Как определить несущую способность грунта под фундамент

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

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.

Расчет

Расчет несущей способности — это основная цель геологических изысканий. Выполнять его можно только после определения типа пород внутри скважин и получения чертежей геологических разрезов на территории строительной площадки.

Чертеж поможет определить положение слоев пород в толще земли и даст представление о возможности строительства на площадке.

Несущая способность (R) определяется по формуле согласно алгоритму:

1. Значение R0 (сопротивление осевому сжатию) определяется с помощью таблицы и напрямую зависит от типа грунта;
2. Рассчитывается глубина промерзания. Это значение индивидуально для каждого региона. Будет зависеть от типа пород в верхних слоях;
3. Выбирается оптимальная глубина заложения в толще одного из прочных слоев непучинистого грунта, ниже глубины промерзания;
4. Выполняется расчет по формулам: R=R0*[1+k1*(b-100)/100]*(d+200)/2*200 — при принятой глубине заложения до 2 м и R=R0*[1+k1*(b-100)/100]+k2*g*(d-200) — когда глубина заложения превышает 2 м.

Данные для расчета:

• k1 — коэффициент берется из таблицы в зависимости от вида породы. 0,125 для устойчивых крупнообломочных или песчаных и 0,5 для глин, супеси и суглинков;
• k2 — применяется для расчетов несущей способности устойчивых пород (слежавшиеся крупнообломочные или песчаные породы);
• g — необходим для нахождения удельного веса грунта от подошвы слоя и до нижней части фундамента или следующего слоя;
• b — ширина, опирающейся на основание части фундамента;
• d — глубина заложения.

После нахождения фактической несущей способности ее сравнивают с требуемой. Если вторая будет больше первой, то придется менять конструкцию будущего дома (увеличивать площадь опирания фундамента на основание или глубину заложения, менять вид фундамента, выбирать в качестве основания другой, более прочный слой).

Как самому определить тип грунта на участке

Классификация почвы – сравнение механических и физических параметров искомого грунта с характеристиками, используемыми в нормативах. Самостоятельная оценка является ориентировочной и приблизительной, поэтому при расчете несущая способность берется с некоторым запасом.

Визуальный метод определения:

1. Глинистая почва при растирании в сухом состоянии дает ощущение порошка, комья трудно раздавливаются. Увлажненная глина остается мягкой и пластичной, мажется на пальцы, скатывается в колбаску. Лепешка при сдавливании получается без краевых трещин.
2. Суглинки в сухом виде дают ощущение песчаных крупинок, комья легко рассыпаются при ударе. Влажная масса скатывается в колбаску, но при сгибании дает трещины, а лепешка получается с разломами по краям.
3. Супесчаный грунт в сухом состоянии напоминает муку или пыль. Влажная масса образует комья малой прочности, которые рассыпаются. У влажной массы отсутствует пластичность, она не скатывается в кольцо, не расплющивается в лепешку.

Песок представляет собой рыхлую массу без связи между мелкими частицами. В сухом состоянии просыпается между пальцами, а во влажном виде отсутствует пластичность, липкость и связность.

Несущая способность фундамента

После возведения дома, фундаменту будет какое-то время “усаживаться” — грунт под тяжестью постройки сжимается и утрамбовывается. Несущая способность фундамента — это максимальная нагрузка, которую выдержит основание дома без разрушения и деформации в данном грунте.

На нее влияет масса стройматериалов, конструктивные особенности объекта, погодные условия, тип и конструкция кровли, климатические и другие условия.

Для расчета нагрузок на фундамент необходимо сложить следующие показатели:

• Масса постройки,
• Полезные эксплуатационные нагрузки,
• Нагрузки от давления ветра,
• Если дом стоит в холодном климате, то снеговые нагрузки.

Актуальная продукция

Основные этапы расчета

Карта глубины промерзания грунта

При проектировании подразумевается, что нагрузка от веса строения распределяется равномерно по площади опоры. Во влажных суглинистых и глинистых почвах жидкость замерзает быстро, грунт вспучивается. Такая особенность этих типов негативно сказывается на несущей способности.

Аналогично действует высокая отметка почвенных вод, если глубина замерзания находится значительно ниже. Неравномерность такого процесса ведет к перекосу фундамента и появлению трещин, в результате дом требует ремонта уже через 2 – 3 года.

Расчет ленточного фундамента предполагает проведение этапов:

• нахождение массы строения путем сбора полезных и вредных нагрузок на конструктивные элементы дома;
• выбор размеров опоры;
• корректировка габаритов после окончательного расчета и проверки параметров.

Ошибки проектирования заключаются в том, что глубина примыкающего основания делается больше, чем подошва существующей опоры строения. Прочность фундамента страдает, если он делается на мелкой глубине (50 см) от уровня пола из газобетона, что часто встречается в гараже или подобных строениях. Нельзя допускать, чтобы на основание дома перераспределялись усилия, которые больше, чем несущая характеристика опорной части.

Определение веса конструкций дома

Нагрузка стен и перекрытий на фундамент

Для начала определяется вид грунта и высота стояния почвенных вод для региона строительства. Учитываются материалы, которые применяются для конструкции каркаса здания, кровли, наружной и внутренней отделки. Планировка строения, его этажность и вид крыши берется из архитектурных и строительных чертежей.

Приблизительная масса дома складывается из постоянной и временной нагрузки. К постоянной относится собственный вес стен, кровли, перекрытий. Учитывается давление земли и почвенных вод на боковые стенки основания.

Временная нагрузка бывает:

• длительная;
• кратковременная;
• особый вид.

К длительному давлению относится усилие, передаваемое от оборудования, воздействие веса материалов, хранящихся на складе, мебели. Кратковременное усилие возникает при нахождении людей, нагрузка включает вес подъемных механизмов в производственных цехах, действие снега и ветра на крышу.

Определение размеров фундамента

Площадь основания определяется так, чтобы в процессе эксплуатации не наблюдалась осадка грунта. Нагрузка на почву уменьшается, если квадратура и периметр подошвы увеличивается. Для ленточного типа делают больше ширину по всей протяженности, а для столбчатого повышают число опор, увеличивая их габариты (до 500 мм по ширине и длине).

Размер фундамента принимается стандартный (500 мм) для двухэтажных или одноэтажных дачных строений, т.к. нагрузка от здания небольшая и грунт не осаживается со временем. Специалисты рекомендуют столбчатые опоры без существенного увеличения горизонтальных размеров. Если требуется увеличить несущую способность, расширяется нижняя часть опоры и столб приобретает вид перевернутого стакана.

В остальных случаях габариты основания зависят от толщины стен дома и глубины замерзания почвы в зимний период. Под тяжелое здание из кирпичных стен (500 мм) и железобетонного перекрытия делают ленточный монолитный фундамент с армированием или применяют сборные блоки. В строении с подвалом также делается ленточный тип, но основание заглубляется ниже подполья. Толщина ленты делается аналогично размеру стены.

Корректировка размеров фундамента

Исправление и подгонка размеров делается для выбора наиболее выгодного варианта, чтобы правильно рассчитать бетон на фундамент по выбранным габаритам основания. Если полученная несущая способность превышает расчетную нагрузку от строения на 15 – 20%, в целях экономии габариты опоры можно уменьшить.

Откорректированные размеры по ширине и длине проверяются новым расчетом. Учитывается обстоятельство, что при сборе нагрузок следует брать изменившуюся кубатуру фундамента и его уменьшенный вес.

Окончательный подсчет ведется по формуле Н > к · Р / (d · R), где:

• Н — несущая способность, зависит от размеров основания;
• к — коэффициент расчета надежности, постоянно равен 1,2;
• Р — нагрузка дома, посчитанная сбором усилий;
• d — табличный коэффициент, зависит от вида почвы и типа строения;
• R — сопротивление грунта, принимается по таблице.

Виды фундаментов в зависимости от материала

Деревянный

Самый дешёвый и простой вариант. Для изготовления нужен деревянный брус. Такой вид рекомендуется устанавливать под мобильное сооружение, так как его легко демонтировать и перенести на новое место.

Минусом варианта является его недолговечность, так как дерево может быстро сгнить под воздействием влаги.

Для изготовления фундамента приобретается деревянный брус с сечением от 10 см. После разметки участка при помощи шнура выкапывается траншея. Брус закладывается в почву на половину высоты.

Для защиты от влаги дерево оборачивают рубероидом или другим изолирующим материалом. Можно также обмазать его специальной защитной мастикой. Для большей устойчивости дно траншеи можно засыпать мелким щебнем.

Это также поможет дополнительной гидроизоляции материала. После укладки брусья соединяются между собой скобами.

Блочный

Рекомендуется к применению в местах, обладающих излишней влажностью. Как вариант можно использовать бывшие в употреблении бетонные бордюры.

Для его изготовления по нанесённой разметке роют траншею шириной около 25 см. Глубина определяется уровнем промерзания почвы, характерным для определённой местности. Дно траншей на 10 сантиметров засыпается гравием или щебнем. Сверху на гравий заливается цементный раствор.

По всему периметру укладывается слой блоков, начиная с углов. В пустоты заливают раствор, а пустоты по краям заполняются почвой. Верх блоков выравнивается цементной смесью.

Этот вид должен получиться вровень с почвой. На него укладывается слой красного кирпича, высотой примерно в пять рядов, скрепляя всё цементной смесью. Швы между кирпичами тщательно заделываются.

Кирпично-бетонный

Траншея в этом случае роется меньшей глубины, примерно 10-15 сантиметров. Но если вы планируете выращивать в теплице рассаду, такое основание не подойдёт. Мороз вполне может забраться внутрь сооружения и погубить растения. Кирпичный фундамент подходит для теплиц, в которых растения выращиваются в весенне-осенний сезон.

Ширина траншеи для кирпичного основания должна быть 20-25 см. Земля, для защиты от разрушения, укрепляется опалубкой из досок. В опалубку заливается бетонная смесь вровень с почвой. Бетон выравнивается по уровень и в него вставляются анкерные болты для будущего крепления каркаса теплицы.

Через неделю после заливки, когда бетон застынет, на бетон укладывают ряд красного кирпича. Кладку нужно производить таким образом, чтобы не было пустых мест между рядами, а болты располагались в швах между кирпичами.

Точечный на опорных столбах

Это особый вид основания для небольших теплиц исключительно весенне-летнего использования. В то же время это самый простой и быстро возводимый, а также самый дешёвый вариант. Для установки используются опорные столбики из бруса, бетонных блоков или обычных пеньков. Высота их равна 50 см, количество определяется размерами теплицы. Шаг между столбиками должен быть метр.

По разметке в соответствии с размерами теплицы устанавливают столбики, начиная с углов. Заделка производится вровень с почвой. На врытые столбики укладывается строительный уголок для крепления каркаса теплицы.

Бетонный

Этот вид основания теплицы является альтернативой блочному. Для его изготовления используется готовая или приготовленная самостоятельно бетонная смесь, состоящая из цемента, песка и щебня(1:3:5).

Начинается заливка с подготовки деревянной опалубки. Щиты устанавливаются по периметру разметки в вырытую траншею. Дно траншеи застилается слоем песка, на него устанавливается опалубка. Высотой 40 см. Доски заглубляются на высоту 20 см.

В готовую опалубку равномерно по всему периметру, послойно заливается бетонная смесь. Каждый слой тщательно утрамбовывается. Для крепости в бетон закладывается металлическая арматура. Надземную часть можно закончить слоем кирпичей в несколько рядов.

После полного затвердения, примерно через 7-10 дней опалубка снимается. Такой основание является наиболее прочным и долговечным. К тому же он является наиболее надежной защитой внутреннего пространства теплицы от грызунов и холода. Капитальная теплица на фундаменте обычно устраивается именно на этом материале.

Технология монтажа фундамента

Фундаменты, которые можно отнести к монолитно-бетонным основаниям, существует много. Отличаются они спецификациями, используемыми компонентами и т.д. Среди основных видов особенно востребованы:

Столбчатый фундамент — Устройство фундамента этого варианта основания подразумевает конструкцию из отдельных столбов, связанных между собой ригелями из бетона и заливающихся по краям будущего сооружения. В результате получается отличное основание для небольших построек и малоэтажного строительства из дерева и кирпича. Рабочий процесс в данном случае не требует использования тяжелой и сложной строительной техники;

Ленточный фундамент — основание по своей структуре является полосой из железобетона, углубленной ниже уровня промерзания грунта. Основные параметры устройства такого фундамента, его ширина, тип используемого бетона, структура и высота определяются на стадии проектирования, исходя из веса будущего здания, его структуры и количества этажей. Как правило, такие основания выбираются для возведения каменных частных строений, имеющих в цокольном этаже подвалы или гаражи;

Железобетонная монолитная плита — выбирается в основном на сложных грунтах, на глинистой, торфяной почве или с большой глубиной промерзания. Основное преимущество устройства такого фундамента в том, что плита является сплошным основанием, способным выдерживать большие нагрузки и сохранять целостность строения;

Свайный фундамент — удачно используется на склонах, промерзших, насыпных, слабых грунтах

В данном случае особе внимание необходимо уделять выбору опор и монолитного ростверка;

Свайно-плитное основание – это уникальное изобретение в строительной сфере, используемое в основном для возведения многоэтажных сооружений. Состоит из нескольких важных элементов – ростверков, железобетонных свай, характеризующихся отличной устойчивостью и повышенной прочностью.

Работы по устройству монолитных оснований предполагают применение специализированной строительной техники, так как требуется выемка больших объемов грунта. Помимо этого, армирование осуществляется в несколько слоев по всей площади основания строения. В данном случае потребуется много стальной арматуры, ее необходимо будет предварительно сваривать и обвязывать по специальной технологии.

Каким должен быть грунт под фундамент

Соответствие технологии строительства особенностям почвы обеспечивает устойчивость несущих конструкций дома, безопасность и надежность жилья в целом. Если фундамент подобран неправильно, даже при проведении работ по его укреплению есть большая вероятность, что здание станет аварийным через несколько лет эксплуатации:

• накренится;
• просядет;
• в стенах появятся трещины, что в конечном итоге может привести к обрушению.

В идеале основание под фундамент должно отличаться такими качествами:

• равномерной и незначительной сжимаемостью за счет чего исключается проседание дома;
• стойкостью к грунтовым водам, что убережет фундамент от влияния влаги;
• неподвижностью и хорошей несущей способностью для обеспечения устойчивости дома;
• противостоянию вспучиванию (способность увеличиваться в объеме при промерзании и уменьшаться в плюсовую температуру), которое может повлечь деформацию и разрушение фундамента.

Типы почв для строительства фундамента дома.

В жилищном строительстве популярностью пользуются следующие технологии закладывании основания для сооружения:

Ленточный фундамент – это железобетонная конструкция в виде замкнутого контура, расположенная под всеми несущими стенами дома. Отличается хорошими эксплуатационными качествами, оптимальной трудоемкостью и затратностью. Может сооружаться из готовых железобетонных блоков или заливаться раствором на месте строительства. Для усиления конструкции используют стержни арматуры.

Ленточный и столбчатый фундамент.

Столбчатый фундамент – представляет собой опорные конструкции в виде столбов, которые устанавливаются под несущими стенами, под их пересечениями и на углах. По сравнению с предыдущей технологией обходится дешевле, но применяется для сравнительно легких зданий без подвалов, сооружаемых на качественной, устойчивой почве.

Плитный (монолитный) фундамент – в качестве основания дома используют цельную площадку из железобетона. К этой технологии относится утепленная шведская плита – малозаглубленная конструкция со слоем утеплителя. Монолит сравнительно простой в монтаже, но затратный из-за большого расхода материала. Этот фундамент еще называют плавающим, так как он, располагаясь практически сверху грунта, опускается, поднимается и перемещается вместе с почвой.

Плитный и свайный фундамент.

Свайный фундамент – это набивные, забивные или винтовые опоры, установленные вглубь грунта, на которых крепится дом. В качестве опорных конструкций могут использоваться железобетонные, железные и деревянные изделия. Конструкция напоминает столбчатый фундамент, но сваи устанавливаются на глубину нескольких метров, поэтому применяются в местности с неустойчивыми грунтами.

Комбинированный фундамент – сочетает в себе разные технологии строительства. Сооружается такой фундамент с целью создания прочного основания, оптимизировав затраты. Объединение нескольких технологий находит широкое применение при строительстве домов в нестандартных условиях, например, на склонах или на неустойчивых почвах.

Комбинированный фундамент.

Как определить несущую способность грунта под фундамент самостоятельно

Несущая способность является основой при проведении подсчета в процессе проектирования. Классифицируют грунты в рамках сведений документа ГОСТ 25.100-2011 «Грунты. Классификация». Нормы сопротивления давлению находятся в таблицах нагрузки на грунт материалов СП 22.133.30-2016 «Основание зданий и сооружений». Здесь же приводятся стандартные модули расчёта, формулы, коэффициенты.

Несущую способность находят математическим выражением R = R · (1 + K · (B -100) / 100) · (N + 200) / 2 · 200 — для заглубления до двух метров, и формулой R = R · (1 + K · (B -100) / 100) + K₂ · Q · (N – 200) — если конструкция погружается более двух метров, где:

• R — противодействие нагрузке по вертикальной оси, содержится в таблицах и определяется видом грунта;
• K₂ — используется при расчётах в стабильных слоях;
• K — поправочный коэффициент из таблиц СП на разновидность породы;
• B — поперечный размер низа фундамента;
• N — глубина погружения опоры;
• Q — коэффициент, чтобы найти расчетный средний показатель удельного веса почвы от верха земли до подошвы фундамента.

Далее используют таблицы СНиП несущей способности грунта, где по типу почвы можно найти требуемое значение.

Исследование грунта

Исследования состояния грунта важный этап в подготовки к монтажу фундамента. Так, лучше всего обратиться к помощи специализированных компании, оказывающих данные услуги на профессиональной основе. Однако, первичные работы можно провести и самостоятельно — воспользовавшись ориентировочным методом исследования и анализа грунта. Рассмотрим поэтапно:

Для извлечение проб грунта необходим бур

Важно помнить, что от этажности будущего здания зависит глубина на которую нужно проделать лунку.
Так, для одноэтажного дома — это 2-3 метра, для двухэтажного дома — 3-4 метров. Однако, если планируется укладка глубокого фундамента для подвала или цокольного этажа, то бурение самостоятельно выполнить не получиться, так как в этом случае глубина будет соответствующая.
Возникает другой вопрос: достаточно ли одного шурфа? Однозначно нет и это объясняется просто

Фундамент будет залегать на достаточной глубине и в разное время года на него будет воздействовать мороз или влага, что в свою очередь может привести к образованию трещин, сколов, дыр как на самом фундаменте, так и на стенах сооружения.
Как бы не было зафиксировано в СниПах о том, что для небольших одноэтажных достаточно 1-2 шурфов, лучше всего заложить 4-5 для надежности.

Что включает в себя расчет фундамента

Виды фундаментов

Проектировщик собирает нагрузки с наземного строения и подбирает конструкцию основания. Подземная часть здания работает совместно с грунтом, поэтому характеристики почвы также учитываются, например, ее возможность выдерживать предельные усилия.

Расчет фундамента состоит из таких частей:

• расчет по сопротивлению нагрузкам (несущая способность);
• расчет по деформации почвы.

Проектирование проходит отдельной фазой или в составе проекта «под ключ». Используются следующие конструкции фундаментов:

• ленточная (монолитная или сборная железобетонная);
• столбчатая с балками или без;
• свайная;
• из плит;
• другие виды.

До начала расчета у конструктора должны быть строительные условия возведения, геодезические и инженерные характеристики объектной площадки, климатические показатели в районе. Специалист работает с архитектурными чертежами и детальными разрезами узлов, использует сведения о технологических и конструктивных особенностях строения.

Конструктор приводит перечень нагрузок, воспринимаемых фундаментом, и в письменной форме предлагает варианты при выборе его типа. В составе проекта прилагаются общие и деталировочные чертежи с описанием основания, отметками заглубления, габаритными размерами. Приводится спецификация материалов, расчет бетона на фундамент, требования к арматуре и проект опоры.

Расчет по несущей способности грунта

В процессе рассчитывается ширина, высота, давление на подошву и другие критерии. Основание считается надежным, если произведение нижней площади на несущую способность будет больше, чем нагрузки от веса здания.

Формула S · H > P, где:

• S — площадь подошвы, м²;
• H — несущая способность, кг/м²;
• P — масса строения со всеми нагрузками, кг.

Расчет фундамента для дома ведется по следующей методике:

•    определяется показатель сопротивления грунта нагрузкам;
•    высчитывается общий вес строения;
•    находится величина давления на почву;
•    сравнивается нагрузка и несущая способность земли, вносятся исправления в размерные параметры.

Снеговую массу на кровле можно высчитать по удельному весу покрова. Например, в средней полосе показатель составляет 100 кг/м². Если в здании есть нестандартный объект, например, бассейн, его вес прибавляется к общей массе.

Вес людей для загородного дома, квартиры в городе и коттеджа считается по формуле  Рл. = 400 кг/м² · Sп., где:

• Рл. — вес людей, кг;
• Sп. — площадь дома, м².

В результате выбирается правильное равновесие показателей для обеспечения устойчивости и прочности дома. Расчет исключает сдвиг подошвы и опрокидывание конструкции.

Расчет на деформацию грунта

При расчете учитывается проектное сопротивление почвы на уровне размещения фундаментной подошвы. При заглублении на 1,5 метра и ниже показатель грунта берется из таблиц.

Некоторые значения:

• гравий с песчаным или глинисто-пылеватым заполнителем — 4 – 5 кг/см²;
• щебень с аналогичным наполнителем — 4,5 – 6 кг/см²;
• крупные и средние пески средней и высокой плотности — 2,5 – 4,5 кг/см²;
• пылеватые и мелкие пески маловлажные и влажные — 1,5 – 2 кг/см².
• супеси (пористость 0,3 – 0,7) — 2 – 4 кг/см²;
• суглинки — 1 – 4 кг/см²;
• глины — 1 – 9 кг/см².

Если фундамент углубляется меньше 1,5 м, плотность под нижней границей будет отличаться. Для расчета применяется формула R = 0.005 · Ro · (100 + h / 3), где:

• Rо — значение из таблицы для глубины 1,5 м;
• H — расчетная глубина.

Деформации опор строений бывают осадочными и просадочными. Первый вид включает понятия: полное, среднее или дополнительное оседание под нагрузкой, что определяется количеством измененных участков. Дополнительные деформации бывают от увлажнения дождем и талым снегом, при неправильно выполненной отмостке вокруг дома. Основания осаждаются из-за динамического действия оборудования, протечек канализации, водопровода.

Заключение

Расчёт ленточного фундамента выполняется согласно действующим строительным нормам и правилам, в первую очередь СП 22.13330.2011. Точный расчёт фундамента по несущей способности и его осадки невозможен без отчета об инженерно-геологических изысканиях.

Приближенным образом требуемая ширина ленточного фундамента может быть определена на основании усредненных показателей несущей способности тех или иных видов грунтов, приведенных в СП 22.13330.2011. Расчёт осадки обычно не показателен для простых, однородных геологических условий в рамках «частного» строительства (легких строений малой этажности).

Принятие решения о самостоятельном, приближенном, неквалифицированном расчёте ширины подошвы ленточного фундамента владельцем будущего строения неоспоримым образом возлагает всю возможную ответственность на него же.

Целесообразность применения он-лайн калькуляторов вызывает обоснованные сомнения. Правильный результат можно получить, используя методики расчёта, приведенные в нормах и справочной литературе. Готовые калькуляторы лучше применять для подсчета требуемого количества материалов, а не для определения ширины подошвы фундамента.

Точный расчет ленточного фундамент не так уж прост и требует наличия данных по грунтам, на которые он опирается, в виде отчета по инженерно-геологическим изысканиям. Заказ и оплата изысканий, а также кропотливый расчет окупятся сторицей правильно рассчитанным фундаментом, на который не будут потрачены лишние деньги, но который выдержит соответствующие нагрузки и не приведет к развитию недопустимых деформаций здания.