Как определить коэффициент водонасыщения грунта: детальное руководство

Степень водонасыщения грунта является одним из наиболее важных показателей, по которому ориентируются проектировщики и строители. Именно от этого него зависят конструкция и размеры фундамента, глубина его заложения.

Влияет он также и на перечень мер, которые необходимо принять, чтобы правильно построить и комфортно эксплуатировать здание. Далее мы поговорим о свойствах влажных грунтов, особенностях земляных работ и устройства фундаментов в таких условиях.

Видео в этой статье поможет вам разобраться, что же такое коэффициент водонасыщения грунта.

Характеристики и свойства грунтов

Устойчивость заглубляемых конструкций и сооружений, их цена и трудоёмкость работ целиком и полностью зависят от характеристик грунта. Кроме уровня влажности, это плотность, коэффициент разрыхления, сцепление грунта и сопротивление сдвигу.

Итак:

• На фото снизу приведена таблица, в которой прописаны все категории строительных грунтов. Плотность, а так же сцепление, определяемое первоначальным сопротивлением сдвигу, влияет на выбор землеройной техники для его разработки. И вообще, природные свойства грунтов взаимозависимы.

• Например: чем меньше плотность грунта, тем сильнее он может увлажниться. Соответственно, пески, супеси и рыхлые суглинки обладают способностью максимально впитывать влагу. Что такое водонасыщенные грунты? Данный показатель характеризуется степенью их насыщенности водой. Это отношение массы влаги в грунте к массе сухих твёрдых частиц, которое выражается в процентном соотношении.

Обратите внимание! Если коэффициент водонасыщения не превышает 5%, то грунт считается сухим. Влажность, превышающая 30%, относится к категории мокрых грунтов. Ну а всё, что между этими двумя показателями – это грунты с неполным водонасыщением.

Влияние водонасыщенности на качество грунта

Рыхлые грунты, а вернее, их свойства, находятся в полной зависимости от присутствия влаги. При определённой степени увлажнения они сначала размягчаются, а затем переходят в пластичное состояние. Если же поры грунта полностью насыщены и ещё остаётся свободная вода, он становится текучим.

Итак:

• Что такое пластичный грунт, мы можем представить себе на примере пластилина. Если к нему не прикладывается усилие, он сохраняет свою форму. При определённом воздействии он, оставаясь сплошной массой, деформируется. Такое же состояние свойственно пылеватым и глинистым грунтам, которые находятся в нём лишь в определённом влажностном диапазоне.

• Под сцеплением грунта подразумевается сопротивление его структурных связей какому-либо перемещению. В основном, это актуально для грунтов I категории, так как они имеют неустойчивую структуру. При строительстве по водонасыщенным грунтам сцепление имеет решающее значение.
• Самый низкий показатель удельного сцепления у рыхлых песков и суглинков. А если они ещё имеют и высокий коэффициент водонасыщения, это доставляет строителям немало проблем. Стоит заметить, что человеку, который своими руками строит дом, справиться с ними без помощи специалистов бывает весьма затруднительно.

• Тут главное – правильно сориентироваться и принять решение о выборе конструкции фундамента. Возможно, не имеет смысла приступать к земляным работам, чтобы возвести фундаментную ленту или залить монолитную плиту. Проблема в том, что при высоком уровне влажности глинистые и пылеватые грунты становятся липкими.
• Это одно из самых неприятных свойств, присущее, в основном, глинам. Липкость усложняет работу землеройной техники, особенно при выгрузке грунта из ковша экскаватора в кузов грузового транспорта. Слабые водонасыщенные грунты в масштабном строительстве вообще не разрабатывают, а ставят здания и сооружения на сваи.

• По мере повышения водонасыщенности грунта из состояния липкости он переходит в состояние размокаемости. То есть, под воздействием влаги он полностью утрачивает свою прочность. Это опять же касается рыхлых песков и суглинков, и по мере их перехода к плотным, малопористым грунтам вероятность размокания пропорционально снижается.

Обратите внимание! Размокание грунта чревато его полным распадом, и чем ниже была его первоначальная влажность, тем быстрее это происходит. Особенно быстро размокает почва с нарушенной структурой – именно поэтому откосы и стенки котлованов нуждаются в укреплении. Дренажные подушки под фундаментом и обратную засыпку пазух приходится плотно трамбовать, хотя вернуть грунту исходную плотность практически невозможно.

• Если под землёй есть напорные воды, то стадия размокания рано или поздно переходит в стадию размывания. Этот процесс достаточно длительный и зависит от уровня минерализации почвы и скорости водного потока. Под его воздействием частицы отрываются и перемещаются, и больше всего этому явлению подвержены пылеватые грунты.

• Плотная глина, благодаря устойчивым структурным связям, размыва практически не боится и вообще считается водоупорным материалом. С одной стороны, это хорошо, так как она не пропускает грунтовую воду к фундаменту. С другой стороны – это плохо, так как поверхностная вода не может уйти в грунт и застаивается. Вот поэтому в основании и устраивается дренажная подушка, и чем она толще, тем лучше.
• Есть ещё такое свойство грунта, как набухание. Оно характеризуется способностью образца увеличиваться по мере насыщения водой в объёме. Мы упомянули даже ещё не все показатели, которые учитываются при проектировании и строительстве зданий. В каждом случае принимаются индивидуальные решения.

Делается это на основе геологического анализа грунта на участке, отведённом под строительство. Такими исследованиями занимаются специализированные организации, имеющие для этого оснащённые необходимым оборудованием лаборатории, а также соответствующих специалистов.

Сооружение фундаментов в водонасыщенных грунтах

Естественно, что конструкциям, непосредственно контактирующим с грунтом, при проектировании уделяется особое внимание. Основная задача – поиск наиболее оптимального решения, которое поможет исключить неравномерную усадку здания.

• Для этого при возведении ленточных и монолитных плитных опор применяют такие меры, как увеличение площади опирания фундамента и изменение глубины его заложения. Если на дне котлована имеется плотный верхний слой, под фундаментной лентой устраивают опорную подушку, и она может быть не только насыпной, но и бетонной (монолитной или сборной). Песчаная подушка обязательна и в этом случае.

В тех местах, где есть вероятность наибольшей осадки, может быть предусмотрен более глубокий подвал либо, наоборот, отметка подошвы фундамента поднимается выше.

Уровни ответственности зданий: что это

Вообще, проектирование нулевого цикла здания связано с уровнем его ответственности. Государственный стандарт устанавливает три таких уровня: повышенный, нормальный и пониженный. К первому уровню относятся все промышленные объекты, высотные здания и уникальные сооружения.

• Жилые дома и прочие здания массового строительства относятся ко второму уровню. К категории объектов пониженной ответственности, относятся постройки павильонного типа и МАФ (малые архитектурные формы). К ним относятся беседки, теплицы, гаражи, небольшие складские помещения и бани – всё, что возводится на приусадебных и дачных участках.

Обратите внимание! К фундаментам частных особняков, таунхаусов, коттеджей и комфортабельных загородных домов предъявляются требования, соответствующие II (нормальной) категории ответственности. А значит, при их строительстве должны быть выполнены геологические изыскания и разработана конструкция фундамента, привязанная к реальным условиям участка.

И вот какие рекомендации по выбору конструкции фундамента для зданий нормального уровня ответственности, дают специалисты:

Разновидность грунта	Рекомендуемый тип фундамента
Пески средней и высокой плотности;Глинистые грунты с нижним показателем текучести 0,75	Строить дом без подвала, на мелкозаглублённом или незаглублённом фундаменте.
Непучинистые грунты	Фундаменты столбчатые, ленточные, монолитная плита. Подвал можно предусмотреть.
Пучинистые грунты	Только ленточный мелкозаглублённый или плитный фундамент. Без подвала.
Водонасыщенные биогенные грунты: торфы, илы, рыхлые пески, текучие глины	Сваи либо плитные фундаменты. О подвалах не может быть и речи.

Как уплотнить основание под фундамент

В масштабном строительстве используют самые разные способы понижения уровня влажности грунта (см. Как выполнить осушение участка с высоким уровнем грунтовых вод). Это и установка вертикальных дрен, и устройство дренажных скважин, и замораживание грунта, и установка иглофильтров. А что же делать обычному частнику, решившему самостоятельно построить дом?

• Основным средством спасения от грунтовой влажности в данном случае является подушка из песка и гравия под подошвой фундамента. С её помощью можно уменьшить величину его заглубления и размеры, лучше распределить давление на грунт и сделать осадку более равномерной. Для устройства ложа под фундамент используют песок, песчано-гравийную смесь, щебень.

• В идеале, это два слоя: сначала песок, затем гравий. Их толщина определяется, исходя из качества грунта и размеров фундамента, и может быть достаточно большой. Но, к примеру, при подготовке основания под небольшой частный дом подушку можно насыпать из одного песка. Только в этом случае толщина насыпного слоя будет, к примеру, не двадцать, а тридцать сантиметров.
• Важно только, чтобы песок был крупнозернистый и ни в коем случае не содержал примесей глины, так как вода в такой подушке будет застаиваться. При разработке котлована необходимо учитывать её толщину. Как уже было замечено, максимальное уплотнение подушки имеет огромное значение, и сделать это нужно правильно.
• Понятно, что для этой цели следует использовать виброплиту, ведь котлован – это не ямка для заборного столба, и подушку в 30 см вручную не утрамбуешь. Тут есть ещё один, очень значимый нюанс: каждому известно, что сухой грунт, а тем более песчаный, вообще невозможно утрамбовать.

• Поэтому при устройстве подушки под фундамент необходимо знать, какова влажность песка. Если она окажется ниже 5%, то по нормам должно производиться его доувлажнение, при этом количество воды определяется расчётом. Насыпают подушку поэтапно, трамбуя каждый слой по отдельности, только вот смачивать песок непосредственно во время утрамбовки не рекомендуется.

Имейте в виду, что если грунтовые воды находятся ближе полуметра к дну котлована, сооружать заглублённый ленточный или плитный фундамент вообще не имеет смысла, так как в результате воздействия сил морозного пучения он может запросто всплыть. В этой ситуации лучше отдать предпочтение свайному варианту, и небольшая инструкция по его обустройству вам будет предложена в следующей главе.

Сваи: панацея для слабых грунтов

Земная кора имеет пластовую структуру, и если на поверхности слабый грунт, то под ним всегда есть более прочный слой. Толщина верхнего слоя может составлять как три метра, так и все пятьдесят, и построить что-либо на таком грунте можно только с помощью свай. Их задача: пройти сквозь некачественный грунт и зацепиться за прочный подстилающий пласт.

Итак:

• Если геологический анализ показал, что грунт на участке слабый, необходимо выяснить, какова глубинная протяжённость этого слоя. Делается это с помощью разведочного бурения. Такие данные просто необходимы для того, чтобы правильно подобрать длину свай.

• В строительстве применяется несколько видов свай: трубные, железобетонные, монолитные и винтовые. Первые два вида – это забивные сваи, монтаж которых возможен только с помощью специализированной техники. Для строительства частных домов используют либо винтовые сваи, либо устраивают фундаменты по технологии ТИСЭ.
• Если описать её кратко, то выглядит она так: в грунте бурят отверстия, вставляют туда асбоцементные трубы, армируют их полость и заливают бетоном, оставляя снаружи выпуски арматуры. Затем по периметру свайного поля устанавливают опалубку, в неё – армирующий каркас, который связывают закладной арматурой свай, и заливают ростверк.

• Винтовые сваи монтируются ещё проще. Их вкручивают в предварительно пробуренные лунки, а полость заполняют щебнем или обломками кирпича и заливают цементным раствором. Армирование не производится, так как оболочка свай стальная и достаточно прочная, чтобы обеспечить прочность фундамента.
• Внутреннее заполнение бетоном осуществляется из соображений защиты металла от коррозии. Оголовки свай обрезают на нужной отметке и закрывают их приваривающимися пластинами. К ним впоследствии крепят швеллер или деревянные балки, которые будут выполнять функции ростверка.

Преимущество винтовых свай перед предыдущим вариантом состоит в том, что их гораздо проще использовать, если строить приходится на участке с неровным рельефом, либо просто в силу климатических условий здание нужно поднять как можно выше над уровнем земли. Если это расстояние превышает 60 см, для придания цокольной части свайного фундамента производят обвязку его периметра уголком или швеллером.