Методики исследования
Конечно, чтобы провести исследование грунта под фундамент, лучше обратиться к специалистам, имеющим лицензию. Если таких нет, или их услуги слишком дорогостоящие, то можно использовать несколько способов исследования и быстрого анализа земли, а также примерной оценки его несущей способности.
Сначала нужно разложить образец земли на бумаге и просушить его. После этого из земельного образца удаляются камни, консервные банки, корни и прочий мусор.
Если в образце есть комочки и куски земли, то их нужно измельчить. Землю опрыскиваем водой, а далее берем высокую стеклянную банку, которую наполняем на 25 % землей образца. Весь остальной объем банки заливается водой.
В емкость добавляется чайная ложка средства для мытья посуды, а затем банка закрывается крышкой и трясется на протяжении 10 минут. Это позволит разделить образцы земли на минеральные компоненты. Далее банке нужно дать отстояться несколько дней, чтобы проба грунта под фундамент была максимально информативной.
Частицы земли осядут в банке и распределятся по размеру. Уже спустя одну минуту после постановки банки можно сделать на ней отметку маркером, таким образом определив песочный осадок.
Через два часа отстоя можно выявить уровень ила. А когда вода будет прозрачной, то можно отметить и слой глины. Причем обычно этот процесс займет 3 дня, но если вода все еще мутная, то следует оставить ее на срок около недели.
Следует записать толщину каждого слоя образца и весь осадок в общем. Далее высчитывается процентное соотношение каждого из компонентов с помощью формулы: Компонент, см/общая толщина, см = % компонента в земле. Получив процентное содержание основных компонентов в земле, можно определить тип грунта, руководствуясь специальной пирамидой.
Более быстро результаты можно получить при помощи тактильной методики анализа, для которой потребуется только образец земли и собственная рука. Для проведения анализа предназначается особая последовательность действий.
Нормы и правила строительства, применяемые для жилых домов во всем мире, предлагают застройщикам заниженные, в сравнении с отечественными, показатели несущих способностей земли. В среднем, несущие способности земель в нормативах ниже примерно в 2 раза.
Такой подход дает разумный запас прочности и дает определенную защиту от неправильной оценки состава земли и ее несущей способности. Тем, кто решил построить фундамент и дом самостоятельно, нужно непременно вооружиться таким подходом, чтобы потом не ремонтировать трещины на фундаменте и расколы на стенах. И конечно же, следует провести исследование почвы под фундамент.
Когда предстоит возведение какого-либо строения, здания или сооружения, то главное чем придется заниматься в начале этого процесса – возведение, заливка и монтаж фундамента. Построить хорошую и качественную основу не сложно, если знать и учитывать некоторые основные особенности этого процесса.
Места выхода коммуникаций не уплотняют
Коммуникации могут заходить в дом через стенки фундамента, тогда они находятся в зоне уплотнения обратной засыпки. Также с уплотнением грунта над коммуникациями можно столкнуться при устройстве полов по грунту. В этих местах использование виброплиты затруднительно, потому что всегда есть опасность повредить трубу. Часто из-за этого в этих местах решают не уплотнять грунт. Правильнее все же провести уплотнение, для этого можно воспользоваться ручной трамбовкой.
Уплотненный грунт должен быть не только над коммуникациями, но и под ними. Подробнее про ошибки, связанные с прокладкой коммуникаций через фундамент читайте в статье (ссылка).
Определение дефектов, вызванных ошибками при реконструкции зданий и сооружений
При проектировании реконструкции здания или сооружения нередко принимают ошибочные решения из-за неправильной оценки несущей способности грунтов основания под эксплуатируемым зданием или сооружением, состояние конструкций фундаментов и надземных частей здания. Поэтому до проектирования реконструкции здания необходимо выполнить инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания в таком же объёме, как и при проектировании нового строительства. Кроме того, должно производиться обследование всех конструкций реконструируемого здания. Необходим прогноз поведения всех конструкций после возведения новых и в случае увеличения временных нагрузок.
Только выполнение всех этих работ, глубокий анализ полученных результатов позволит разработать решения, обеспечивающие надёжность здания после его реконструкции.
При проектировании и производстве работ по реконструкции здания должны разрабатываться и соблюдаться все необходимые меры по сохранению или минимальному нарушению состояния основания реконструируемого здания.
Если новый фундамент заглубляется ниже подошвы существующего, то необходимо устройство шпунтового ограждения. Открытый водоотлив из нового котлована, как правило, приводит к вымыванию частиц грунтадиз-по подошвы существующего фундамента и большим неравномерным осадкам последнего. В этом случае неминуемо появление трещин в конструкциях существующего здания.
Даже если вместо открытого водоотлива из котлована применяется водопонижение с помощью иглофильтров, из-за большой кривизны депрессивной кривой поверхности подземных вод следует ожидать неравномерные осадки фундаментов существующего здания (рис. 26).
Если при реконструкции здания в зимний период подвальные помещения оказываются с открытыми проёмами в наружных стенах, то может произойти промораживание грунтов ниже подошвы фундаментов. При наличии в основании пучинистых грунтов это вызовет деформацию фундаментов и надземных конструкций здания или сооружения.
Рис. 26. Схема деформации здания вследствие понижения уровня грунтовых вод: 1 — иглофильтры; 2 — уровень подземных вод до водопонижения; 3 — то же после водопонижения; 4 — котлован для нового здания; 5 — уровень подошвы фундамента существующего здания после осадки грунтового основания
При реконструкции часто устраивают новые входы в подвалы. При этом забывают, что подошва существующих фундаментов оказывается заглублённой на небольшую глубину относительно пола у нового входа, и грунты под подошвой старого фундамента могут быть проморожены в зимнее время. При наличии пучинистых грунтов это неминуемо приведёт к деформации фундамента и конструкций, опирающихся на него (рис. 27).
Рис. 27. Схема промерзания грунтов у входа в подвал: 1 — вход в подвал; 2 — подошва фундамента; 3 — граница промерзания грунтов
В зданиях старой постройки надо быть очень осторожным при решении вопроса о возможности углубления пола подвала.
Если нижняя часть фундамента выполнена из валунов в распор со стенами траншеи, то при обнажении этих участков в процессе углубления пола подвала происходит вывал валунов и разрушения фундаментов.
При углублении фундаментов меняется и расчётная схема работы фундаментов. В них увеличивается изгибающий момент от бокового давления грунта.
Если конструкция тела фундамента позволяет углублять пол подвала, то глубина подвала должна определяться расчётом, но в любом случае подошва фундамента не может приближаться к отметке пола подвала менее, чем на 0,5 м.
При строительстве дренажа недалеко от существующих зданий можно ожидать дополнительные неравномерные осадки их фундаментов в связи с уплотнением грунтов в основании при уменьшении их влажности. Очень опасно понижение уровня подземных вод рядом со старыми зданиями, стоящими на деревянных сваях или лежнях. Если уровень подземных вод опустится ниже головок свай или лежней, то они сгниют и здание получит большие неравномерные деформации.
Характерными ошибками при реконструкции являются:
- отсутствие данных инженерно-геологических изысканий как при строительстве, так и при реконструкции;
- недостаточно подробный анализ технического состояния фундаментов, несущих и ограждающих конструкций;
- отсутствие данных о прочностных и деформационных характеристиках материалов несущих и ограждающих конструкций;
- отсутствие данных об изменении расчётных схем несущих конструкций о нагрузках и воздействиях при последующей эксплуатации;
- отсутствие проектов по усилению несущих конструкций, повышению жёсткости здания;
- отсутствие контроля за качественным выполнением проектных решений.
Виды грунтов по прочности
Классифицируя типы грунтов, выделяют 2 основные группы:
- Скальные – породы, залегающие сплошным массивом и имеющие жесткие структурные связи. Это водоустойчивые и почти несжимаемые грунты. К такому типу относится известняк, песчаник, гранит, базальт и другие. При отсутствии трещин они служат прочным основанием для построек. Несущая способность трещиноватых слоев снижена.
- Нескальные – группа дисперсных грунтов с ослабленными структурными связями. Они состоят из минеральных частиц различного размера, по происхождению подразделяются на осадочные и искусственные. Осадочные породы образуются в результате разрушения и выветривания скальных пород. Искусственные почвы – это результат утрамбовки, намывания или насыпания. Дисперсионные грунты бывают связные (глина, суглинок) и несвязные (песок).
В каждом классе имеются собственные виды, типы и разновидности, обусловленные их происхождением, строением, составом и свойствами.
Какие бывают грунты в основании фундамента?
Грунты делятся на песчаные и глинистые.
В свою очередь, песчаные грунты по зерновому (гранулометрическому) составу подразделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Песок сыпучий, так как имеет малое сцепление между частицами. Несущая способность песка в основном обусловлена наличием трения между частицами. Несущая способность песчаного грунта увеличивается с ростом крупности песка и плотности песчаного грунта.
По этому показателю выделяются три группы песка: плотные, средней плотности и рыхлые.
Среди глинистых грунтов существуют разновидности: собственно глины, суглинки и супеси. В указанной последовательности, в составе грунтов уменьшается содержание глинистых, пылеватых частиц и увеличивается количество песчаных частиц.
Глинистые грунты характеризуются числом пластичности — Jp>0,01.
Прочность глинистых грунтов обусловлена в основном наличием сил сцепления между частицами таких грунтов. Чем больше глинистых частиц в грунте и плотность грунта, тем больше силы сцепления и несущая способность грунта. Но, в глинистых грунтах силы сцепления между частицами уменьшаются с увеличением влажности грунта.
Его влажностное состояние обуславливает консистенцию грунта. При прочих равных условиях с ростом консистенции (влажности) прочность грунтов убывает.
По консистенции глины и суглинки подразделяются на твердые, полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные и текучие.
Супеси подразделяются на твердые, пластичные и текучие.
Для определения несущей способности грунта проводят лабораторные испытания образцов, отобранных на площадке строительства, и определяют физические характеристики грунта — вид и гранулометрический состав грунта, плотность, коэффициенты пористости, показатели текучести и пластичности.
Какой преимущественно на таком грунте уклон почвы и на что это влияет
Если выравнивать участок для строительства частного дома с другими типами почвы реально, то проводить такие работы с природными скальными грунтами может оказаться очень затратным занятием. Этот момент надо учитывать, ведь именно рельеф участка будет влиять на стиль и дизайн будущей постройки.
Но если участок со скальным грунтом с уклоном, то в этом есть и плюс, так как здесь можно будет строить дом с цокольным этажом не опасаясь оползней и прочих подобных нюансов.
Дом на скальном участке с уклоном обойдется дороже, но результат оправдает ваши Источник yandex.ua
Если уклон небольшой и составляет 3-5%, то подготовительные работы по закладке фундамента дополнительно включают в себя подсыпку подушки из песка и гравия. При значительных перепадах – от 15% такой вариант не подойдет. В этом случае потребуется проводить более сложные работы, например, постройка многоярусных домов, которые разбиты на отдельные горизонтальные площадки, размещенные на горизонтальных поверхностях. При этом лучше всего использовать ступенчатый фундамент.
Признаки аварийного состояния фундаментов
Аварийное состояние фундаментов наступает из-за неудовлетворительной работы грунтового основания или из-за недостаточной прочности тела фундаментов.
При неудовлетворительной работе грунтового основания в фундаменте образуются сквозные трещины, они обычно сильно раскрыты, редко расположены, пересекают фундамент по всей высоте и заходят в стены.
Эти трещины не всегда приводят к аварийному состоянию надземных конструкций. Трещины вызывают перераспределение усилий по длине фундаментов, что может привести к перегрузке отдельных участков фундаментов и их разрушению. Это обычно сопровождается и местными разрушениями тела фундамента у перемычек над проёмами. В местах перегрузки образуются слабо раскрытые часто расположенные вертикальные трещины и наблюдается вертикальное расслоение тела фундамента. Последнее определяется при простукивании вертикальных поверхностей фундаментов. В местах расслоения звук при простукивании глухой. Такое состояние участков фундаментов следует считать аварийным.
При недостаточной прочности тела фундаментов в них также появляются часто расположенные слабо раскрытые трещины, и наблюдается вертикальное расслоение. Это аварийное состояние.
Появление трещин в стенках фундаментов стаканного типа под отдельные колонны, отсутствие должного омоноличивания стыка колонны с фундаментом следует признать аварийным состоянием фундамента, так как в этом случае не обеспечивается предусмотренная проектом заделка колонны в фундаменте, что приводит к увеличению усилий в отдельных элементах каркаса. В практике обследования имеется случай, когда в полностью смонтированном двухэтажном каркасном здании заделка колонн в фундамент осуществлялась только с помощью временных деревянных клиньев без бетона омоноличивания.
При реконструкции здания, когда производят углубление подвалов, не всегда обращают внимание на конструкцию фундаментов. В домах постройки прошлых веков часто нижняя часть фундамента выполнялась из камней округлой формы в распор со стенками траншеи без применения связующего раствора
Углублять пол при этом ниже верха такой кладки недопустимо.
При реконструкции двухэтажного дома в Ленинградской области, имевшего подобный фундамент, вместо полупроходного подполья решили сделать эксплуатируемый подвал. При этом на большую высоту обнажили кладку из камней округлой формы. Камни начали выпадать из кладки фундамента. Стены, опирающиеся на этот фундамент, получили большие деформации, перекрытия просели, перегородки упали. Вовремя не были приняты меры для укрепления стен и фундаментов, участки стен начали обрушаться, и здание пришлось разобрать полностью. В данном случае первый же вывалившийся из фундамента камень был достаточно достоверным признаком аварийного состояния фундамента. От момента вывала первых камней до обрушения стен прошло несколько лет..
Обзор монолитного и сборного фундамента
Особенности монолитного и сборного фундамента для строительства частного дома. Отличительной характеристикой монолитного фундамента является способность выдерживать значительные нагрузки, благодаря чему именно монолитный фундамент используется как основа для железобетонных ограждений. Однако на его возведение потребуется очень много ресурсов – как материальных, так и человеческих. Использование специальных видов техники – это также одно из необходимых условий в данном случае.
Выдерживает значительные нагрузки
Сборная конструкция будет несколько проще в плане сооружения, однако этот тип фундамента не подходит для пучинистых грунтов, подверженных глубокому промерзанию. Кроме того, не получится на таком основании построить дом сложной формы – необходимо будет обрезать стандартные блоки, использующиеся для его возведения, что само по себе весьма проблематично. А вот для зданий простой формы (капитальных гаражей, например), сборный фундамент – то, что надо!
Причины деформации основания
Причины разрушения фундамента и стен постройки различные. Перед проведением укрепления состояния их следует точно определить, чтобы получить нужный результат.
Разрушение стен и фундамента
Наиболее распространенные причины, вызывающие деформацию основания, а также появление дефектов на его поверхность и внутри такие:
- плохая гидроизоляция (низкого качества);
- расположение здания на участке, имеющем наклон;
- изменение несущих свойств грунта под постройкой (после ее возведения) из-за его переувлажнения, пучения либо подъема уровня подземных вод;
- проведение объемных земляных работ вблизи от строения;
- ошибки проектирования основания;
- неправильный расчет действующей нагрузки;
- увеличение массы строения из-за перепланировок или реконструкции здания с увеличением этажности либо применения более тяжелых строительных материалов;
- постоянные или разовые вибрации земли под сооружением и вблизи него, вызванные расположением поблизости железной дороги, проведением подземных выработок, землетрясением;
- использование для строительства материалов низкокачественных материалов;
- неправильная эксплуатация: отсутствие плановых ремонтов;
- сильное промерзание почвы;
- затопление участка с постройкой, например, из-за наводнений, выпадения обильных осадков, паводков;
- отступление от технологии при проведении строительных работ.
В таблице ниже представлены различные виды деформаций построек и вызвавшие их возможные причины.
| Усадка центральной части сооружения | Осадка конструкции по краям | Деформация стен |
|---|---|---|
| образование пустот в земле под средним участком постройки | слабое основание под любым углом здания | воздействие нагрузок от имеющихся растяжек, прикрепленных к строению |
| просадка грунта | рытье траншей или котлованов вблизи разрушающейся постройки | землетрясения |
| ослабление по центру фундамента | проблемы с грунтом, оползни | нагрузки от рабочего оборудования, расположенного внутри здания |
Какие типы фундаментов можно использовать
Для пучинистых грунтов самое важное — глубина заложения и уровень воды. Именно в зависимости от них подбирается фундамент
Можно привести несколько наиболее распространенных вариантов для различных случаев.
Заглубленные и мелкозаглубленные
Если УГВ расположен достаточно глубоко (более 1,5 м) применяют ленточные и столбчатые фундаменты. При этом контролируют, чтобы отметка подошвы находилась на расстоянии не менее 50 см от воды в глинистой почве. Если говорить о водонасыщенных грунтах, то глубина закладки для глин, суглинков, супесей и мелких песков не менее промерзания, а для крупнообломочных — любая (для заглубленных зависит от высоты подвала, для мелкозаглубленных от 0,5 м). Можно также выбрать плитный фундамент мелкого или глубокого заложения.
При этом для предотвращения появления сил морозного пучения и подтопления конструкций необходимо предусмотреть следующие мероприятия для фундамента:
- Подсыпка. Под подошву ленты или отдельных столбов предусматривают слой сыпучего материала. Он станет дренирующим и разравнивающим элементом. В качестве материала для создания применяют щебень, гравий, крупный или средний песок. Иногда строители в целях экономии предлагают использовать в качестве подсыпки шлак. Этот материал характеризуется низкой стоимостью, но может привести к негативным последствиям: усадки, опасность для здоровья человека. Толщина подсыпки зависит от характеристик грунта, в среднем составляет 30-50 см.
- Гидроизоляция фундамента. Для ленточного в обязательном порядке потребуется вертикальная обмазка битумом или обработка другими материалами, укладка рулонной изоляции по обрезу фундамента (например рубероида) и отмостка, которая предотвратит попадание дождевой и талой воды.
- Дренаж. Он устраивается по периметру здания на 30-50 см ниже отметки подошвы фундамента. Труба укладывается не дальше, чем на расстоянии 1 метр от конструкции.
При закладке ниже глубины промерзания опорам не потребуется утепление, для мелкозаглубленных оно необходимо. В качестве наиболее оптимального материала для выполнения работ можно назвать экструдированный пенополистирол.
Незаглубленные (плита и лента)
Если УГВ приближен к поверхности, но глубина расположения более 50 см, используют плитные основания и незаглубленные ленточные фундаменты
Важно помнить, что не зарытая в землю лента может устраиваться только для небольших строений и применять ее требуется с крайней осторожностью. Незаглубленные столбчатые опоры использовать нельзя, ввиду их низкой несущей способности
При этом важно позаботится об утеплении фундамента, поскольку он не защищен от морозов слоем почвы. Для заливки ленточного фундамента можно применять опалубку из пенополистирола
Этот элемент не снимается после заливки и служит теплоизоляцией. Для утепления фундаментных плит используют экструдированный пенополистирол, который от обычного отличается более высокой прочностью.
Для обеспечения надежности можно заменить часть грунта на участке на грунт с достаточными прочностными характеристиками. Если имеющийся на участке грунт неустойчивый, можно сделать подсыпку. При этом сложно рассчитать, какое количество материала потребуется, его добавляют до тех пор, пока основание не станет устойчивым, не вытиснится лишняя влага, а сыпучий материал не перестанет уходить в почву.
Свайные
Если УГВ расположен ближе, чем на 50 см от поверхности земли, стоит отказаться от незаглубленных фундаментов в пользу свайных элементов. Возможно два варианта, первый из которых наиболее трудоемкий. Заключается метод в том, что на площадке выполняют временное водопонижение и заглубляют ниже глубины промерзания буронабивные сваи. Второй вариант — винтовые сваи. Это более простой способ. Винтовые сваи также применяют для болотистых участков местности, на которых невозможно применение других типов оснований.
Одним из вариантов буронабивных свай могут стать элементы по технологии ТИСЭ. Это сваи с уширенной нижней частью (напоминают гвоздь со шляпкой вниз). Уширение предотвратит выдергивание под действием сил морозного пучения и увеличит несущую способность.
Какой бы тип фундаментов не был выбран все необходимые действия при глинистых грунтах и высоком уровне подземных вод нужно сделать одновременно и в полном объеме. Только комплекс этих мероприятий позволит предотвратить повреждение фундамента, заложенного выше глубины промерзания при пучинистой почве.
Типы грунтов
Структурный состав почвы во многом определяет ее способность выдерживать длительные нагрузки и не допускать преждевременного разрушения строения. Параметр, определяющий удерживающие способности почвы, измеряют в кг/см².
Таблица: Определение расчетного сопротивления основания (кг/м²) в зависимости от типа грунта
Тип грунтаПлотный (кг/см²)Средней плотности (кг/см²)Крупный песок с включениями гравия65Средний песок54Мелкий песок с низким содержанием влаги43Влажный мелкий песок32Сухая супесь32,5Пластичная супесь2,52Сухой суглинок32Пластичный суглинок31Сухая глина62,5Пластичная глина41
Как видно из таблицы, влажность и плотность почвы сильно влияют на ее удерживающие возможности. Упрощенный расчет фундамента в индивидуальном строительстве производят, принимая несущую способность грунта ≈2 кг/м².
Закладка фундамента на пучинистом грунте
Самым надежным и не подверженным сезонным изменениям является скалистое основание. Но, технический монтаж фундаментов в таких местностях достаточно сложен. Забивные сваи в скальных основаниях использовать не рекомендуется.
Вычисление несущей способности свайно-винтового фундамента
Несмотря на то что свайно-винтовые фундаменты достаточно надежны, а их конструкционные особенности можно рассчитать используя специальный калькулятор, определение удерживающих характеристик фундамента непременно выполняется. Опорные свойства винтовой сваи напрямую зависят от типа грунта.
Таблица: Определение несущих характеристик винтовой сваи
ПочваСтруктураРасчетное сопротивление грунта (кг/см²)Опорная способность винтовой сваи (т), при глубине залегания лопасти (см)150200250300ГлинаПолутвердая64,65,56,156,6Тугая54,154,85,76,4Мягкая43,654,455,055,85Супеси и суглинкиПолутвердая5,54,355,155,856,55Тугая4,53,84,75,46,05Мягкая3,53,44,254,75,4ЛёссМягкая12,252,83,654,4ПесокСредняя159,059,610,511,0Мелкая85,656,357,057,75Пылеватая54,14,955,656,2
Расчет любого фундаментного основания проводится по единой методике, здесь может применяться специальный калькулятор.
Свайно-винтовой фундамент
Последовательность расчета:
- определение коэффициента сопротивления почвы;вычисление массы постройки;определение давления, оказываемого весом здания на опору;сравнение удерживающих характеристик основания и давления, оказываемого постройкой;корректировка конструкции фундаментного основания или параметров сваи.
Верный подбор и расчет винтовой сваи позволит домохозяину сэкономить на ремонтных работах базового уровня дома. Конструктивно сваи отличаются по виду почвы, где устанавливается опора:
- для вечной мерзлоты;для пучинистых и обводненных почв.
Определение прочности бетона фундаментов
Определение прочности бетона производится разрушающим и неразрушающим методом.
Для определения прочности разрушающим методом необходимо изготовление образцов кубов из каждой партии бетона или взятие образцов цилиндров (кернов) выбуренных из тела бетонной конструкции. В лабораторных условиях испытывают образцы согласно требованиям ГОСТ с определением физико-механических, прочностных и деформационных характеристик.
При определении прочности используют приборы механического действия (молотки Кашкарова, Физделя, Шмидта и др.; приборы отрыва, скалывания) (рис. 16). Для определения характеристик бетона существующих конструкций отбирают керны (рис. 17 — 18). В практике широко применяются ультразвуковые методы (рис. 19).
Рис. 17. Высверливание образцов кернов бетона для испытания на прочность в лаборатории
Рис. 19. Определение прочности бетона неразрушающим методом с использованием ультразвукового сканера
Рис. 18. Керны
