Специфические грунты: какие бывают и чем опасны для фундамента

При строительстве фундаментов способы расчета нагрузок опираются на свойства грунта и его несущую способность. Как правило, грунт одного типа сохраняет свои характеристики постоянно: гранит всегда твердый, глина плотная и пластичная, песок пропускает воду.

Однако есть категория грунтов, которые называются специфическими — их свойства и структура могут изменяться под воздействием внешних факторов: замачивания, давления, динамических нагрузок. Специфические грунты требуют особого подхода к выбору типа фундамента и технологии строительных работ.

Просадочные грунты отличаются свойством уменьшаться в объёме при попадании в них воды. К ним относятся лессы и лессовидные супеси, а также суглинки. Эти породы имеют твердую поверхностную корку и крупнопористую структуру, в которой прочное соединение мелких частиц чередуется с неравномерно расположенными пустотами или кристаллами соли. 

В сухом состоянии такие грунты отличаются твердостью и легкостью. Вода, попадающая в поры при разрушении плотного поверхностного слоя, быстро проникает внутрь, растворяя соли и ослабляя связи между частицами структуры. Поры намокшей породы схлопываются, приводя к образованию провалов, оврагов и пещер. 

Просадка может происходить как под нагрузкой, так и под собственным весом грунта. При инженерно-геологических изысканиях определяется начальное просадочное давление, являющееся критичным для сохранения структуры грунта при замачивании, и начальная влажность просадки. Залегают просадочные грунты только выше уровня грунтовых вод в зоне, влажность которой не превышает 80%.

На чем строить? При строительстве на просадочном грунте расчетная нагрузка должна быть меньше начального просадочного давления, иначе может произойти обрушение. Если слой просадочной породы имеет небольшую толщину, безопаснее будет заместить его более устойчивым грунтом или возвести свайно-винтовой фундамент с опорой на плотные слои. При обнаружении мощного просадочного пласта в месте строительства прибегают к тщательному обустройству грунтового водоотведения, что не исключает риска при прорыве сантехнических коммуникаций. 

Набухающие грунты относятся к осадочным породам и встречаются нечасто. Как правило, это глинистые слоистые пласты, например, сланцевые глины, реже суглинки. Не бывает набухающих грунтов в ледниковых отложениях с обломочными включениями и прослойками песка. Также исключен риск набухания в пластичных и текучих глинах, уже достаточно насыщенных водой.

Набухание происходит при взаимодействии глинистых минералов с водой на молекулярном уровне, что приводит к резкому увеличению объема в несколько раз. Возникающее при этом давление может достигать 600 кПа, действуя на фундамент весьма разрушительно, особенно если вес здания невелик и не способен компенсировать поведение грунта.

На чем строить? Обнаружение на участке глинистых пород является серьезным основанием для инженерно-геологических изысканий. На практике в процессе строительства избежать набухания не удастся, если не перекрыть доступ воды к пласту, то есть практически невозможно, если фундамент любой конструкции затрагивает набухающий пласт, грунт придется заменить. Если глины залегают под стабильным поверхностным слоем, можно рассчитать малозаглубленный фундамент, не достигающий проблемной глубины.

Органические грунты являются биогенными — они сформировались из остатков живых организмов и содержат более 50% органики. Они встречаются чаще всего в болотистых районах, долинах рек и озер, на месте осушенных болот и бывших водоемов. К органическим породам относят торф, в котором преобладают растительные остатки, и сапропель, образованный преимущественно отмершими микроорганизмами и планктоном. Органические грунты обильно насыщены влагой, обладают высокой пористостью и малой прочностью, что приводит к сжимаемости под нагрузкой. 

На чем строить? Несущая способность торфяников и илистых сапропелей очень низкая, и возвести строение возможно только на свайном фундаменте — свайно-винтовом или забивном, который будет опираться на лежащие глубже плотные слои минеральных пород.

Органоминеральные грунты имеют минеральную основу с включением от 5 до 50% органических веществ. Чем выше содержание органики, тем ближе по свойствам грунт к органическим, то есть малопригодным для строительства. Обычно органика встречается в глинах и суглинках, реже в песчаных массивах.

Наличие растительных или животных остатков придает грунту темный цвет, от серого и бурого до черного, а иногда характерный болотный запах. Часто включения органики имеют вид прослоек или прожилок. Все эти внешние признаки дают повод провести лабораторные исследования. 

Органоминеральные слои характеризуются сжимаемостью и низкой несущей способностью. Водонасыщенность приводит к тому, что под действием нагрузки грунт испытывает незатухающие деформации, и здание дает осадку постоянно, а не пару лет, как на стабильных породах. Органические включения со временем могут разлагаться, образуя пустоты, вызывающие неравномерную осадку. 

На чем строить? При динамических нагрузках, в частности, при забивании свай, снижается вязкость и увеличивается текучесть грунта. Применение винтовых свай — оптимальное решение для возведения фундамента на органоминеральном грунте, если нет возможности его заместить.

Настоящий плывун может стать опасной неожиданностью, если образуется на стройплощадке. К счастью, это явление достаточно редкое. Плывун представляет собой тонкозернистый песчаный грунт, иногда с органикой, насыщенный водой и находящийся под давлением в окружении пород, не пропускающих воду. Если их целостность нарушается и плывун вскрывается, он тут же вытекает в виде жидкой грязи, иногда образующий выплеск в виде гейзера. 

На чем строить? Для индивидуального строительства риск вскрытия плывунов минимальный, так как обычно они располагаются под значительной толщей глины. Если глубина заложения фундамента не достигает границ плывуна, статичная нагрузка от веса здания не меняет свойств грунта. Однако плывуны боятся динамических нагрузок, и забивные сваи при подозрении на залегание плывуна использовать не стоит.

Техногенные грунты, в отличие от прочих, имеют не природное, а искусственное происхождение. К ним относятся как специально насыпанные в строительных целях подушки и прослойки, так и замусоренные почвы на местах бывших свалок и сноса старых построек.

Техногенный слой ведет себя более непредсказуемо, чем любой из видов природных инженерно-геологических элементов. Неоднородность состава и произвольность расположения обломков и включений не дают 100% прогностичности результатов изысканий.

На чем строить? Самый надежный способ избежать неопределенности при обустройстве основания — заместить техногенный грунт природным с известными свойствами. Если есть уверенность в относительно небольшой толщине техногенного массива, можно попробовать пройти его сваями, винтовые опоры типа «шуруп» вкручиваются в почву, раздвигая небольшие препятствия, уплотняя грунт вокруг себя и закрепляясь в нем.