Как рассчитать сопротивление грунта под фундамент

Самостоятельное определение типа грунта

Как уже говорилось ранее, важную роль при расчете фундамента имеет тип грунта на месте строительства. Так как геологические работы довольно дороги, не всегда целесообразно их заказывать, особенно при строительстве малоэтажных частных домов. Такие дома имеют обычно небольшой вес, который могут выдерживать большинство грунтов (кроме ила или торфяников). В таких случаях можно самостоятельно определить возможный тип грунта для использования его параметров в расчетах.

Для определения типа грунта необходимо сделать пробный колодец размером 0,8х0,8 м и глубиной до 2,5 м. Через каждые 0,5 м глубины берут пробу земли, маркируют ее и отделяют от других проб, защищая от осадков и внешних воздействий.

После взятия проб на всей глубине шурфа проводятся простые тесты, которые помогу определить тип основания:

1. Порцию грунта обильно смачивают водой и скатывают ладонями жгут диаметров 12-15 мм и длиной не менее 10-15 см. Далее жгут загибают в кольцо. Если при загибе кольцо распадается на мелкие фрагменты, с большой вероятностью можно предположить, что в данном месте грунт представлен супесями. Если же кольцо распадается на 2-3 фрагмента, то он представлен суглинками. Если кольцо остается целым — дом строится на глиняном основании.
2. Во втором тесте определяется пористость. Для этого из грунта вырезают кубик со стороной 10 см и взвешивают его. Вес кубика будет представлять объемную массу земли в ее естественном состоянии. Затем кубик уплотняют до максимально плотного состояния, удаляя воздушные поры, и снова взвешивают, определяя массу земли без пор. Соотношение объема каждого кубика к его массе — это объемный вес грунта в естественном и плотном состоянии. Отношение объемных весов обоих кубиков даст нам коэффициент пористости. По данному коэффициенту исходя из нормативных таблиц определяют предполагаемый тип основания. Если при вырезании или сжатии кубик рассыпается на фрагменты, то объем земли с порами известен по размерам кубика, а объем земли без пор можно определить мерным стаканом или другой емкостью.
3. Третьим показателем, который можно определить самостоятельно, является текучесть грунта. Он определяется субъективно по следующему критерию: если лопата сложно входит в землю, то текучесть равна нулю, если же лопата легко входит, но грунт прилипает к ней, то текучесть равна единице.

По показателям этих тестов определяется возможный тип земляного основания. Для того чтобы перестраховаться от ошибок, величину сопротивления можно взять чуть большую, чем та, которая характерна для определенного типа грунта.

Если же по результатам теста не удалось определить тип грунта или грунт оказался илистым или торфяным, то для расчета лучше пригласить специалистов.

Данная методика позволяет упростить расчет размера ленточного фундамента при строительстве малоэтажных частных домов. Она позволяет определить основные параметры будущего фундамента с достаточной точностью. Если же есть какие-либо сомнения в правильности расчетов, то лучше не рисковать и обратиться к специалистам.

Сбор нагрузок

Сбор нагрузок осуществляется суммированием их каждого вида (постоянные, длительные, кратковременные) с умножением на грузовую площадь. При этом учитываются коэффициенты надежности по нагрузке.

Значения коэффициентов надежности по нагрузке согласно СП 20.13330.2011.

Нормативные значения полезных нагрузок в зависимости от назначения помещения согласно СП 20.13330.2011.

К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкций. К длительным – вес не несущих перегородок (применительно к частному строительству). Кратковременными нагрузками является мебель, люди, снег. Ветровыми нагрузками можно пренебречь, если речь не идет о строительстве высокого дома с узкими габаритами в плане. Разделение нагрузок на постоянные/временные необходимо для работы с сочетаниями, которыми для простых частных строений можно пренебречь, суммируя все нагрузки без понижающих коэффициентов сочетания.

По своей сути сбор нагрузок представляет собой ряд арифметических действий. Габариты конструкций умножаются на объемный вес (плотность), коэффициент надежности по нагрузке. Равномерно распределенные нагрузки (полезная, снеговая, вес горизонтальных конструкций) формируют опорные реакции на нижележащих конструкциях пропорционально грузовой площади.

Сбор нагрузок разберем на примере частного дома 10х10, один этаж с мансардой, стены из газоблока D400 толщиной 400мм, кровля симметричная двускатная, перекрытие из сборных железобетонных плит.

Схема грузовых площадей для несущих стен в уровне перекрытия первого этажа (в плане.

Схема грузовых площадей для несущих стен в уровне кровли (в разрезе.

Некоторую сложность представляет собой сбор снеговой нагрузки. Даже для простой кровли согласно СП 20.13330.2011 следует рассматривать три варианта загружения:

Схема снеговых нагрузок на кровлю.

Вариант 1 рассматривает равномерное выпадение снега, вариант 2 – не симметричное, вариант 3 – образование снегового мешка. Для упрощения расчёта и для формирования некоторого запаса несущей способности фундаментов (особенно он необходим для примерного расчёта) можно принять максимальный коэффициент 1,4 для всей кровли.

Конечным результатом для сбора нагрузок на ленточный фундамент должна быть линейно распределенная (погонная вдоль стен) нагрузка, действующая в уровне подошвы фундамента на грунт.

Таблица сбора равномерно распределенных нагрузок

Всего: 1076 кг/м2

Нормативное значение снеговой нагрузки зависит от региона строительства. Его можно определить по приложению «Ж» СП 20.13330.2011. Собственные веса кровли, стропил, напольного перекрытия и перегородок взяты ориентировочно, для примера. Эти значения должны определяться непосредственным вычислением веса того или иного конструктива, или приближенным определением по справочной литературе (или в любой поисковой системе по запросу «собственный вес ххх», где ххх – наименование материала/конструкции).

Рассмотрим стену по оси «Б». Ширина грузовой площади составляет 5200мм, то есть 5,2м. Умножаем 1076кг/м2*5,2м=5595кг/м.

Но это ещё не вся нагрузка. Нужно добавить собственный вес стены (надземной и подземной части), подошвы фундамента (ориентировочно можно принять её ширину 60см) и вес грунта на обрезах фундамента.

Для примера возьмем высоту подземной части стены из бетона в 1м, толщина 0,4м. Объемный вес неармированного бетона 2400кг/м3, коэффициент надежности по нагрузке 1,1: 0,4м*2400кг/м3*1м*1,1=1056кг/м.

Верхнюю часть стены примем в примере равной 2,7м из газобетона D400 (400кг/м3) той же толщины: 0,4м*400кг/м3*2,7м*1,1=475кг/м.

Ширина подошвы условно принята 600мм, за вычетом стены в 400мм получаем свесы общей суммой 200мм. Плотность грунта обратной засыпки принимается равной 1650кг/м3 при коэффициенте 1,15 (высота толща определится как 1м подземной части стены минус толщина конструкции пола первого этажа, пусть будет в итоге 0,8м): 0,2м**1650кг/м3*0,8м*1,15=304кг/м.

Осталось определить вес самой подошвы при её обычной высоте (толщине) в 300мм и весе армированного бетона 2500кг/м3: 0,3м*0,6м*2500кг/м3*1,1=495кг/м.

Суммируем все эти нагрузки: 5595+1056+475+304+495=7925кг/м.

Более подробная информация о нагрузках, коэффициентах и других тонкостях изложена в СП 20.13330.2011.

Где можно класть пол на грунт

Класть пол допускается не на каждый грунт:

• Основание должно быть хорошо уплотнено и выровнено. В противном случае со временем грунт осядет, стяжка пола повиснет в воздухе и со временем начнет разрушаться;
• Основанием служат грунты, не подверженные пучению;
• Не стоит укладывать пол на подвижные грунты.

Существует 2 вида пола по грунту:

• Связанная плита стяжки. Жестко крепится к ленточному фундаменту, опирается на него. Пол не даст усадки, отделка не пострадает при незначительных изменениях грунтов;
• Несвязанная. Стяжка не будет покрываться трещинами во время усадки, но при последующей эксплуатации отделка может повредиться из-за взаимного движения стен и пола.

При расчете учитывается временное и постоянное давление на всю поверхность пола. В первом случае нагрузка составит 150 кг/м2 (вес людей и мебели), во втором нагрузка зависит от используемых материалов.

Расчет несущей способности грунта

Определение несущей способности грунта – это достаточно трудоемкий процесс, который можно выполнить подручными средствами (вручную/онлайн) или же воспользоваться услугами геолого-геодезических агенств. Если вы хотите сэкономить и выполнить расчет самостоятельно – KALK.PRO поможет вам в этом нелегком деле!

Мы предлагаем вам воспользоваться нашим удобным онлайн-калькулятором расчета сопротивления грунта на сжатие/сдвиг. По окончанию вычисления вы получите значение расчетного сопротивления в четырех разных единицах измерения (кПа, kH/m 2 , тс/м 2 , кгс/см 2 ). Для того чтобы получить результат расчета, вам необходимо заполнить несколько полей:

• Тип расчета. На основании лабораторных испытаний или при неизвестных характеристиках грунта.
• Характеристики грунта. Тип, коэффициент пористости и показатель текучести, а также осредненное расчетное значение удельного веса грунтов.
• Параметры фундамента. Ширина основания и глубина заложения.

Последние две характеристики грунта определяются только для глинистых грунтов.

Калькулятор расчетного сопротивления грунта основания

Для начала нам необходимо выбрать тип расчета. Первый вариант подразумевает, что вы получите отдадите образец грунта в специализированную лабораторию на исследование. Данный способ занимает большое количество времени и средств. Поэтому если у вас не сложный участок и вы уверены, что сможете сделать все своими силами, мы предлагаем воспользоваться вторым вариантом и выполнить расчет на основании табличных данных.

Классификация грунтов

Следующий этап работ связан с определением типа грунта. Согласно СНиП 11-15—74, все виды грунтов делятся на две основные группы:

• скальные;
• нескальные.

Первые, представлены горными породами, метаморфического или гранитного происхождения. Встречаются в горных областях и в местах выхода основания тектонической платформы на поверхность (щиты). В нашей стране это территория Карелии и Мурманской области. Горные системы Урала, Кавказа, Алтая, Камчатки, плоскогорья Сибири и Дальнего Востока.

Сопротивление скальных грунтов настолько высоко, что вы можете не производить никаких предварительных расчетов.

Нескальные грунты встречаются повсеместно на равнинах. Они подразделяются на несколько видов, а те в свою очередь на фракции:

• Пески (мелкие, средние, крупные…);
• Супеси (легкие, тяжелые);
• Суглинки (легкие, средние, тяжелые);
• Глины (легкие, тяжелые…).

Как определить тип грунта самостоятельно?

Существует простой дедовский способ определения типа грунта, которым пользовались ваши родители и родители ваших родителей – он заключается в выявлении физико-механических свойств породы.

Для этого необходимо провести отбор проб почвы в крайних точках и в середине участка. Выкопайте ямы на глубину, предполагаемого уровня заложения фундамента и возьмите образецы грунта с каждой контрольной точки.

Подготовьте рабочую поверхность, для того чтобы провести научный эксперимент.

• Намочите почву до состояния, когда из нее можно будет сформировать шар.
• Попробуйте раскатать шар в продолговатое тело (шнур).
  • Если у вас не получилось этого сделать, то перед вами песчаная почва.
  • Если немного схватывается, но все равно разрушается – это супесь.
  • Если шнур удается свернуть в кольцо, но наблюдаются разрывы/трещины – это суглинок.
  • Если кольцо замкнулось, а тело осталось невредимым – это глина.

Для наглядности можно посмотреть иллюстрацию ниже:

Если вам не удалось ничего сделать из образца грунта, то для вас расчет несущей способности песчаного грунта закончился. Выберите соответствующий пункт в калькуляторе и нажмите “Рассчитать“.

Расчет кубатуры в зависимости от фундамента

Объем бетона для фундамента зависит от типа фундамента: плитный, столбчатый или ленточный. Рассмотрим вариант расчета объема для каждого из них.

Для плитного фундамента

Плитный фундамент представлен одной плитой, и для того, чтобы узнать объем бетона на фундамент, необходимо знать следующие данные:

• Длина;
• Ширина;
• Толщина плиты.

Заливка плитного фундамента

Например, первый показатель составляет 10 метров, второй – 6 метров, третий – 0,1 метр. Перемножив все эти показатели, получим объем фундаментной плиты:

10 м * 6 м * 0,1 м = 6 куб. м;

Для обеспечения хороших характеристик фундамента, могут использоваться и дополнительные элементы. Если они выполняются через каждые 3 метра, то в этом же фундаменте – 10*6 – их будет 8 (5 вдоль и 3 поперек). Если длина каждого из ребер составляет 6 метров, то суммарная протяженность равна 6 м * 8 шт. = 48 м. Высота одного ребра обычно равняется толщине плиты (в нашем случае – 0,1 м). Так, площадь составит:
0,1 м * 0,08 м = 0,008 м кв.

Объем равен: 0,008 кв. м * 48 м = 0,384 куб. м.

Площадь поперечного сечения равна: объем ребер будет равен 0,01 куб. м * 48 м = 0,48 куб. м.

Для разной толщины может применяться различная методика подсчета, все также может зависеть от определенных параметров бетонной смеси, ее пластичности и прочих свойств.

Для ленточного фундамента

Ленточный фундамент

Он более прост по своему исполнению, нежели плитный, и функции он имеет несколько другие. Представлен лентой, используется для небольших зданий и сооружений из различных материалов: из бруса, бревен или искусственных материалов. Для того чтобы рассчитать бетон для фундамента ленточного, нужно владеть информацией о некоторых параметрах. Высота представляет собой сумму заложенной глубины и надземной части (обычно этот показатель равен 40-50 см.) Если фундамент закладывается на глубину 1,5 м, а надземная высота – 0,5 м, то суммарная высота – 2,0 м. При закладке цокольного этажа или фундамента параметры могут значительно меняться.

При ширине ленты 0,4 м, расход бетона будет равен: 0,4 м * 46 м (40 м + 6 м) * 2,0 м = 36,8 куб. м

Таким образом, рассчитать бетон на фундамент не составит особого труда

Дело в том, что для подсчета необходимо принимать во внимание определенную марку цемента и других добавок. Если в нем есть пластификаторы, то пластичность будет лучше, следовательно, это позволит сократить расход материала

Столбчатый фундамент

Для того чтобы рассчитать количество бетона для фундамента столбчатого, необходимо знать следующие показатели: высота и площадь столбиков.

S = 3,14 (число ПИ) * R (радиус)/2

Столбчатый фундамент

Например, если диаметр столбика 20 см (радиус – 10 см), то он имеет поперечное сечение: 3,14*0,1*0,1=0,0314 кв. м. при высоте в 2 метра объем составит 0,0628 куб. м. Аналогичным образом рассчитать объем бетона для фундамента другого размера.

Все виды фундамента изготавливаются из бетона различных марок. Обычно обыватели не стремятся в них разбираться и покупают первое, что им посоветуют в строительном магазине. На деле все может оказаться не так, и дорогая смесь окажется менее качественной, чем более бюджетный вариант. Так что прежде чем приступить к выбору смеси, рекомендуется учитывать некоторые факторы, и только потом идти в специализированный магазин.

Таким образом, бетон – это достаточно распространенный материал, который может иметь несколько видов, в зависимости от состава и прочих характеристик. Для того чтобы рассчитать объем бетона на фундамент, необходимо использовать простые формулы, которые помогут быстро определиться с требуемым количеством материала

Очень важно уделить внимание и такому параметру, как выбор марки бетона, поскольку от этого будет зависеть его расход, а также характеристики готового здания. Для того, чтобы определить необходимую марку цемента, желательно обратиться к опыту профессионалов. Расход бетона для фундамента различается в зависимости от типа фундамента

Расход бетона для фундамента различается в зависимости от типа фундамента.

Расход бетона для фундамента различается в зависимости от типа фундамента.

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

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.

От чего зависит несущая способность грунта

Плотность почвы наряду с грузонесущей способностью определяет деформационную устойчивость грунта. Низкоплотные породы почвы имеют пористую структуру, в которой свободное пространство между фракциями заполнено воздухом либо водой. Если нагрузки на низкоплотный грунт превысят допустимую норму, произойдет уплотнение грунта — усадка, которая чревата разрушением и деформацией находящихся в почве фундаментов.

От плотности почвы зависит степень сжимаемости грунта. На любом участке поверхностный пласт почвы, в большинстве случаев, представлен низкоплотными породами (за исключение регионов с крупнообломочным и скалистым рельефом), а на глубине 5-6 метров располагаются пласты высокоплотного, несжимаемого грунта, способного выдерживать тяжелые габаритные здание.

Именно поэтому на участках с проблемными грунтовыми условиями рекомендуется использовать свайные фундаменты, которые переносят исходящую от дома нагрузку на глубинный, несжимаемый пласт грунта, обладающий

Таблица средней несущей способности различных грунтов

Далее следует таблица с указанием средних цифр несущей способности или, как её ещё называют, расчетного сопротивления разных типов грунта в кгс/см².

Более точные расчеты с учётом всех коэффициентов, которые отображают влияние каждого существующего в реальных условиях фактора, можно выполнить следуя рекомендациям в нормативном своде правил за 2011 год СП 22.13330.2011 с названием Основания зданий и сооружений. Это официальное издание более старого стандарта СНиП 2.02.01-83*, выполненное научно-исследовательским институтом имени Н.М. Герсеванова.

В приведенной таблице отображены усреднённые результаты расчётов, проведенных с использованием формул и данных, основанных на описанном выше своде правил 2011 года.

Здесь можно видеть, что существует достаточно большой разброс в показателях сопротивления грунта. Это обусловлено в первую очередь влажностью почвы, которая непосредственно зависит от уровня залегания грунтовых вод.

Если нужно получить цифры в МПа или в Н/см², то можно перевести указанные в таблице значение согласно установленным соотношениям величин.

• 1 кгс/см² = 0,098 МПа или 1 МПа = 10,2 кгс/см²
• 1 кгс/см² = 9.8 Н/см² или 1 Н/см² = 0.102 кгс/см²

Для удобства существует также таблица, где указаны средние цифры расчетного сопротивления грунта в Н/см²

Аналогичная проблема с таблицами подобного рода — очень существенное различие между минимальными и максимальными значениями. В общем случае рекомендуется брать минимальные показатели, которые указаны в табличных данных. Для примера разместим ещё одну таблицу, наглядно иллюстрирующую подход зарубежных специалистов к обнародованию данных своих исследований.

Очевидно, что табличные цифры используются, как правило, теми, кто принял решение не заказывать профессиональное геологическое исследование почвы на своём участке. Поэтому имеет смысл давать показатели с запасом, чтобы при самостоятельных расчетах, даже если в них закрадется небольшая погрешность, это не привело к непоправимым последствиям.

В то же время даже при значительном запасе по прочности не факт, что конструкция здания будет достаточно стабильно стоять на основании в течение десятков лет. За такой срок качество грунта может измениться, если не были соблюдены соответствующие меры по защите фундамента от скопления осадочных вод. Для этих целей обязательно следует изготавливать отмостку с хорошей гидроизоляцией и дренажную систему по периметру постройки для централизованного сбора стоков.

Таблица средних значений

Средняя несущая способность грунтов — это основной показатель расчетов. После выемки образцов породы из скважин проводится определение их вида для дальнейшей работы.

Классификация грунтов приведена в таблицах СНИП 1–3 ГОСТ 25100.2011. После определения типа грунта в каждом из залегающих слоев необходимо определить предельное сопротивление грунта сжатию.

Подробная информация содержится в ГОСТ 25100.2011 «Грунты. Классификация», таблица Б.1.

Рис. 2 Сопротивление сжатию

Основа расчета — расчетное сопротивление осевому сжатию. С подробным методом расчета с учетом всех нюансов можно ознакомиться в СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений». Здесь же можно найти значение всех коэффициентов, необходимых для максимально точного расчета.