 0,5м).
Повышение несущей способности
На площадках с недостаточной несущей прочностью основания необходимо провести работы по повышению несущей способности грунта.
Есть два основных метода:
В первом случае для достижения большей плотности в грунт вбивают сваи небольшого размера, сокращая количество пустот в породе.
Во втором случае в толщу земли вводят различные химические добавки, сцепляющие между собой отдельные части грунтов.
Еще один способ улучшить характеристики основания — это устройство песчаной подушки под фундамент. После уплотнения она сможет воспринимать и равномерно передавать нагрузку от здания на залегающие ниже породы. Песок не задерживает влагу, не пучинится и является хорошим основанием для строительства дома.
Еще один способ улучшить характеристики основания — это понижение УГВ.
Таблица средних значений
Средняя несущая способность грунтов — это основной показатель расчетов. После выемки образцов породы из скважин проводится определение их вида для дальнейшей работы.
Классификация грунтов приведена в таблицах СНИП 1–3 ГОСТ 25100.2011. После определения типа грунта в каждом из залегающих слоев необходимо определить предельное сопротивление грунта сжатию.
Подробная информация содержится в ГОСТ 25100.2011 «Грунты. Классификация», таблица Б.1.
Рис. 2 Сопротивление сжатию
Основа расчета — расчетное сопротивление осевому сжатию. С подробным методом расчета с учетом всех нюансов можно ознакомиться в СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений». Здесь же можно найти значение всех коэффициентов, необходимых для максимально точного расчета.
Определение типа грунтов
Для выполнения расчетов и построения геологического разреза необходимо определить типы грунтов. Сначала проводятся полевые геологические работы, в ходе которых на участке бурят несколько скважин.
В процессе бурения через равнее промежутки геологи изымают из толщи земли образцы породы, укладывают их в специальные контейнеры и подписывают. Весь изъятый материал ведут в лабораторию для дальнейшего исследования.
Определить состав пород и их характеристики самостоятельно невозможно. Для этого потребуется специальное оборудование и знания. Без помощи профессионалов можно только примерно определить тип породы с помощью простого метода. Из насыщенного водой грунта пробуют скатать «колбаску».
От полученного результата зависит пластичность:
Рис. 3 Схема состава различных пород
Точно определить тип породы и его характеристики возможно только в лабораторных условиях.
Расчет
Расчет несущей способности — это основная цель геологических изысканий. Выполнять его можно только после определения типа пород внутри скважин и получения чертежей геологических разрезов на территории строительной площадки.
Чертеж поможет определить положение слоев пород в толще земли и даст представление о возможности строительства на площадке.
Несущая способность (R) определяется по формуле согласно алгоритму:
Данные для расчета:
После нахождения фактической несущей способности ее сравнивают с требуемой. Если вторая будет больше первой, то придется менять конструкцию будущего дома (увеличивать площадь опирания фундамента на основание или глубину заложения, менять вид фундамента, выбирать в качестве основания другой, более прочный слой).
Калькулятор для расчета фундаментов
Процесс расчета несущей способности основания — это кропотливый процесс, требующий обширных знаний в области строительства и геологии. На помощь инженерам приходит специальные калькуляторы.
При использовании калькулятора необходимо самостоятельно выбирать тип фундамента, вид почвы и глубину промерзания.
Для правильного определения всех параметров необходимы знания геологии. Доверять анализ основания необходимо специалистам, ведь в строительстве есть множество нюансов, которые не может учесть компьютерная программа.
Для самостоятельного использования отлично подойдут программы для расчета объема ленточного фундамента. Они не учитывают вид почвы и ее несущую способность. Для расчета необходимо ввести все параметры фундамента, и она посчитает объем бетона.
Действующие проектировщики создали простую программу, рассчитывающую базы колонн в зависимости от типа пород основания и веса здания. Она очень специфична и подойдет далеко не каждому, но профессионалам может помочь в расчетах.
Формула Терцаги
Формула Терцаги описывает закономерность уплотнения грунтов и их компрессионное сжатие. Для исследования грунтов редко выбирают метод трехосного сжатия ввиду его сложности, метод одноосного сжатия можно применять лишь к узкому кругу грунтов. Именно поэтому Терцаги рассматривает одноосное сжатие в жесткой таре, где стенки не дают образцу деформироваться.
По мере уплотнения, то есть сокращения объема полостей, давление возрастает. В результате становится понятно, то сумма деформаций образца составляется из пластической и остаточной деформации. (ξ1= ξp+ ξв)
Рис. 4 График нагружения грунта
При выполнении повторного нагружения основанию передаются только упругие деформации.
Расчет полов
Пол на лагах устанавливается в большинстве домов, но при неправильном конструировании подвального помещения (отсутствие продухов, их малый или большой размер) в нем начинает конденсироваться влага.
Вода деформирует или полностью разрушает деревянные лаги и конструкцию пола, способствует разрушению бетона.
Самый простой способ бороться с влагой в подвале — отказаться от цокольного помещения. Пол по грунту обеспечит долговечность конструкции и не даст лишней влаге проникнуть в дом.
Где можно класть пол на грунт
Класть пол допускается не на каждый грунт:
Существует 2 вида пола по грунту:
При расчете учитывается временное и постоянное давление на всю поверхность пола. В первом случае нагрузка составит 150 кг/м2 (вес людей и мебели), во втором нагрузка зависит от используемых материалов.
Полезное видео
Смотрите интересный видеоматериал, в котором рассказано о трех категориях грунтов и различиях между ними.
Заключение
Расчет несущей способности грунта — это длительный процесс, включающий в себя множество этапов. Для выполнения работ необходимо специальное оборудование, позволяющее правильно выполнить изъятие образцов из скважин и провести их исследование в лаборатории.
При выборе основания следует учесть множество факторов: типы грунтов, толщина их слоев, УГВ, схема залегания, глубина промерзания. Правильно выполнить анализ основания под фундамент могут только профессиональные геологи.