Основанием любого фундамента является грунт, от несущей способности которого зависит надёжность всего строения. Основание может быть естественным и искусственным. Для правильной привязки проекта к местности нужен целый ряд показателей, среди которых — тип грунта, глубина его промерзания, насыщенность почвенными водами, уровень грунтовых вод, рельеф поверхности и т.д.
К естественным относятся все категории грунтов, структура которых формировалась веками под действием природных процессов. Все насыпные грунты, а также грунты, к которым применялись технологии укрепления, считаются искусственными.
Естественные грунты условно можно разделить на скальные и не скальные. Скальные грунты представляют собой сцементированные и спаянные, залегающие в виде сплошного массива или трещиноватого слоя породы. Скальные грунты характеризуются высоким показателем прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии. Это могут быть массивы изверженных пород с кристаллической структурой, характеризующейся значительной плотностью и малой влагоемкостью, или слоистые структуры, представляющие собой осадочные породы, сложенные из песчаников, известняков, доломитов и глинистых сланцев. Скальные грунты являются хорошим основанием для строительства, поэтому на них можно возводить дом любых габаритов и этажности, не опасаясь просадок и усадок. Единственная сложность, с которой неизбежно столкнется владелец участка, это разработка скального грунта.
К не скальным грунтам относят: крупнообломочные, песчаные и глинистые структуры. Крупнообломочные не сцементированные грунты, которые содержат более 50% массы обломков кристаллических пород с размерами частиц более 2 мм. Как правило, несущая способность таких грунтов достаточно высока и может выдержать вес дома в несколько этажей. Песчаные сыпучие грунты в сухом состоянии содержат менее 50% массы частиц от 1 до 2 мм и не обладают пластичностью. Пески состоят из жестких частиц, имеющих форму зерен. В зависимости от размера частиц различают гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые пески. Плотные, равномерно залегающие крупные или средние пески, не размывающиеся водой, практически не подвержены вспучиванию. Песчаные грунты в своем большинстве являются идеальной основой для строительства при условии, что они не подвергаются размывающему действию грунтовых вод. Все преимущества песчаных грунтов проявляются особенно ярко, если уровень грунтовых вод находится ниже уровня промерзания, характерного для данного региона. Если уровень грунтовых вод в песчаных грунтах выше глубины промерзания, то сооружать фундаменты следует с обязательным армированием стальными прутами (рис. 1 и 2).
Чем крупнее песок, тем большую нагрузку он может воспринимать. Сжимаемость плотного песка невелика, а скорость уплотнения под нагрузкой значительна. Поэтому осадка зданий, основанием которых является песок, быстро прекращается. Пески имеют большую водопроницаемость и поэтому не обладают свойствами пучения при замерзании.
Водонасыщенные пылевато-песчаные грунты с примесью мелких глинистых частиц называются плывунами. Они не могут служить основанием для фундаментов дома из-за большой подвижности и низкой несущей способности. Глинистые связанные грунты с пластичностью 0,01 состоят из очень мелких частиц, размеры которых меньше 0,005 мм. В отличие от песчаных грунтов глины имеют тонкие капилляры и большую поверхность соприкосновения частиц между собой. Глинистые грунты способны сжиматься, размываться. При этом сжимаемость глины выше, чем у песков, а скорость уплотнения под нагрузкой меньше. Поэтому осадка зданий, фундаменты которых размещаются на глинистых грунтах, продолжается более длительное время, чем на песчаной почве. Глинистые грунты с песчаными прослойками легко разжижаются и поэтому обладают небольшой несущей способностью.
Сухая глина, слежавшаяся в течение многих лет, считается хорошим основанием для фундамента дома. Глина, поры которой заполнены влагой, при промерзании пучится, увеличиваясь в объеме. Морозное пучение грунтов относится к физико-механическим процессам, в результате которых промерзающий грунт приобретает напряженно-деформированное состояние под действием термодинамических изменений. Суть этих процессов: присутствующая в грунте влага увеличивается в объеме, в результате чего происходит подъем грунта. И чем больше влаги находится в грунте, тем сильнее он увеличивается в объеме при замерзании. В пористых грунтах это явление менее заметно, так как при замерзании грунт расширяется в сторону пор, заполняя пустоты. И чем больше пористый грунт, тем меньше вероятность его пучения. Кроме того, промерзание грунта происходит постепенно и начинается этот процесс сверху, проникая все глубже и глубже. Замерзший грунт начинает вытеснять находящуюся в нем влагу, которая через поры уходит в нижние слои грунта. В пористых грунтах влага беспрепятственно проходит сквозь поры и пучение грунта не происходит. Глина же, как известно, плохо пропускает влагу, она не уходит вниз, вызывая тем самым подъем замерзшего грунта.
Суглинки и супеси представляют собой смесь песка, глины и пылеватых частиц. Суглинки содержат от 10 до 30% глинистых частиц, супеси — от 3 до 10%. По своим свойствам эти грунты занимают промежуточное положение между глиной и песком. Грунты с органическими примесями (растительный грунт, ил, торф, болотный грунт и т.п.) неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают большой и неравномерной сжимаемостью, поэтому в качестве естественных оснований непригодны.
Искусственные основания состоят преимущественно из насыпных грунтов. В отличие от естественных, насыпные грунты имеют неоднородный состав и сложение, неравномерную сжимаемость, способность уплотняться с течением времени под действием собственного веса и приложенных нагрузок. Такие грунты в большинстве случаев (за исключением регулированных насыпных грунтов) не используются в качестве естественного основания. К просадочным грунтам с возможной просадкой от собственного веса более 5 см принимают меры по укреплению или устранению возможности просадки. Для этого:
- грунт уплотняют тяжелыми трамбовками;
- устраивают песчаные подушки (рис. 3);
- предварительно замачивают грунты в пределах всей просадочной площади;
- увеличивают величину заглубления фундамента до отметки ниже просадочных грунтов;
- устанавливают по периметру фундамента буро-набивные сваи;
- используют водозащитные меры для предотвращения возможных просадок.
В зависимости от состояния грунта может быть применен один из способов его укрепления, предназначенный для увеличения несущей способности. Чаще всего такая надобность возникает при возведении зданий двух и более этажей. Строительная практика обладает многими способами искусственного укрепления грунтов. Необходимость искусственного укрепления грунтов может определяться проектом.
