Характеристика грунтов. Влияние на фундамент

Особенности процесса усадки и надежность фундамента напрямую зависят от геологических характеристик грунта и его гранулометрического состава.

При оценке влияния лежащих в основании бетонной конструкции грунтов во внимание принимается ряд факторов, определяющих общее и ударное сопротивление.

Однородность состава. Наличие вкраплений повышает водопроницаемость, как это происходит с глинистыми грунтами, в состав которых входят песчаные жилы. Изменение процентного соотношения основы и заполнителя в пользу последнего повышает размываемость грунта, влияет на разрыхляемость и пластичность в сухом и влажном состоянии. Отметим, что увеличение доли вкраплений далеко не всегда означает повышение пластичности. Так происходит с песками, в состав которых входят слабые горные породы, идентифицировать которые можно при помощи обычного увеличительного стекла.

Связанность частиц. Прочность сцепления зависит от формы гранул: угловатые гранулы имеют большую поверхность трения и, как следствие, лучшее сцепление по сравнению с остро заточенными частицами. Полированная поверхность зерен способствует быстрой усадке. В строительной отрасли коэффициент трения часто называют углом естественного откоса, поскольку он определяет степень усадки грунтов, в особенности под вибрационным воздействием.

Водоудерживающая способность. Возможность грунта удерживать влагу, несмотря на изменение фоновой влажности, косвенно влияет на размываемость и пластичность. Водоудерживающая способность формируется при взаимодействии многих характеристик грунта: состава вкраплений, основной почвы, формы гранул. По мере снижения угловатости уменьшается и пористость, что препятствует выходу влаги на поверхность.

Согласно физическим свойствам, особенностям обработки и гранулометрическому составу все грунты принято делить на скальные, рыхлые и конгломераты. Последние иногда называют хрящевыми грунтами из-за наличия отдельных сцементированных примесей. Конгломераты часто относят к рыхлым грунтам, поскольку в природе редко встречаются грунты без гранулометрических флуктуаций, т.е. не присущих данному типу почв включений.

Рыхлые грунты. Аспекты определения

Дальнейшее деление рыхлых грунтов производится по гранулометрическим показателям. Согласно размерам частиц выделяют мелкозернистые и крупнозернистые грунты, среди которых наибольший интерес для строительства представляют все же последние.

Крупнозернистые грунты

Крупнозернистые грунты представляют собой обломки горных пород, мелкие из которых называют зернами. Деление крупнозернистых грунтов производится согласно диаметру зерен:

• Песок с гранулами менее 2 мм, но различимыми невооруженным глазом (обычно более 0,1мм);

• От 2 до 200 мм – гравий;

• Вкрапления с диаметром более 200 мм — валуны.

Стоит отметить, что приведенная классификация не является строгой и используется в основном на постсоветском пространстве. В США, например, применяется шкала, разработанная Массачусетским технологическим университетом.

Пески. Образование песков происходит в ходе выветривания горных пород. В зависимости от размера зерен кварца и других минеральных компонентов различают: гравелистые пески, крупные и средние, пылеватые, которые из-за чрезвычайно мелких гранул плохо справляются с нагрузками, поэтому не могут служить опорой для фундамента. Остальные виды песка легко разрабатываются и обладают повышенной влагоемкостью, что определяет значительное уплотнение под нагрузкой.

Надежным грунтом считаются пески, залегающие равномерным слоем таким образом, чтобы грунтовые воды оказывались ниже уровня промерзания. Такие пески требуют меньше времени на усадку и остаются нечувствительными к сезонным изменениям температурного режима.

Конгломераты. Отличительной чертой конгломератов являются крупные осколки, наполовину состоящие из осадочных пород или кристаллических образований, несвязанных между собой. Скальные образования положительно влияют на предельную нагрузку, поэтому конгломераты успешно используются для строительства многоэтажных сооружений с ленточным фундаментом глубиной заложений от 50см. Заметим, что скальные осколки не всегда отличаются прочностью, поэтому перед строительством на конгломератных грунтах стоит подвергнуть осколки ударным нагрузкам.

Мелкозернистые грунты

В основе мелкозернистых грунтов лежит неорганическая пыль. Окатанные гранулы плохо связываются между собой, определяя низкую пластичность. Основную часть мелкофракционных почв составляют глины, остальные грунты малопригодны для строительства: каменная мука, состоящая из мелких гранул кварца, по физическим свойствам наиболее близка к пылеватым пескам, о которых речь шла выше.

Глина. Глина состоит из чрезвычайно мелких кристаллических пластин, которые в результате длительного слеживания образуют монолитную подложку, способную выдержать серьезную нагрузку. Вместе с тем, глина достаточно коварный грунт. Субмикронные размеры зерен определяют повышенную пластичность и адсорбирующие свойства, сохраняющиеся в широком диапазоне параметров влажности. Мелкие зерна становятся причиной, так называемого, капиллярного эффекта, выражающегося в постоянной влажности грунта. Сама глина практически не пропускает воду, зато жидкость успешно просачивается через песчаные вкрапления. Возникает неоднородность влажности, которая проявляется в зимний период: при замерзании грунта вода расширяется, что вызывает «вспучивание». Подобная проблема, кстати, касается и песков с мелкими гранулами. И, несмотря на то, что глины относят к скальным породам, они обладают большей сжимаемостью, нежели пески, однако скорость усадки у них заметно меньше, что обязательно надо учитывать при строительстве высоких сооружений.

В южной части РФ и на Дальнем Востоке распространена особая группа глин – макропористые, определить которые легко по поверхности, усеянной небольшими отверстиями. Чаще всего среди макропористых грунтов встречаются лесовидные и илистые глины, быстро размокающие под действием влаги. Илистые глины образовываются под водой при участии микроорганизмов, поэтому обычно встречаются на болотах и вблизи торфяных почв. Строительство на макропористых глинах возможно лишь после предварительного укрепления, которое в обязательном порядке должно производиться специалистами.

Смесь песка и глины. Глина в чистом виде встречается редко, чаще попадается ее смесь с песком. Процентное отношение компонентов жестко определяет физические свойства грунта и его пригодность для строительства.

Супеси или в народе плывуны содержат до 10% глины, которой достаточно для критического повышения влагоемкости. При достаточном размокании такие почвы текут, словно вязкая жидкость. Подчас растирания супеси по ладони отчетливо чувствуется песчаные гранулы. Из нее практически невозможно скатать шнур. Очевидно, что плывуны не пригодны для закладки фундамента.

Пески с содержанием до 30% глины называются суглинками и по физическим свойствам находятся практически посередине между песком и глиной. При растирании по ладони отдельные песчинки чувствуются слабо, а из кусочка грунта можно скатать небольшой шнур диаметром в сантиметр. Приблизительно определить содержание глины можно методом скатывания шарика: чем меньше трещин образуется при сдавливании, тем меньше содержание песка. В случае с чистой глиной трещины не образуются вовсе.

Скальные грунты

Спаянные породы скального грунта представляют собой монолитный или трещиноватый слой, отличающийся чрезвычайно высоким пределом прочности даже в водонасыщенном состоянии. Скальные грунты отлично подходят для всех типов фундаментов, обладают низкой усадкой и никогда не вспучиваются в сильные морозы. Правда, скальные грунты цементированного типа хорошо размягчаются в воде.

Единственная проблема использования скального грунта в строительстве заключается в трудностях разработки. По этой причине, если нет опасности сдвига в сторону крутого склона, фундамент закладывают непосредственно на поверхности.

Грунты с органическими включениями

Органические включения серьезно влияют на сжимаемость грунта и способность противостоять статическим нагрузкам. Сравнительный анализ показывает, что почвы с одинаковым минералогическим составом с органическими включениями и без таковых ведут себя по-разному. Так глина с мелко раздробленными органическими остатками быстро набирает влагу, но ее пластичность при этом ухудшается. Органические фракции часто встречаются в иловых отложениях. В некоторых случаях мелкие частицы отмерших растений уступают место скелетам водных организмов. Такие грунты отличаются низкой связанностью частиц и приближаются по свойствам к пылеватым пескам.

Определить наличие органических включений среди минеральных пород возможно не всегда, особенно, когда речь идет о малой массовой доле. Первыми признаками может служить темный цвет и особый запас гниения. Если органолептическим методом установить присутствие органических включений не удается, но грунт вызывает подозрение, лучше провести лабораторный анализ.

Болотистый грунт

Рожденный ледниковыми моренами, болотистый грунт малопригоден для строительства, однако техническая литература обычно избегает объяснений, ссылаясь на низкое расчетное сопротивление. Грунт считается подходящим для закладки фундамента, если его сопротивление превышает килограмм на квадратный сантиметр. Вместе с тем, болотистые грунты в большинстве своем подходят под данный критерий.

Истинная причина кроется в отрицательном экономическом эффекте. Поддержание уровня воды требует наличия глины, которая является достойной подложкой для фундамента. Но микробиологические процессы заметно повышают ее пористость и обеспечивают многочисленные органические включения. В результате возникает неоднородность сопротивления нагрузкам, которая выливается в частичное проседание и вспучивание в зимний период. В результате необходимо проводить дополнительные операции по укреплению фундамента, что заметно повышает стоимость объекта. К тому же достаточно трудно произвести необходимые расчеты.

Как говорилось ранее, физические свойства грунта и процессы, происходящие в нем под воздействием влаги и перепадов температур, оказывают серьезное воздействие на фундамент. Большинство грунтов легко определить в полевых условиях без применения специального оборудования. Игнорирование особенностей почвы может и не сказаться на будущем дома, а может привести к его скорому разрушению. Помните, что на кону безопасность близких Вам людей — затраченное на изучение свойства грунта время обязательно окупится в ближайшие годы.