От степени изучения грунтов основания, их состава и состояния, обоснованности выбора и правильности конструирования фундаментов во многом зависит надежность и долговечность возведенного на них сооружения. Непроектная просадка грунтов приведет к деформации стен, образованию в них трещин, промерзанию и продуванию. Поэтому важной задачей проектировщиков становится детальное изучение материалов инженерно-геологических изысканий и по их результатам, при необходимости, предусмотреть специальные мероприятия — уплотнение грунтов, их армирование или закрепление.
Инженерно-геологические изыскания
Обязательное проведение инженерно-геологических изысканий объясняется необходимостью получения информации о характеристиках основания под фундамент — составе грунта, его характеристиках и глубине промерзания, уровне грунтовых вод, их составе и свойствах. Проводятся изыскания в соответствии с программой, где предусмотрены все необходимые виды и объемы предполагаемых работ. В ходе инженерно-геологических изысканий:
- ведется поиск и анализ материалов геологических изысканий, выполненных ранее по территории проектируемого объекта и участков, расположенных рядом;
- выполняется рекогносцировочное обследование участка с целью осмотра территории, оценки рельефа местности, описания и фотофиксации карьеров, оврагов, водоемов, проявлений опасных геологических процессов, последствий стихийных бедствий и техногенных аварий;
- уточняется уровень сейсмичности местности;
- производится инженерно-геологическая съемка, в ходе которых получают информацию о строении массива грунтов, гидрогеологической обстановке на участке, геологических процессах;
- ведутся полевые и лабораторные исследования с целью анализа грунта под фундамент — определения его характеристик и состава грунтовых вод;
- выполняется камеральная обработка полученной информации и составляется отчет о проеденных инженерно-геологических изысканиях.
При обследовании технического состояния объекта и наличии в программе исследований требований производится обследование грунтового массива в основании существующего объекта, прогнозируются ситуации изменения геологической обстановки местности.
Инженерно-геологические изыскания служат основанием для разработки геотехнического прогноза – документа, позволяющего оценить влияние ведущегося строительства на объекты существующей застройки, расположенные рядом с проектируемым объектом. Обязательная разработка геотехнического прогноза регламентирована п. 9.33 СП 22.13330.2011.
Повышение прочности грунтов основания
Иногда сделанный по результатам инженерно-геологических изысканий расчет несущей способности грунтов основания показывает недостаточность прочности грунта для восприятия нагрузок от проектируемого здания. В это случае может быть предусмотрены мероприятия, позволяющие изменить структуру грунтового массива, повысив его прочностные характеристики. Однако способы искусственного улучшения свойств грунта зависят преимущественно от типа грунта и его механических характеристик, а также гидрогеологической обстановки на площадке и конструктивных особенностей возводимого объекта.
Если при отсыпке земляного полотна или дамбы, устройстве подушки, основания под фундамент характеристики грунта ниже требуемых, в проекте может быть предусмотрено использование метода уплотнения грунтов основания – технологии, позволяющей добиться упорядоченного передвижения грунтовых частиц, позволяющего увеличить плотность их прилегания друг к другу в единице объема. В результате уплотнения минимизируется объем жидкой и газообразной фаз, что приводит грунтовый массив в состояние, где воздуха содержится не более 5%. При этом повышается плотность и увеличивается несущая способность грунта, снижается фильтрация, склонность к размыванию и просадке при знакопеременных температурах.
В зависимости от вида и показателей основания, существует несколько методов уплотнения грунта, позволяющих получить требуемый результат расчета осадки грунтов основания:
- трамбование, когда специальная техника сбрасывает с высоты от 2 до 6 м стальную плиту или другой груз с плоским днищем массой от 2 до 15 тн. Метод применяется для уплотнения крупнообломочных, комковатых грунтов;
- укатка, для чего используются преимущественно прицепные кулачковые катки, позволяющие уплотнить песчаные, крупнообломочные и глинистые грунты;
- вибротрамбование, наиболее эффективный метод уплотнения грунта, позволяющий полностью избавиться от пустот в структуре грунта, для чего используются вибрационные механизмы.
Повышения прочностных характеристик грунтов под подошвой фундамента можно добиться, выполняя их искусственное закрепление. На практике применяются несколько таких методов:
- химическое закрепление, при котором поры грунта пропитываются растворами силиката натрия (силикатизация) или синтетических смол (смолизация). Силикатизация применяется для закрепления песчаных и лессовых грунтов, а смолизация – только для песчаных;
- цементация грунтов, которая может производиться посредством инъектирования цементного раствора или смешения цементного раствора с грунтом. Способ эффективен при закреплении трещиноватых скальных, крупнообломочных и гравелистых грунтов. При выявлении в ходе обследования недостаточно прочности основания существующего здания части используется укрепление грунта под фундаментом методом инъектирования, что даст возможность добиться необходимых характеристик основания;
- термическое закрепление – обжиг грунтового массива, который применяется для устранения просадочных и пучинистых свойств лессовых и глинистых грунтов.
Повысить прочность основания можно также методами армирования и искусственного замораживания грунтов.
Методика обследования грунтовых оснований существующих зданий
При обследованиях существующих зданий с целью проведения в них реконструкции с возможным повышением этажности, или при выявлении сверхнормативных осадок, производится обследование грунтов основания под фундаментами существующего здания. Как правило, при этом откапываются шурфы, однако при этом определить прочностные характеристики грунта невозможно. Поэтому при обследовании грунтового основания выполняются:
- бурение скважин с построением геологических колонок;
- отбор проб грунта и воды для лабораторных исследований;
- зондирование грунтов на площадке;
- испытания грунтов штампами.
Значительно упростить и ускорить получение характеристик основания под существующим зданием позволяет георадарное обследование грунтов, благодаря которому можно без устройства шурфов и скважин выполнить работы:
- по обнаружению пустот рядом со зданием, определению их форм и размеров;
- по определению наличия и глубины заложения подземных вод;
- по определению прочности и плотности материалов;
- по поиску причин неравномерной или сверхнормативной осадки.
Георадар – прибор, излучающий волны определенной частоты, которые отражаясь от скрытых предметов или пустот, возвращаются, попадают на приемник и передаются на микропроцессор, где анализируются и преобразуются в сигнал, который на мониторе прибора показывает строение грунта в конкретной точке.
Кто проектирует грунтовые основания
Детальный анализ результатов инженерно-геологических изысканий и квалифицированное конструирование фундаментов обеспечат многолетнюю безаварийную эксплуатацию запроектированного объекта. Однако для этого необходимо обладать специалистами, способными выполнить геологические изыскания, провести обследование существующего объекта, разработать проектную документацию в соответствии с требованиями СП на грунты и основания 2016 года, СП 45.13330.2011, СП 446.1325800.2019 и др. Кроме этого, необходима специальная техника, оборудование и программное обеспечение. Всем эти составляющие успешного проектирования зданий и сооружений любого назначения и уровня ответственности имеет столичная проектная компания «Проеком», известная заказчикам из Москвы и Московской области, своевременным и квалифицированным исполнением договорных обязательств, а также беспроблемным прохождением экспертизы проектной документации.