Надежность фундамента напрямую зависит от свойств грунтового основания. Одни грунты достаточно прочны, другие считаются слабыми и без улучшения могут не выдержать нагрузку здания. В таких случаях возникает необходимость в укреплении грунта – его уплотнении или стабилизации, чтобы предотвратить чрезмерные осадки и деформации сооружения. Рассмотрим, какие грунты необходимо укреплять, по каким признакам можно выявить слабое основание и какие современные методы используются для его усиления.
Признаки слабого грунта
Слабым принято считать грунт, который обладает недостаточной несущей способностью и под нагрузкой деформируется больше допустимого. Основные признаки слабого грунта включают:
- Малая несущая способность: грунт не способен воспринимать проектные нагрузки без значительных деформаций (просадки).
- Высокая сжимаемость: под массой здания такой грунт дает чрезмерную и часто неравномерную осадку основания.
- Повышенная влажность и пористость: грунт сильно водонасыщен, имеет разжиженную или текучую консистенцию и большое количество пустот.
- Низкая прочность сцепления частиц: характеризуется малым сопротивлением сдвигу и низким модулем деформации по результатам испытаний.
Если геологические изыскания выявляют подобные показатели, грунт относят к слабым и требующим усиления перед строительством.
Просадочные грунты: признаки и особенности
Одной из наиболее опасных категорий слабых грунтов являются просадочные грунты. Это пылевато-глинистые породы (лессы, лессовидные суглинки и супеси), которые при замачивании резко уменьшаются в объеме и проседают. В сухом состоянии они достаточно плотные и твердые, но добавление воды разрушает структуру грунта, вызывая провалы и просадки. Внешние признаки просадочных грунтов заметны уже в полевых условиях: грунт выглядит сухим, рыхлым, с крупной пористостью; при обильном увлажнении такой массив теряет устойчивость, проседая и образуя провалы на поверхности. Основные отличительные признаки просадочных грунтов следующие:
- Желтовато-бурый цвет и преобладание мелкодисперсных пылеватых частиц в составе (содержание пыли > 50%).
- Повышенная пористость (примерно 40–50% объема) и наличие макропор (пустот диаметром 1–3 мм), видимых невооруженным глазом.
- Низкая естественная влажность; в сухом состоянии грунт очень прочный (способен держать вертикальный откос), однако при увлажнении быстро размокает и теряет прочность.
- Высокое содержание легкорастворимых солей (карбонатов) в породе; их вымывание водой дополнительно нарушает структуру грунта.
Ключевые признаки просадочности грунтов проявляются именно при намокании: грунт проседает (дает дополнительную вертикальную деформацию) под действием нагрузки и собственного веса, необратимо теряя первоначальную структуру. Без специальных мер такое основание не выдержит нагрузок – просадка приводит к неравномерному оседанию фундамента, появлению трещин в стенах и даже обрушению частей здания. Поэтому при строительстве на лессовых просадочных породах обязательно проводится уплотнение или закрепление грунта, либо используются свайные фундаменты, передающие нагрузку на более плотные слои.
Какие виды грунтов укрепляют?
Важно заранее определить, какие почвы подлежат усилению, чтобы заложить надежный фундамент. К таким породам относятся основные типы грунтов, требующие укрепления при строительстве:
- Органические слабые грунты (торфяники, сапропель). Содержат большое количество органических остатков (до 50% и более), обычно сильно насыщены водой. Характеризуются очень высокой пористостью и малой прочностью, вследствие чего под нагрузкой сильно сжимаются. Несущая способность торфяных грунтов и илистых отложений крайне низкая – без усиления здание на них неизбежно просядет.
- Плывуны (водонасыщенные пески). Представляют собой тонкозернистый песчаный грунт, насыщенный водой и находящийся под напором в толще водоупорных пород. При нарушении целостности пласта (например, при копке котлована) настоящий плывун ведет себя как жидкая грязь – грунт мгновенно разжижается и вытекает фонтаном, полностью теряя несущие свойства. Возведение фундамента напрямую на плывуне без специальных мер (дренажа, замораживания или химического закрепления) невозможно.
- Насыпные и техногенные грунты. Искусственно сформированные слои (отсыпки, грунт с остатками строительного мусора) отличаются крайне неравномерным составом. Структура таких грунтов рыхлая и беспорядочная, из-за чего их свойства труднопредсказуемы. Без улучшения основания техногенный слой обычно не годится для фундамента – как правило, его либо замещают плотным природным грунтом, либо производят укрепление слабого грунта методами уплотнения и инъектирования.
Таким образом, любой грунт, требующий уплотнения и упрочнения для восприятия нагрузок от здания, должен быть усилен до начала строительства. Фактически, в таких случаях возникает либо необходимость уплотнения грунта (механического уплотнения вибрацией, трамбованием и т.п.), либо необходимость закрепления грунтов специальными вяжущими составами. Ниже рассмотрены современные технологии улучшения грунтового основания.
Укрепление слабых грунтов: современные методы
Если в основании будущего здания обнаружены вышеперечисленные слабые породы, их свойства необходимо улучшить заранее. Подобный грунт нельзя оставлять в исходном состоянии – иначе фундамент здания неизбежно просядет. В таких ситуациях возникает либо необходимость уплотнения грунта традиционными методами, либо необходимость закрепления грунтов с помощью специальных технологий. Геотехническая компания «Геобилдинг» предлагает профессиональное укрепление слабых грунтов методом струйной цементации (Jet Grouting) и инъекционным креплением грунтов (Deep Injection). Рассмотрим особенности этих методов:
- Струйная цементация грунтов (Jet Grouting). Технология усиления основания с использованием энергии высоконапорной струи цементного раствора. Через буровые скважины под давлением ~400 атм раствор разрушает структуру грунта и одновременно перемешивает его с цементом прямо в массиве. После твердения образуется монолитный грунтоцемент – прочные колонны диаметром до 0,5–1,5 м, значительно повышающие несущую способность и снижающие сжимаемость основания. Метод универсален и позволяет укреплять практически весь спектр пород – от гравийных песков до мелкодисперсных глин (не применяется лишь в крупнообломочных и скальных грунтах). Струйная цементация эффективно используется для устройства свайных оснований, усиления грунта под существующими фондами, создания противофильтрационных завес и т.д.
- Инъекционное закрепление грунтов (Deep Injection). Способ усиления грунта посредством нагнетания закрепляющих растворов через небольшие скважины. Специальный раствор (цементный, силикатный или полимерный) под давлением заполняет пустоты и поры в массиве, пропитывает грунт и после твердения сцепляет его частицы. Таким образом упрочняются слабые зоны, повышается прочность и несущая способность основания, а его деформируемость снижается. Инъекционное укрепление сохраняет естественную структуру грунта и может выполняться локально, например, под уже существующим сооружением, без масштабных земляных работ. Метод наилучшим образом работает в пористых и песчаных грунтах; в плотных глинистых и скальных породах инъектирование применяется реже или требует предварительной подготовки основания.
Оба рассмотренных метода укрепления слабых грунтов позволяют надежно подготовить проблемное основание к строительству, предотвращая опасные просадки. Компания «Геобилдинг» обладает опытом выполнения работ по струйной цементации и глубинному инъектированию грунтов на объектах любой сложности. Применение этих современных технологий гарантирует существенное повышение надежности основания и долговечности возводимых зданий.
