Расчетное сопротивление грунта основания

При расчете любого вида фундамента основными параметрами являются общая масса сооружения и несущая способность грунта (его сопротивление). Если в первом случае провести расчеты можно самостоятельно, благо есть таблицы на все случаи жизни, то во втором возникают сложности. Самое простое решение в этой ситуации – обратиться к геодезистам. Они пробурят несколько лунок глубиной 5-10 м, проведут испытание и выдадут данные о типе почвы, микробиологическом составе, уровне грунтовых вод, плотности и сопротивлении грунта. Но за каждую точку бурения придется заплатить приличную сумму.

Если нет возможности или желания привлекать специалистов, можно попробовать провести расчеты самостоятельно. Но для этого придется окунуться в проблему с головой, потому что авось и везение в один прекрасный момент могут подвести. В таком случае реально получить тот минимум данных, который позволит избежать серьезных ошибок при выборе типа фундамента и заложить прочное и надежное основание для дома. Поможет в этом постоянный эксперт сайта StroyGuru.com, который введет в тему, расскажет об основных понятиях, покажет на примере как определить расчетное сопротивление грунта подошвы фундамента.

Важно: команда сайта считает, что лучше переплатить, но заказать проект с геодезией.

Что это – несущая способность грунта

На даче я хожу по земле, и она у меня под ногами не проваливается, Надеюсь, что такая же ситуация и у посетителей сайта. Если же по-другому, то расстраиваться не надо. Просто в дальнейшем, применимо к изменившейся ситуации, будем делать корректировки при расчетах. Лично я не оставляю следов. От этого и будем отталкиваться.

Поскольку после меня почва не деформировалась, можно сделать вывод, что моего веса недостаточно, чтобы хоть немного сжать почву. Похоже, что несущая способность грунта выше той нагрузки, что я на нее оказываю.

Итак, прозвучал важный термин «несущая способность грунта».

А какую нагрузку я оказываю на землю (этот показатель важен для сравнения с тем, какая масса давит на грунт под концом сваи или под подошвой фундамента)? Сейчас подсчитаем.

Для расчета нагрузки нужно определить площадь моей ноги, причем не по стопе, а по обуви. При этом не двух ног, как можно подумать, а одной. Ведь во время ходьбы я поочередно переношу вес своего тела с одной стопы на другую. Подошва обуви имеет сложную конфигурацию. Но мы не будем заморачиваться, а примем ее форму за прямоугольник. Ведь не научный трактат пишем, а объясняем немного непонятные вещи просто, доступным языком.

Так вот, я беру свой ботинок и замеряю рулеткой длину и ширину. Округляю в меньшую сторону. Получилось: длина 29 см, а ширина – 10 см. Перемножаю полученные цифры (29*10). В итоге получаю, что площадь подошвы 290 см² или 0,029 м². Для тех, кто с ходу не понял, каким образом большое целое число превратилось в маленькое дробное, напоминаю, что в одном метре 100 см, а в 1 м² 10 000 см² (десять тысяч). Мой вес, с которым я безуспешно борюсь последнее время, составляет 83 кг. Таким образом нагрузка, которую я оказываю на почву, равна 0,286 кг/см² (83/290).

Со мной понятно. Я на 1 см² земли оказываю давление в 286 г. Много это или мало? Давайте сравним с автомобилем. Он тяжелее на порядок (возьмем для более простого счета 1300 кг). Площадь контакта одной шины, как пишут умные люди, равна примерно размеру ладони, а она меньше подошвы обуви где-то на 40%. Даже если я ошибся, не столь важно. Мы же не фундамент заливаем. Теперь считаем:

• площадь контакта с землей одного колеса – 290 м² * (100-40) / 100 = 174 м²;
• площадь всех колес – 174 м² * 4 = 696 м²;
• нагрузка машины на почву – 1300 / 696 = 1,867 кг/см².

Получается, что автомобиль давит сильнее на почву чем я в 6,4 раз, но также не проваливается.

Как видим, с каждым разом все интереснее.

Расчет фундамента

Все предыдущие расчеты делались с одной целью: показать принцип расчета несущей способности грунтов под основанием дома. Над массой дома не будем ломать голову, а просто возьмем 97 т.

Ленточный фундамент

Для расчета ленточного фундамента нужно знать длину и ширину дома, а также толщину ленты. В нашем случае берем:

• длина – 10 м;
• ширина – 8 м;
• толщина фундаментной ленты – 30 см (фундамент должен быть больше стены на 100 мм).

Тогда площадь опоры фундамента составит 108 000 см² (1000 см+800 см)*2*30 см, а нагрузка на грунт 0,898 кг/см² (97000/108000). Это больше, чем давлю я и меньше чем автомобиль. Получается, что если собрать дом прямо на земле, он не провалится, а будет стоять.

Плитный фундамент

А если взять не привычный всем ленточный фундамент, а плитный. Выкопали под домом котлован и залили сплошную бетонную плиту толщиной 10 см. Это увеличит массу дома примерно на 5 т. В итоге на грунт будет давить 102 т, равномерно распределенные на площади 800 000 см². В этом случае нагрузка на грунт составит 0,127 кг/см². Меньше, чем у меня.

Свайный

В рассмотренных выше случаях все понятно. А как быть с фундаментом из свай? Он по своей конструкции похож на груз, которому приделали иголки в качестве ног и поставили на вату.

Попробуем и здесь определить расчетное сопротивление грунта основанию дома из свай.

Исходные данные:

• вес дома 97 т;
• сваи квадратные со стороной 250х250 мм;
• количество – 40 штук.

Общая площадь свай – 25 000 см² (25 см*25 см*40).

Получается, в результате расчета, что под нижним концом сваи давление на грунт составляет 3,88 кг/см² (97000 кг/25 000 см²), что очень много. А как же другие дома на таком фундаменте? За счет чего они стоят? Что находится под сваей? Здесь мы плавно переходим к вопросу о разной несущей способности грунтов.

Классификация грунтов

Чтобы разбираться в грунтах, нужно знать их классификацию. Поэтому Википедия в помощь. Но в научных статьях можно все ноги поломать: классы, подклассы и т.д. Нам это нужно? Конечно, нет. Обойдемся самым низом классификационной системы: видами. Здесь выделяются:

• глина и ее подвиды;
• суглинки;
• супеси;
• пески разных фракций.

Определить, что находится под плодородным слоем почвы, можно самостоятельно, без экспертизы.

Как определить тип грунта самостоятельно

За много веков строители придумали несколько способов, как определить вид грунта. Рассмотрим самый простой. Дедовский.

По углам дома и посередине копаются ямы на глубину предполагаемого заложения фундамента. Со дна каждого шурфа берется грунт и выкладывается отдельной горкой на ровную поверхность. Дальше все по заранее разработанному алгоритму: грунт смачивается до состояния, когда из него можно скатать шар, а из него раскатать шнур. Результаты такой работы могут быть следующие:

1. при попытке получить шнур, шар распался на множество частей – песок;
2. пробует скататься, но сразу же, рассыпается – супесь;
3. шнур дробится при раскатывании – легкий суглинок;
4. шнур получили сплошной, но в кольцо его свернуть не получилось – средний суглинок;
5. шнур получили и смогли свернуть в кольцо. Но на внешней стороне окружности много трещин – тяжелый суглинок;
6. получили ровное, красивое кольцо – глина.

Для наглядности приводим иллюстрирующие процесс рисунки:

Дальше просто. Зная вид грунта можно по таблицам рассчитать площадь подошвы фундамента.

Расчет несущей способности

Все, что мы делали раньше, было подчинено одной цели – рассчитать несущую способность грунта. Здесь нам поможет формула:

R=R0*[1+k1*(b-100)/100]*(d+200)/2*200, где:

• R – несущая способность грунта, кг/см²;
• R0 – противодействие нагрузке по вертикальной оси (есть в таблицах СНиП);
• k1 – поправочный коэффициент на вид породы (берется из таблиц);
• k2 – поправочный коэффициент для стабильных пород;
• g – расчетный средний показатель удельного веса почвы от верха земли до подошвы фундамента;
• b — ширина, опирающейся на основание части фундамента;
• d — глубина заложения.

На практике формулу упрощают, игнорируя все коэффициенты. Используют только приведенные в таблице данные.

Таблица 1. Расчетное сопротивление основания различных видов грунта.

Сопротивление грунта можно взять и из ГОСТ 25100-95. Из всего перечня грунтов наибольший интерес представляют (в кг/см²):

• суглинок — 1,5-2,8;
• сухая плотная глина— 1,6-3,0;
• песок мелких фракций — 2,2-3,4;
• песок со средним зерном — 2,5-3,6;
• супесь — 2,6-3,6;
• песок крупнозернистый — 3,6-4,6;
• гравий, щебень, галька — 5,1-6,5.

Заключение

Определить несущую способность грунта можно самостоятельно, не обращаясь за экспертизой. В помощь СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений». Во избежание ошибок, закладывается коэффициент надежности 1,3-1,4.