2. Расчет сопротивления грунта и глубины заложения фундамента.

Какие данные нам понабятся :

• глубина промерзания для нашего района;

• состав грунта, его вид;

• глубина нахождения грунтовых вод.

Итак:

А. Глубина промерзания.

Глубина промерзания в большей степени определяется климатическими условиями данного региона и соответствует наибольшей величине промерзания влажного глинистого грунта без снегового покрова в период наиболее низких возможных температур. В пределах Европейской и Сибирской части России граница промерзания меняется в широком диапазоне

Глубина промерзания по городам России и ближнего зарубежья:

• 70 см - Краснодар, Калининград, Львов.

• 90 см - Ростов-на-Дону, Астрахань, Киев, Минск, Рига.

• 100 см - Таллинн, Харьков, Вильнюс.

• 120 см - Великие Луки, Волгоград, Курск, Псков, Смоленск.

• 140 см - Воронеж, Тверь, Санкт-Петербург, Москва, Новгород.

• 150 см - Вологда,Нижний Новгород, Кострома, Пенза, Саратов.

• 170 см - Ижевск, Казань, Котлас, Самара, Вятка, Ульяновск, Ярославль,Иваново.

• 180 см - Уфа, Караганда, Актюбинск.

• 190 см - Екатеринбург, Челябинск, Сыктывкар, Пермь.

• 210 см - Тобольск, Кустанай, Барнаул.

• 220 см - Омск, Новосибирск.

Это следует учитывать

• при постоянном проживании грунт под домом зимой прогревается и расчет¬ную глубину промерзания можно уменьшить на 15-20%;

• для мелких и пылеватых песков и супесей значение глубины промерзания следу¬ет увеличить в 1,2 раза.

Разумеется, реальная глубина промерзания несколько меньше, чем расчетная. Но на то она и расчетная, чтобы избежать возможных разрушений дома при самых неудачных стечениях обстоятельств, предложенных погодой.

Б. Как самостоятельно определить уровень грунтовых вод и состав грунта.

Определить уровень грунтовых вод достаточно просто: необходимо выкопать на строительном участке (на котором будет стоять будущий дом) шурф - колодец. Размер колодца приблизительно 1 метр на 1 метр и глубиной около 2,5 -3 м.

Шурф-колодец необходимо защитить от стока в него поверхностных вод и осадков. Наиболее достоверную информацию об уровне грунтовых вод, вы сможете получить осенью или весной, когда уровень грунтовых вод самый высокий.

Чтобы уменьшить затраты на выкапывание шурфа, его можно выкопать к примеру в том месте где будет подвал ( погреб ).

Если зимой грунтовая вода находится ниже уровня промерзания грунта больше чем на 2 м, то для многих грунтов (мелкие и пылеватые пески, твердые глинистые грунты) глубина заложения фундамента рассчитывается без учета уровня промерзания грунта.

Другими словами - уровень грунтовых вод находится далеко от уровня промерзания грунта (более чем на 2 м), соответственно грунт относительно сухой и пучиниться не будет. Это значительно удешевит строительство фундамента!

А если грунтовая вода находиться близко к уровню промерзания грунта (до 2 м), то грунт (глинистые грунты, пески мелкие и пылеватые) насыщен водой и при морозе будет пучиниться. Поэтому когда грунтовая вода близко, грунт влажный. Фундамент необходимо закладывать с учетом промерзания грунта, то есть подошва фундамента должна находиться не выше (лучше чуть - чуть ниже) уровня промерзания грунта.

Или по такой методике:

Таблица. На какую глубину необходимо закладывать фундамент.

№ п/п	Несущие грунты в пределах глубины промерзания	Расстояние от глубины промерзания грунта до уровня грунтовых вод	Глубина заложения подошвы фундаментов для возведения одноэтажных и двухэтажных здании
1	Скальные и полускальные грунты	Не имеет значения	Не имеет значения, не зависит от глубины промерзания грунта
2	Крупные и средние пески, пески гравелистые,крупнообломочные грунты	Не имеет значения	Не зависит от глубины промерзания грунта, но не меньше 0,5 м
3	Пылеватые и мелкие пески, глины (влажные при замерзании становятся пучинистыми грунтами), суглинки, супеси	Более чем на 2 м	Не зависит от глубины промерзания грунта, но не меньше 0,5 м
		Менее чем на 2 м	Не мене 3/4 глубины промерзания грунта, но не меньше 0,7 м
		Уровень грунтовых вод выше уровня промерзания грунта	Не менее глубины промерзания грунта

Благодаря шурф-колодцу вы узнаете не только уровень грунтовых вод, но и еще состав грунта.

Чаще всего верхний слой - это плодородный слой, его обычно снимают, так как он не равномерно просаживается из-за гниения органических остатков (растения, корни) и дом может лопнуть. Плодородный слой легко узнать, так как он более темный. Толщиной плодородный слой от 100 до 1000 мм и более.

Под плодородным верхним слоем находится естественный подстилающий грунт. Этот грунт несущий и воспринимает нагрузку от подошвы фундамента и вышестоящего здания.

 

В. Исследование состава грунта.

1. Разложите образец грунта на бумаге и просушите его. Удалите из образца грунта камни, консервные банки и другой мусор, корни. Размельчите куски и комья грунта.

2. Опрыскайте образец грунта водой.

3. Возьмите высокую стеклянную банку и наполните ее на 1/4 грунтом из образца.

4. Залейте банку на 3/4 (с учетом грунта) водой.

5. Добавьте 1 чайную ложку посудомоя (не мыла и не шампуня!).

6. Плотно закройте банку крышкой и поработайте немного как бармен с шейкером - потрясите банку в течение 10 минут. Это необходимо для разделения образца грунта на минеральные состовляющие.

7. Поставьте банку туда, где ее никто не тронет в течение 2-3 дней.

8. Часстицы грунта будут оседать в банке и распределяться в соотвествии с размером. Через 1 минуту после постановки банки отметьте маркером уровень осевшего песка.

9. Через 2 часа отметьте на банке уровень ила.

10. Когда вода в банке станет прозрачной - отметьте уровень слоя глины. Обычно этот процесс заниает до 3 дней, но если вода продолжает оставаться мутной - оставьте пробу грунта на неделю.

11. Измерьте толщину каждого слоя осевшего грунта. Запишите: Толщина слоя песка ____ см Толщина слоя ила ____ см Толщина слоя глины ____ см Общая толщина осадка ____ см

12. Высчитайте процентное соотношение каждого вида осадка: [Глина, см] / общая толщина, см] = ___ % глины в грунте [Ил, см] / общая толщина, см] = ___ % ила в грунте [Песок, см] / общая толщина, см] = ___ % песка в грунте.

13. 

14. Вычислив %-е содержание основных минеральных и органических компонентов грунта, по нижеприведенной Пирамиде Грунтов определите тип грунта в пробе по процентному соотношению основных компонентов.

Более упрощенно можно определить состав грунта по методике которая приведена на странице Виды грунтов

Еще признаки для определения типа грунта:

• При растворении образца грунта в воде частицы песка быстро оседают на дно, обычно меньше чем за минуту. Ил оседает медленнее – от 10 до 60 минут. Глина остается в виде суспензии в течение нескольких часов. Наблюдая за осаждением растворенного образца грунта, можно сделать ориентировочное суждение о его составе.

• Непластичный песок не формирует колбаски при раскатывании образца грунта ладонью по гладкой поверхности. Ил скатывается в колбаски, но они непрочные и разламываются при высыхании. Глина формирует прочные колбаски при раскатывании, которые долго сохнут и становятся твердыми по высыхании.

• Высохшие песок и ил легко крошатся по высыхании образца. Глина образует твердые образцы по высыхании.

• При похлопывании по образцу ила на поверхности быстро выступает вода. На образцах глинистых почв вода при похлопывании выступает медленно, в зависимости от степени пластичности грунта.

Минимальная глубина заложения классического ленточного заглубленного фундамента или свайного фундамента.

Минимальная глубина заложения подошвы фундамента в сухих грунтах (мелкие и крупные пески, твердые глины) - 0,7 м

Минимальная глубина заложения подошвы фундамента во влажных грунтах (мелкие и пылеватые пески, пластичные глинистые грунты, лессовидные суглинки просадочные) - 1,2 м.

Минимальная глубина заложения подошвы фундамента для дома, который имеет подвал. Подошву фундамента закладывают ниже уровня пола в подвале минимум на - 0,4 м.

Минимальная глубина заложения мелкозаглубленного фундамента.

Минимальная глубина заложения мелкозаглубленного ленточного фундамента определяется глубиной промерзания грунта, степенью пучинистости грунта и высотой грунтовых вод. Чем больше в грунте воды ближе к поверхности (уровню планировки) и чем больше глубина промерзания грунта, тем сильнее будут силы пучения, воздействующие на мелкозаглубленный фундамент снизу, по касательной и сбоку. Эти силы будут выталкивать мелкозаглубленных фундамент к поверхности и будут сдавливать фундамент. Чтобы снизить степень воздействия этих сил ленточных фундамент придется заглублять. Кроме заглубления на силы морозного пучения можно влиять утеплением грунта, устройством несъемной утепленной опалубки фундамента, полной или частичной заменой грунта, его уплотнением, водоотведением и дренированием.

По строительным нормам Великобритании минимальная глубина заложения мелкозаглубленного ленточного фундамента на всех типах непучинистых и малопучинстых грунтов (кроме скального и глинистого) равняется 45 см (The Building Regulations 2010, A1/2, 2E4 - Британские строительные нормы, 2010 год, A1/2, 2E4). На скальном грунте, при физической невозможности заглубления, ленточный фундамент может быть устроен прямо на поверхности без заглубления. Минимальная глубина закладки мелкозаглубленного ленточного фундамента на глинистых (и других пучинистых) грунтах по Британским нормам составляет 75 см (оптимальная глубина заложения 90-100 см). В случае чрезмерной мягкости, возможной подвижности (пески, супеси, водонасыщенные грунты ) и малой несущей способности поверхностных слоев почвы, глубина заложения мелкозаглубленного ленточного фундамента может быть увеличена до глубин достижения грунтов с хорошими несущими способностями и стабильными характеристиками. Максимальная разумная и экономически оправданная глубина заложения ленточного фундамента – 2,5 метра.

Глубину заложения мелкозаглубленного ленточного фундамента допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если фундамент опираются на пески с подтвержденным отсутствием пучинистости. Другой возможностью отступить от привязки глубины заложения ленточного фундамента к глубине промерзания грунта являются " специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов". (Пункт 2.29 СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»). То есть горизонтальное утепление грунта и вертикальное утепление мелкозаглубленного ленточного фундамента. Ориентиром из отечественных норм глубин заложения мелкозаглубленного фундамента может служить нижеследующая таблица:

Таблица. Рекомендуемые минимальные глубины заложения ленточных фундаментов СНиП II-Б.1-62

Расчетна глубина промерзания условно непучинистого грунта	Расчетная глубина промерзания слабопучинистого грунта твердой и полутвердой консистенции	Глубина заложения фундамента
до 2 м	до 1 м	0,5 м
до 3 м	до 1,5 м	0,75 м
Более 3 м	от 1,5 до 2,5 м	1 м
	от 2,5 до 3,5 м	1,5 м

Наличие высоко стоящих грунтовых вод может внести свои коррективы в глубину заложения ленточного фундамента. При высоком уровне грунтовых вод вполне возможно, что мелкозаглубленный ленточный фундамент придется превращать в глубокозаглубленный ленточный фундамент. Для ориентира следует руководствоваться требованиями п. 2.30 СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений». Мы приводим ниже таблицу с требованиями к глубине заложения фундамента:

Если грунт на вашем участке пучинистый и грунтовые воды стоят высоко, то самое время подумать о прменении другого типа фунадмента: свайно-ростверкового фундамента (свайный фундамент с несущими балками). Такой фундамент не боится ни морозного пучения, ни высокого уровня грунтовых вод.

Итак с глубиной заложения определились. Теперь определив состав грунта из нижеприведенных таблиц находим нашу величину сопротивления грунта

Расчетные сопротивления (R₀) крупнообломочных грунтов, кг/см²

Крупнообломочные грунты	R0
Галечниковые (щебенистые) с заполнителем : песчаным пылевато-глинистым	6  4
Гравийные (дресвяные) с заполнителем : песчаным пылевато-глинистым	5  3,5

Расчетные сопротивления (R₀) песчаных грунтов, кг/см²

Песчаные грунты	R0
Крупные ( фракция до 5 мм )	5
Средней крупности ( 1- 2 мм)	4
Мелкие ( 0,14 - 1 мм ) маловлажные влажные и насыщенные водой	3  2
Пылеватые ( 0,05 - 0,14 мм ) маловлажные влажные насыщенные водой	2,5 1,5 1

Расчетные сопротивления (R₀) пылевато-глинистых грунтов, кг/см²

Пылевато-глинистые грунты	Коэффициент пористости, е	R0 при различных показателях текучести грунта
		IL = 0	IL = 1
Супесь	0,5 0,7	3 2,5	3 2
Суглинок	0,5 0,7 1,0	3 2,5 2	2,5 1,8 1
Глина	0,5 0,6 0,8 1,1	6 5 3 2,5	4 3 2 1

   При проведении геологических изысканий непосредственно застройщиком может возникнуть вопрос: в чем различие между пылевато-глинистыми грунтами и чем отличается супесь от суглинка ? Проводят простой тест :  небольшую порцию грунта обильно смачивают водой, затем из полученной массы между ладоней рук скатывают жгут и загибают в кольцо. Кольцо из супеси рассыпается на мелкие фрагменты, из суглинка на 2 - 3 части, из глины - кольцо остается целым. Для определения коэффициента пористости :  из тестируемого грунта вырезают кубик размером 10 х 10 х 10 см и взвешивают. таким образом узнают объемную массу грунта в естественном состоянии. Затем этот грунт измельчают и уплотняют. Таким образом удаляют из кубика воздушные поры. У полученной массы измеряют объем, т.е. находят объемную массу грунта без пор . Коэффициент пористости определяется по формуле: e=1 - y₀/y ; y = G/V₀ ; y = G/V_1, где y, y₀ - объемный вес грунта в уплотненном и естественном состояниях; G - вес  единицы объема грунта; V₀, V₁ - объем грунта в естественном и уплотненном состояниях. При вырезании кубика из грунта он может рассыпаться . Ничего страшного - объем известен и нужен только вес. Объем грунта без пор можно определить мерным стаканом.    Показатель текучести определить более сложно, но есть такой критерий: при нулевой текучести лопата в глинку почти не входит, при текучести 1 глина прилипает к лопате намертво.    Определение других видов грунтов, приведенных в таблицах. не составляет особого труда. Если возникают сомнения в определении вида грунта, нужно принимать значение расчетного сопротивления грунта сжатию в сторону уменьшения, т.е. перестраховаться и сделать подошву фундамента несколько шире, чем нужно. При встрече на участке строительства биогенных (торфяников и пр.) засоленных, набухающих либо просто непонятных грунтов необходимо преостановить строительство и пригласить специалистов. Грунт считается упругопластическим материалом. Под действием нагрузки, не превышающей определенного значения, он способен сжиматься и расправляться после ее снятия. Расчет фундамента на такую нагрузку называется расчетом по несущей способности грунта. При увеличении нагрузки происходит необратимое смятие грунта. расчет в таком случае называется расчетом по деформациям. этот расчет позволяет выполнять более узкие, а следовательно, более экономичные фундаменты, и помогут вам его сделать только специалисты.

Расчетные сопротивления (R₀) насыпных грунтов, кг/см²

Характеристика насыпи	Пески крупные, средней крупности и мелкие, шлаки	Пески пылеватые, супеси, суглинки, глины, золы
Насыпи, планомерно возведенные с уплотнением	2	1,5
Отвалы грунтов и отходов про- изводства:            с уплотнением            без уплотнения	2 1,5	1,5 1
Свалки грунтов и отходов про- изводства:            с уплотнением            без уплотнения	1,2 1	1 0,8

Таблица применяется, если содержание в насыпи органических веществ не превышает 10%. Для неслежавшихся отвалов и свалок грунта значение R₀ принимается с учетом коэффициента 0,8.    Для того, чтобы дом устойчиво стоял на основании грунта, давление от его веса не должно превышать расчетного сопротивления грунта. Например, фундамент на суглинке, имеющем расчетное сопротивление 2,5 кг/см², не должен давить на грунт с большей силой. в противном случае произойдет необратимое смятие грунта и, как следствие. осадка дома.    Фунаменты, передающие нагрузки намного меньше, чем расчетное сопротивление грунта, - экономически невыгодные, так как нецелесообразное утолщение фундамента приводит к перерасходу материалов и утяжелению фундамента. Фундамент должен быть ни узок, ни широк.