Несущая способность глинистого грунта – какие характеристики определяют, особенности расчета, способы повышения, таблица значений основных видов

Несущая способность грунтов — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Несущая способность грунтов — это способность почвы выдерживать нагрузки.

Карл Терцаги был первым, чтобы представить всеобъемлющую теорию для оценки несущей способности грунтов. Эта теория утверждает, что фундамент мелкого заложения, если его глубина меньше или равна его ширине^{[уточнить]}. Более поздние исследования, однако, показали, что фундаменты с глубиной в 3-4 раза больше его ширины также могут быть определены как фундаменты мелкого заложения.

Терцаги разработал метод определения несущей способности грунта в 1943 году. Уравнения, которые учитывают сцепление грунта приведены ниже.

Для квадратных фундаментов:

qult=1.3c′Nc+σzD′Nq+0.4γ′BNγ {\displaystyle q_{ult}=1.3c’N_{c}+\sigma ‘_{zD}N_{q}+0.4\gamma ‘BN_{\gamma }\ }

Для ленточных фундаментов:

qult=c′Nc+σzD′Nq+0.5γ′BNγ {\displaystyle q_{ult}=c’N_{c}+\sigma ‘_{zD}N_{q}+0.5\gamma ‘BN_{\gamma }\ }

Для круглой плиты-основания:

qult=1.3c′Nc+σzD′Nq+0.3γ′BNγ {\displaystyle q_{ult}=1.3c’N_{c}+\sigma ‘_{zD}N_{q}+0.3\gamma ‘BN_{\gamma }\ }

где

Nq=e2π(0.75−ϕ′/360)tan⁡ϕ′2cos2⁡(45+ϕ′/2){\displaystyle N_{q}={\frac {e^{2\pi \left(0.75-\phi ‘/360\right)\tan \phi ‘}}{2\cos ^{2}\left(45+\phi ‘/2\right)}}}

Nc=5.14 {\displaystyle N_{c}=5.14\ } for φ’ = 0

Nc=Nq−1tan⁡ϕ′{\displaystyle N_{c}={\frac {N_{q}-1}{\tan \phi ‘}}} for φ’ > 0

Nγ=tan⁡ϕ′2(Kpγcos2⁡ϕ′−1){\displaystyle N_{\gamma }={\frac {\tan \phi ‘}{2}}\left({\frac {K_{p\gamma }}{\cos ^{2}\phi ‘}}-1\right)}

c′ -коэффициент сцепления.

σ_zD′ — вертикальное эффективное напряжение на глубине основания.

γ′ — удельный вес грунта

B — ширина или диаметр фундамента.

φ′ — угол естественного трения.

K_pγ — определяется графически. Упрощения были сделаны для избавления от необходимости K_pγ в формуле Кодуто (погрешность 10 %):

Nγ=2(Nq+1)tan⁡ϕ′1+0.4sin⁡4ϕ′{\displaystyle N_{\gamma }={\frac {2\left(N_{q}+1\right)\tan \phi ‘}{1+0.4\sin 4\phi ‘}}}

Для грунтов, испытывающих сдвиговые напряжения Терцаги предложил следующие изменения в предыдущие уравнения. Уравнения приведены ниже.

Для квадратных фундаментов:

qult=0.867c′Nc′+σzD′Nq′+0.4γ′BNγ′ {\displaystyle q_{ult}=0.867c’N’_{c}+\sigma ‘_{zD}N’_{q}+0.4\gamma ‘BN’_{\gamma }\ }

Для ленточных фундаментов:

qult=23c′Nc′+σzD′Nq′+0.5γ′BNγ′ {\displaystyle q_{ult}={\frac {2}{3}}c’N’_{c}+\sigma ‘_{zD}N’_{q}+0.5\gamma ‘BN’_{\gamma }\ }

Для круглой основы:

qult=0.867c′Nc′+σzD′Nq′+0.3γ′BNγ′ {\displaystyle q_{ult}=0.867c’N’_{c}+\sigma ‘_{zD}N’_{q}+0.3\gamma ‘BN’_{\gamma }\ }

Несущая способность грунтов / каркасный дом своими руками

Несущая способность грунта – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома. Несущая способность показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта и измеряется в кг/см² или т/м2. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента. Сама несущая способность грунта зависит от трех факторов: тип грунта, степень его уплотненности и насыщенность грунта влагой. Несущие способности разных грунтов в кг/см² в разном состоянии представлены в таблице 1.

Грунт	плотный	средней плотности
Крупный гравелистый песок	6	5
Песок средней крупности	5	4
Мелкий маловлажный песок	4	3
Мелкий песок, насыщенный влагой	3	2
Супеси сухие	3	2,5
Супеси, насыщенные влагой (пластичные)	2,5	2
Суглинки сухие	3	2
Суглинки, насыщенные влагой (пластичные)	3	1
Глины сухие	6	2,5
Глины, насыщенные влагой (пластичные)	4	1

В таблице 2, указано какую нагрузку может выдержать каждый грунт при опоре на него круглых свай разного диаметра, это особенно важно учитывать при расчёте количества свай под строительство.

Увеличение влажности грунта снижает его несущую способность в несколько раз. Только крупные пески и пески средней крупности не меняют своих свойств при увеличении влажности. Избыточная влажность грунта, скорее всего, связана с высоким уровнем грунтовых вод.

Чтобы узнать несущую способность грунта необязательно обращаться за помощью к геологам, в случае самостоятельного строительства дома можно определить тип грунта на глаз. Для этого простым земляным буром можно пробурить в земле скважину глубиной 2м или выкопать яму лопатой. При этом сразу будет понятно, какой грунт находится на этой глубине и насколько он увлажнен.

Отличить песок от глины не составляет труда: в песке ясно видны отдельные песчинки, при растирании песчаного грунта меду ладонями они отчетливо чувствуются. Крупный песок имеет размер частиц от 0,25 до 5мм, такие частицы хорошо видны невооруженным глазом, а песок средней плотности имеет размер песчинок до 2мм. Супесь содержит не более 10% глинистых частиц, в сухом состоянии она крошится, если скатать из нее шарик, то он рассыпается при легком давлении на него. Суглинок содержит от 10% до 30% глинистых частиц, обладает большей пластичностью, чем супесь. Если из суглинка сделать шар и раздавить его, то он превращается в лепешку с трещинами по краям. Глина – наиболее пластичный грунт, если раздавить шар, сделанный из глины, то он превратится в лепешку, на краях которой не будет трещин.

Влажность грунта можно так же определить на глаз. Если в вырытой яме или пробуренной скважине сухо, т.е. вода там откровенно не скапливается, значит грунт можно считать сухим. Если же на дне скважины через некоторое время накапливается вода, значит уровень грунтовых вод близко и грунт надо считать насыщенным влагой. Влажность и пластичность глины можно определить так: если лопата входит в глину легко и глина хорошо прилипает к лопате, то она пластичная и влажная. В противном случае ее можно считать сухой.

Плотность грунта – величина непостоянная. Находящийся глубоко под землей грунт будет плотным, поскольку на него давят слои грунта, находящиеся выше. При бурении скважины, извлеченный на поверхность земли грунт становится рыхлым и имеет насыпную плотность, которая гораздо меньше. При расчете несущей способности, грунт, находящийся на глубине 0,8-1 м и более можно считать плотным.

Исследование грунта происходит далеко не всегда, и даже при профессиональном проектировании дома, таких данных может не быть. Поэтому зачастую для упрощенных и приблизительных расчетов, несущую способность грунта принимают равной 2 кг/см².

Читайте так же:

• Глубина промерзания грунта
  Промерзание грунта приводит к его пучению и негативному воздействию на фундамент здания. Глубина промерзания зависит от типа грунта и климатических условий.

• Уровень грунтовых вод
  Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.

• Пучинистый грунт
  Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению, при промерзании он значительно увеличивается в объеме. Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому закладывать фундамент на пучинистом грунте без принятия мер против пучения нельзя.

• Силы морозного пучения грунтов
  Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки и способны выдавить фундамент дома из грунта.

• Расчет фундамента для дома: нагрузка на фундамент и грунт
  На этапе проектирования будущего дома в числе прочих расчетов необходимо выполнить расчет фундамента. Цель этого расчета – определить, какая нагрузка будет действовать на фундамент и грунт, и какой должна быть опорная площадь фундамента. Для того, чтобы определить суммарную нагрузку на фундамент, необходимо посчитать вес будущего дома со всеми эксплуатационным нагрузками (проживающими там людьми, мебелью, инженерным оборудованием и т.п.)

как рассчитать, чтобы не прогадать

Мало построить дом – нужно построить его так, чтобы с годами в стенах не появились трещины, а само жилище не стало «проседать» и разрушаться. На практике такое случается нередко, а все – из-за ошибок, допущенных при закладке фундамента. В том числе, при оценке такого важного показателя как несущая способность грунта, находящегося под будущим домом. Чтобы верно его рассчитать, необходимо учесть несколько основополагающих факторов, а именно: тип, плотность и увлажненность грунта.

Говорим на языке специалистов

Разрушение дома из-за иного грунта

Твердые составляющие и капилляры, заполненные воздухом и влагой, – вот, то такое грунт. Он не имеет постоянной величины и под воздействием веса фундамента, здания, его «начинки», а также снежного покрова меняет объем, что ведет к смещению конструкций.

Когда столбик термометра за окном опускается ниже нулевой отметки, грунт может пучиниться и подниматься. Это связано с тем, что влага при минусовых температурах превращается в лед, что приводит к разрушению фундамента.

Выяснив несущую способность, можно определить, какую нагрузку способен выдержать грунт без негативных последствий для находящихся на нем построек. Основная единицы измерения – т/м2 или кг/см2. При расчетах действует принцип обратной пропорции: чем хуже он выдерживает нагрузку, тем масштабней должна быть площадь будущего фундамента. Главное же правило гласит, что среднее значения давления под подошвой не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания.

Разновидности грунтов

Существует две основных группы, которые, в свою очередь, также делятся на несколько разновидностей.

Песчаные (осадка происходит быстро):

• гравелистые и крупные – имеют высокую несущую способность, не теряют своих свойств даже при достаточно сильном увлажнении;
• средней крупности – при обилии влаги несущая способность значительно снижается;
• мелкие и пылеватые – характеризуются низкой несущей способностью.

Работа на глинистой почве

Глинистые (осадка происходит медленно):

• глины – с одной стороны, они «вязкие» по консистенции, поэтому рекомендованные для строительства; с другой – могут содержать высокое количество влаги, а значит, подвержены морозному пучению;
• суглинки – подвержены пучению в средней степени;
• супеси – менее всего подвержены пучению.

Скальные (можно не бояться осадки). На самом деле это не совсем грунт, а сплошная горная порода. Он обладает огромным количеством преимуществ, в том числе: не пропускает воду, не сжимается, не пучинится при морозе и не накапливает влагу.

Крупнообломочные, или конгломераты (риск осадки фундамента сводится к нулю). Он состоит из различных «ингредиентов»: камней, щебенки, гравия и т.д. Если он имеет включения песка, то будет подвержен вспучиванию; если содержит в своем составе глину – грунт будет непучинистым.

И, наконец, торфяные. Они рыхлые, сжимаются неравномерно, а потому абсолютно не подходят для строительства. Такой грунт необходимо либо снять, либо максимально обжать и уплотнить.

Как определить тип грунта?

Большинство строителей-«любителей» определяют тип грунта на глаз и на ощупь. Для этого на участке пробуривается скважина глубиной до двух метров в среднем. Дальнейшая логика понятна:

Разновидности грунтов

1. «песчанка» в основном состоит из частиц различных фракций. Если намочить крупнозернистый песок, то даже в таком состоянии из него будет сложно что-либо слепить.
2. супесь: в сухом состоянии ее удастся скатать в комочек, однако он быстро рассыпается.
3. суглинок более пластичный, но если сдавить комок, то можно получить потрескавшуюся лепешку;
4. шарик, полученный из глины, при раздавливании также превращается в лепешку, но без трещин по краям.

Скальные и крупнообломочные типы грунтов определить еще легче благодаря их специфической структуре.

Однако надежней всего воспользоваться услугами профессионалов – геологов, которые с максимальной точностью определят, к какой категории можно отнести грунт, находящийся на том или ином участке.

В центре внимания – сейсмичность

Прочность грунта снижается там, где существует вероятность подземных вибраций. В подобных случаях он приобретает пагубные свойства псевдожидкого состояния, и также неспособен выдержать большие нагрузки. Поэтому, если стройка ведется там, где нередко случаются землетрясения, при расчетах необходимо учитывать еще один показатель – сейсмичность. Он определяется следующим образом: расчетное сопротивление делится на 1,5.

Все дело в водах

Еще один важнейший показатель, характеризующий способность грунта выдерживать большие нагрузки, – уровень залегания подземных вод, или УГВ. Данный показатель свидетельствует, на какой глубине ниже уровня земли находится первый водоносный слой. Чем он выше – тем хуже показатели несущей способности грунта. Кроме того, высокий УГВ – это стопроцентная гарантия того, что без регулярного дренажа и качественной гидроизоляции цокольные этажи и подвалы дома периодически будут затапливаться.

Определить УГВ можно с помощью инженерных изысканий, либо самостоятельно. Первый признак – пышная растительность на участке строительства. Но более надежный способ – пробурить скважину глубиной 2-2,5 метра и в течение суток наблюдать за ее состоянием. Уровень воды, скопившейся за это время, и станет показателем УГВ, который следует брать в расчет при проектировке фундамента.

Закрепляющий эффект

«Слабый» грунт – не приговор, а руководство к решительным действиям. Его можно закрепить с помощью ряда мероприятий. Но для начала необходимо подготовить основания под будущий фундамент. Существует несколько способов добиться желаемого эффекта:

1. Осушение – для этого необходимо организовать на участке осушительные и дренажные канавы.
2. Грунтовая подушка – слабая «основа» под дом меняется на слой из строительных отходов, крупных камней, гравия и т.д.
3. Уплотнение – осуществляется с помощью виброплит или катков (кулачковых, пневмоколесных, решетчатых и с гладкими вальцами).
4. Закрепление – практикуется лишь крупными строительными организациями, оснащенных соответствующим оборудованием и использующих определенные вяжущие материалы. В арсенал методов по закреплению входят: силикатизация, смолизация и битуминизация.

Основные ошибки, которые нельзя допускать

• Нередко люди отказываются от проведения испытаний, позволяющих определить состояние грунта. При этом они изначально проектируют фундамент, рассчитанный на наихудшую несущую способность. А зря, это может существенно удорожить строительство, – особенно, если речь идет о двух- или трехэтажных домах из бетона и кирпича.

  Результат допущенной ошибки

• В некоторых случаях оценка производится на недостаточной глубине – до полутора метра. Но следует помнить, что максимально точную информацию можно получить лишь с глубины от двух метров.
• Очень часто низкую несущую способность стараются нивелировать с помощью фундамента с очень большой площадью. Но этого недостаточно: следует также отказаться от строительства дома с большим количеством этажей, массивной основой и тяжелыми материалами.

ФУНДАМЕНТально о грунте

При строительстве важна каждая деталь, и данные о несущей способности грунта – основополагающие величины, которые следует рассматривать при закладке фундамента. Состояние грунта характеризуется его:

• плотностью и пористостью
• сезонной влажностью;
• уровнем подземных вод.

Максимально плотный и утрамбованный грунт, с низким уровнем влажности способен выдержать самые высокие нагрузки. Таким образом, наилучшей несущей способностью обладают скальные породы и конгломераты; чуть хуже «ведут» себя гравелистые и крупные песчаные, а также глинистые грунты (при низком уровне залегания подземных вод). Зато от строительства на черноземах и торфах лучше отказаться.

Определить тип грунта и уровень залегания вод, влияющих на его состояние, можно своими силами. Но целесообразней обратиться к специалистам, которые проведут инженерно-геологические изыскания и дадут точную оценку.

При строительстве необходимо также учитывать уровень сейсмичности на данном участке.

Если в силу своей специфики грунт не в состоянии выдерживать большие нагрузки, его можно закрепить. Для этого существует несколько способов, актуальных как в случае частного строительства малоэтажного жилья, так и при возведении многоэтажек.

Расчет несущей способности грунта

Несущая способность грунта – это необходимая характеристика, необходимая при строительстве дома, которая показывает, какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Так же она определяет опорную площадь фундамента дома, чем хуже способность грунта, тем больше должна быть площадь фундамента.

Несущая способность грунта зависит от следующих факторов:

• Типа грунта.
• От степени уплотненности и насыщенности грунта влагой.

Несущие способности различных грунтов

Тип грунта	Плотный, кг/см²	Средней плотности, кг/см²
Крупный гравелистый песок	6	5
Песок средней крупности	5	4
Мелкий маловлажный песок	4	3
Мелкий песок, насыщенный влагой	3	2
Супеси сухие	3	2,5
Супеси, насыщенные влагой (пластичные)	2,5	2
Суглинки сухие	3	2
Суглинки, насыщенные влагой (пластичные)	3	1
Глины сухие	6	2,5
Глины, насыщенные влагой (пластичные)	4	1

Увеличение влажности грунта обязательно снижает в несколько раз его несущую способность. Пески средней крупности и крупные пески не меняют своих свойств, при увеличении влажности. Избыточная влажность грунта, как правило, зависит от наличия грунтовых вод на участке.

Узнать несущую способность грунта можно при помощи специалистов, или самостоятельно. Для этого необходимо земляным буром пробурить скважину в земле глубиной 2 метра. Это позволит определить тип грунта и его увлажненность.

Песок от глины отличить легко, в песке ясно видны отдельные песчинки. Крупный песок имеет размер частиц от 0,25 до 5 мм, средний – до 2 мм. Супесь содержит до 10% глинистых частиц. Суглинок содержит глинистых частиц до 30%. Глина – самый пластичный грунт, его легко можно скатать в шарик, а при его сжатии по краям не появятся трещины.

Влажность грунта можно определить визуально, если в вырытой яме сухо – грунт сухой, если же в яме через некоторое время скапливается вода – грунт насыщен влагой.

Во время строительных работ далеко не всегда исследуется несущая способность грунта, обычно используют приблизительные расчеты 2 кг/см².

Необходимо рассчитывать несущую способность грунта при следующих видах строительных работ:

• Реконструкция, так как при возведении надстроек или пристроек возможно увеличение нагрузки на существующий фундамент.
• Перепланировка, так как меняется нагрузка на фундамент за счет перегородок и стяжек.
• Капитальный ремонт, при замене перекрытий или установке дополнительного оборудования увеличивается нагрузка на фундамент.
• При проседании грунта.
• При появлении трещин в фундаменте.

Расчет несущей способности грунта необходимо проводить совместно с анализом грунта.

Определение несущей способности грунта — sprosigeologa.ru

Определение расчетного сопротивления грунта

В понятие расчетного сопротивления R вкладывается следующий смысл: это максимальное давление от фундамента, которое грунт может выдержать в линейном диапазоне деформаций. Это значит, что до определенного давления деформации грунта происходят по линейным законам, а, начиная с определенной величины, деформации идут нелинейно. Величина R как раз соответствует границе «смены» закономерностей деформации.

Теоретически можно нагружать фундамент до величин, превышающих R, но в таком случае прогноз (расчет осадок) должен выполняться по сложным формулам, учитывающим пластические деформации и ряд других нюансов. В нормативных документах все расчеты на осадки и крены ведутся по линейным зависимостям, отсюда и требование не превышать порог величины R.

Определение расчетного сопротивления выполняется для грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, по формулам раздела 5.6 СП 22.13330.2016. Ключевые геологические параметры, от которых зависит R – это угол внутреннего трения и сцепление, т.е. прочностные свойства. Многочисленные коэффициенты зависят от угла внутреннего трения и берутся по таблицам упомянутого свода правил. Плотность тоже присутствует в формуле, но ее влияние незначительно. В свою очередь, сцепление и угол внутреннего трения очень сильно зависят от разновидности грунта, его консистенции (для глинистых), наличия включений, генетического типа (происхождения) и даже возраста.

Желательно, чтобы свойства определялись опытным путем (полевыми или лабораторными методами), но для зданий и сооружений III уровня ответственности допускается использовать табличные величины. Они зависят от типа грунта, его гранулометрического состава (для песков) и консистенции (для глинистых), коэффициента пористости. Обращаю внимание, что эти цифры можно использовать только для четвертичных отложений и юрских глин.

Главная—>Фундаменты—>Определение несущей способности грунта

Несущая способность грунтов

Планирование строительства дома — важная и ответственная работа, требующая определенных навыков. При создании проекта дома необходимо учитывать ряд факторов, которые могут повлиять на весь рабочий процесс.

Что же нужно учесть в первую очередь?

Важно знать, что несущая способность грунтов является основной характеристикой, указывающей на степень нагрузки, которую может выдержать единица площади грунта. Как правило, измеряется она в т/м2 или кг/см2 . Этот показатель позволяет определить, какими свойствами должна обладать опорная площадь фундамента.

Как правило, определяют три основных характеристики грунта, которые сказываются на его несущей способности. Это насыщенность грунта влагой, его уплотненность и тип.

Несущая способность грунтов в значительной мере снижается при увеличении влажности. Неизменными остаются только свойства песков средней крупности. Об избыточной влажности может говорить высокий уровень грунтовых вод. В таких случаях вовсе не обязательно прибегать к помощи геологов, ведь этот показатель вполне можно определить самостоятельно. Необходимо выкопать лопатой яму глубиной 2 м (или пробурить скважину земляным буром), этого будет вполне достаточно для того, чтобы определить тип грунта и степень его увлажненности.

Определить тип грунта можно на глаз. Распознать песок не составит труда ни для кого. Суглинок же обладает пластичностью и содержит до 30 % глинистых частиц, супесь – более хрупкий материал и легко рассыпается при оказании малейшего давления на комок, а вот глина является самым пластичным грунтом и при сжатии превращается в лепешку. По количеству содержания воды в вырытой яме можно определить влажность земли и близость расположения грунтовых вод.

Также несущая способность включает в себя показатели плотности грунта. Однако эту величину нельзя назвать постоянной. На находящийся глубоко под землей слой грунта оказывают давление другие слои, которые находятся выше, поэтому, когда его извлекают на поверхность, то его насыпная плотность оказывается гораздо меньше. Таким образом, рассчитывая несущую способность, грунт можно считать плотным только при условии его нахождения на глубине 0,8-1 м.

Нужно отметить, что далеко не всегда производятся соответствующие исследования, поэтому для упрощения расчетов принято считать, что несущая способность грунтов является равной 2 кг/см2.

Однако при подготовке к строительству не всегда грунт соответствует тем показателям, которые нужны для установления фундамента в соответствии с проектом здания. Современные технологии дали возможность оказывать влияние на качество грунта, поэтому существует ряд технологий, которые предпринимают для его укрепления.

Застройщикам просто необходимо проводить меры, которые обеспечивают защиту и укрепление грунтов. В первую очередь защита требуется для предотвращения ветровой, водной и механической эрозии почв.

Для укрепления грунтов существует несколько наиболее распространенных технологий, например, увеличение  механических свойств, которое осуществляется за счет введения специальных элементов в грунтовые конструкции (называется армированием). Также можно провести химическое укрепление грунтов, которое достигается путем преобразования их состава за счет обработки химическими реагентами. Использование вяжущих материалов, таких как деготь, битум, цемент, органические и минеральные отходы, также способствует укреплению грунтов.

Важно понимать, что после того как строительство дома окончено, может произойти его усадка, под весом всей конструкции и от проседания фундамента. Неравномерные нагрузки зачастую оказываются причиной возникновения трещин, что впоследствии ведет к разрушению целого здания. Далеко не всегда низкая несущая способность грунтов является главной причиной, которая может привести к таким последствиям. Однако для того, чтобы правильно выбрать тип фундамента, эта величина должна быть учтена в первую очередь.