За тридцать лет работы в инженерной геологии я усвоил жёсткий урок. Фундамент разрушает не мороз и не землетрясение. Его разрушает незнание природы грунта.
Помню объект в Якутии. Проектировщик взял табличные значения из СП, не заморачиваясь с изысканиями. Получилось красиво на бумаге. А когда начали строить, грунт «поплыл» — оказался водонасыщенным суглинком вместо ожидаемого плотного песка.
Перерасход на усиление фундамента составил 12 миллионов рублей.
Эта статья — не пересказ учебников. Это практический опыт определения физико-механических свойств грунтов по ГОСТ 25100-2020, где я покажу, как избежать типичных ошибок и сэкономить бюджет проекта.
Основные понятия: паспорт против поведения
В геотехнике есть чёткая граница. Она проходит между тем, что представляет собой грунт, и тем, как он работает под нагрузкой.
Физические свойства грунтов
Это «паспортные данные». Они отвечают на вопрос «что это за грунт?». Плотность, влажность, пористость, границы пластичности. По этим показателям ГОСТ 25100-2020 присваивает грунту «имя»: песок средней крупности, суглинок мягкопластичный, глина полутвёрдая.
Механические свойства грунтов
Это про поведение. Они показывают, как грунт сопротивляется нагрузке и деформируется. Угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации — именно эти параметры закладывают в расчётные программы для определения несущей способности и осадки по СП 22.13330.2016.
⚠️ Важная связь
Связь между ними железная. Без корректных физических характеристик нельзя назначить правильные механические параметры. Ошибка в идентификации грунта почти всегда ведёт к ошибке в расчётах прочности и деформаций.
Нужны точные данные о грунтах?
Компания Сервис ГЕО выполняет полный комплекс инженерно-геологических изысканий — от бурения до расчёта всех необходимых характеристик. Наша аккредитованная лаборатория работает по действующим ГОСТ, а полевые бригады имеют опыт работы в любых климатических условиях России.
Физические свойства: что скрывается внутри грунта
Грунт — это не просто «земля под ногами». Это трёхфазная система: твёрдые частицы (скелет), вода в порах и газ (обычно воздух).
Скелет создаёт каркас. Вода меняет трение и сцепление. Воздух влияет на сжимаемость. При изменении условий — например, подъёме грунтовых вод или промерзании — соотношение фаз меняется, и свойства грунта кардинально изменяются.
Плотностные характеристики: три цифры, которые нельзя путать
Плотность грунта (ρ) — масса единицы объёма с естественной влажностью. Определяется просто: режем монолит, взвешиваем, делим на объём. Типичные значения 1,6-2,1 т/м³.
Плотность частиц грунта (ρs) — плотность чистого минерала без пор. Почти всегда 2,65-2,75 т/м³, потому что основа большинства грунтов — кварц и полевые шпаты.
Плотность сухого грунта (ρd) — вот это главный герой для контроля уплотнения. Показывает, насколько плотно уложен именно скелет, исключая влияние воды.
📝 Практический пример
ρ = 1,95 т/м³, W = 0,18:
📖 Случай из практики
На одном объекте в Поволжье прораб радовался: «Плотность в норме — 1,9 т/м³!». А когда пересчитали по сухому остатку, получилось 1,55 т/м³ вместо проектных 1,7. Пришлось доуплотнять всю площадку.
Совет эксперта
Никогда не оценивайте качество уплотнения по общей плотности ρ. Вода маскирует реальную картину. Смотрите только на плотность скелета ρd — она не обманывает.
Влажностные характеристики: вода меняет всё
Естественная влажность W — отношение массы воды к массе сухого грунта. Определяется высушиванием при 105°C.
Степень влажности (Sr) показывает, какую долю пор заполняет вода:
Классификация критична для морозостойкости:
Sr < 0,5— маловлажные0,5 ≤ Sr ≤ 0,8— влажныеSr > 0,8— водонасыщенные
Важно для строительства
Водонасыщенные грунты зимой — это морозное пучение. Фундамент может «выдавить» на 10-15 см.
Границы пластичности определяют только для глинистых грунтов:
- WL (граница текучести) — грунт течёт как жидкость
- WP (граница раскатывания) — грунт крошится
Структурные характеристики: пористость и коэффициент пористости
Здесь часто путаются даже опытные инженеры.
Пористость (n) — доля пор в общем объёме. Всегда меньше 1.
Коэффициент пористости (e) — отношение пор к скелету. Может быть больше 1.
В российских расчётах используют именно e:
Классификация песков по плотности:
| Состояние | Крупные и средние | Мелкие | Пылеватые |
|---|---|---|---|
| Плотные | e < 0,55 | e < 0,60 | e < 0,60 |
| Средней плотности | 0,55–0,70 | 0,60–0,75 | 0,60–0,80 |
| Рыхлые | e > 0,70 | e > 0,75 | e > 0,80 |
Консистенция глинистых грунтов: твёрдая или текучая?
Для глин, суглинков и супесей нужны особые показатели.
Число пластичности (IP):
По нему определяют тип:
- супесь: IP = 0,01–0,07
- суглинок: IP = 0,07–0,17
- глина: IP > 0,17
Показатель текучести (IL):
Состояние грунта:
IL < 0— твёрдое0–0,25— полутвёрдое0,25–0,50— тугопластичное0,50–0,75— мягкопластичноеIL > 1— текучее
Готовите технический план?
Ошибка в определении консистенции глинистого грунта может привести к неоптимальному проекту фундамента и перерасходу бетона на 20-30%. При подготовке технического плана важно иметь точные геологические данные — это поможет оптимизировать затраты на строительство.
Механические свойства: как грунт работает под нагрузкой
Физические свойства — это паспорт, механические — это поведение в деле.
Задача расчёта оснований — обеспечить две вещи: несущую способность (чтобы не разрушилось) и допустимые осадки (чтобы не потрескалось). СП 22.13330 работает по методу предельных состояний, где механические характеристики — основа всех расчётов.
Прочностные характеристики и закон Кулона
Прочность грунта описывает закон Кулона:
τ = σ · tan φ + c
где τ — сопротивление сдвигу, σ — нормальное напряжение, φ — угол внутреннего трения, c — удельное сцепление
Угол внутреннего трения (φ) — это трение между частицами. Зависит от формы зёрен, шероховатости, плотности. Для песков — главный параметр.
Удельное сцепление (c) — силы связи между частицами. У песков c ≈ 0, у глин сцепление может достигать 50-100 кПа.
Типичные значения:
| Тип грунта | Состояние | φ, град | c, кПа |
|---|---|---|---|
| Песок крупный | Плотный | 38–42 | 0–2 |
| Песок средний | Средней плотности | 32–36 | 0–2 |
| Суглинок | Тугопластичный | 18–22 | 25–45 |
| Глина | Полутвёрдая | 16–20 | 50–100 |
📖 Случай из практики
Однажды видел расчёт, где проектировщик назначил песку сцепление 15 кПа. На бумаге несущая способность удвоилась. В реальности песок работает только на трение — сцепления у него нет. Пришлось переделывать проект.
Совет эксперта
Для песков всегда принимайте c = 0. Песок — чисто фрикционный материал. Любое сцепление в расчётах — это самообман и риск.
Деформационные характеристики: модуль деформации
⚠️ Важно
Модуль деформации — это НЕ модуль упругости. Грунт после нагружения не возвращается к исходной форме. Остаются необратимые деформации от уплотнения и выдавливания воды.
Модуль деформации E — основа расчёта осадок. Определяется в диапазоне рабочих давлений 0,1-0,3 МПа.
Ориентировочные значения:
| Тип грунта | E, МПа |
|---|---|
| Песок плотный | 40–50 |
| Песок средней плотности | 20–30 |
| Суглинок тугопластичный | 10–20 |
| Глина полутвёрдая | 14–24 |
Расчёт осадки методом послойного суммирования:
s = β · Σ (σzp,i · hi / Ei)
Методы определения: лаборатория против поля
Есть два пути получить цифры.
Лабораторные методы:
- Одометр — модуль деформации, быстро и дёшево
- Срезной прибор — φ и c, стандартная процедура
- Трёхосное сжатие — все параметры, но дорого
Полевые методы:
- Статическое зондирование (CPT) — экспресс-оценка по всему разрезу
- Штамповые испытания — эталон для модуля деформации
| Метод | Что даёт | Плюсы | Минусы |
|---|---|---|---|
| Одометр | E | Массовость | Нарушение структуры |
| Штамп | E (эталон) | Естественные условия | Высокая стоимость |
| CPT | φ, E косвенно | Непрерывный профиль | Корреляции |
Рекомендация
Штамповые испытания — это «золотой стандарт» для модуля деформации. Если бюджет позволяет, делайте штампы для ответственных объектов.
Полный комплекс испытаний
Сервис ГЕО располагает современным лабораторным и полевым оборудованием. Мы подберём оптимальную программу испытаний, чтобы получить точные данные при разумном бюджете. Также поможем с исправлением кадастровых ошибок, если геологические условия повлияли на границы участка.
Справочные материалы: шпаргалка инженера
Основные формулы
Справочные значения (СП 22.13330):
| Тип грунта | ρ, т/м³ | e | φ, град | c, кПа | E, МПа |
|---|---|---|---|---|---|
| Песок крупный плотный | 2,0–2,1 | 0,45–0,55 | 38–42 | 0–2 | 40–50 |
| Песок средний | 1,8–2,0 | 0,55–0,65 | 32–36 | 0–2 | 20–30 |
| Суглинок тугопластичный | 1,9–2,1 | 0,55–0,70 | 18–22 | 25–45 | 14–22 |
⚠️ Дисклеймер
Табличные значения только для предварительных оценок. Для ответственных объектов нужны прямые изыскания.
Актуальная нормативная база
Действующие документы:
- ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация» — основа идентификации
- СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» — методы расчёта
- ГОСТ 12248.1-2020 — лабораторные испытания
- ГОСТ 19912-2012 — полевые испытания
Часто задаваемые вопросы
- В чём разница между модулем деформации и модулем упругости?
Модуль упругости — для материалов, которые полностью восстанавливают форму (сталь, резина). Грунт так не работает. При нагружении поры частично закрываются навсегда. Модуль деформации учитывает полную деформацию — и обратимую, и остаточную.
- Какой ГОСТ актуален — 2011 или 2020?
Только ГОСТ 25100-2020. Версия 2011 года отменена. Если в отчёте ссылка на старый ГОСТ — это повод задать вопросы исполнителю.
- Можно ли использовать табличные значения для рабочего проекта?
Табличные значения — только для предварительных расчётов и объектов III класса ответственности. Они содержат большой запас, что удорожает фундамент на 20-30%. Для жилых домов и промышленных объектов нужны реальные изыскания.
- Как быстро пересчитать общую плотность в сухую?
Формула: ρd = ρ / (1 + W). Влажность берите в долях единицы. Пример: при ρ = 2,0 т/м³ и W = 15% получаем ρd = 2,0 / 1,15 = 1,74 т/м³.
- В чём разница между пористостью n и коэффициентом пористости e?
Пористость n — доля пор в общем объёме (всегда меньше 1). Коэффициент пористости e — отношение пор к скелету (может быть больше 1). В российских расчётах используют e, потому что он удобнее связан с плотностными характеристиками.
За тридцать лет в геологии я понял: экономия на изысканиях оборачивается переплатой на строительстве. Можно сэкономить 200 тысяч на бурении, а потом закопать в фундамент лишних 3 миллиона «на всякий случай».
Нужны точные данные о грунтах?
Команда Сервис ГЕО готова помочь. Также занимаемся межеванием участков и полным комплексом геодезических работ по всей России.
Загрузка...