Особенности инженерно-геологических изысканий в малоэтажном строительстве

Если раньше многие дома и в первую очередь дачные строились без привязки фундаментов к грунтовым условиям строительных площадок, то за последние годы таких построек становится всё меньше. Сегодня даже начинающие застройщики знают, что обеспечить надёжное изготовление фундаментов невозможно без геология участка под строительство, которую позволяют получить данные по конкретной площадке строительства с «…детальностью, необходимой и достаточной для обоснования окончательных проектных решений…» (п. 8.1., СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства», М., 2005). Однако в нормативных документах по инженерным изысканиям недостаточно определены требования по объёму изысканий для малоэтажного строительства. Эта проблема специально рассматривалась ещё в Госстрое РСФСР в 1986 г. и в ЦТИСИЗе — Центральном тресте инженерно-строительных изысканий. Но «воз и ныне там».
На практике фирмы, занимающиеся изысканиями для малоэтажного строительства, завышают объёмы проходческих работ. Под одноэтажными бесподвальными домами чаще всего бурят 3…5 скважин на глубину 7…10 м. Но парадокс заключается в том, что даже при завышенных объёмах бурения глубина отбора образцов грунтов и их количество часто недостаточны для надёжного проектирования фундаментов и их оснований. Рассмотрим, в чём тут дело.

Глубина проходки выработок

Действующие в настоящее время СНиП 11-02-96 и указанный Свод Правил (в дальнейшем изложении — СП) ориентированы на строительство крупных промышленных объектов, гражданских и жилых многоэтажных зданий, так как изначально они разрабатывались, когда объёмы малоэтажного строительства были ничтожны.
Для тяжёлых сооружений основной расчёт, выполняемый во всех случаях, производится по деформациям осадок. Под действием веса сооружения грунты основания сжимаются. Происходят осадки, которые не должны превышать допустимых значений.
Передаваемое на грунт давление за счёт рассеивания с глубиной уменьшается (рис. 1).

Рис. 1. Схема передачи давления на грунт основания: 1 — фундамент; 2 — грунт основания; 3 — сжатая зона грунта; 4 — условная граница сжимаемой толщи; dф — глубина заложения фундамента; dст — мощность сжимаемой толщи грунта; φ- угол внутреннего трения грунта.

Большему сжатию подвергаются грунты, находящиеся в верхней части сжимаемой толщи. На некоторой глубине давление от сооружения снижается настолько, что грунты уже не сжимаются.
Условная граница сжимаемой толщи определяется глубиной, на которой дополнительное давление от сооружения составляет 20% от бытового. (Бытовое давление определяется весом вышележащего грунта).
Если на границе сжимаемой толщи и ниже залегают слабые грунты, то сжимаемая толща увеличивается до границы, где давление от сооружения составляет не более 10% от бытового.
Как следует из СП, глубину проходки выработок при изысканиях «следует назначать в зависимости от величины сферы взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой и прежде всего — величины сжимаемой толщи с заглублением ниже её на 1-2 м.
При отсутствии данных о сжимаемой толще грунтов оснований фундаментов глубину горных выработок следует устанавливать в зависимости от типов фундаментов и нагрузок на них (этажности) по таблице 8.2.» (СП).
Приведём некоторые данные из этой таблицы для зданий на ленточных фундаментах. Из табл. 1 следует, что когда изыскательские фирмы проходят выработки под одноэтажный бесподвальный дом глубиной 7…10 м, то заказчик оплачивает объёмы работ, необходимые под 3…6-этажные дома.Таблица 1. Зависимость глубины горных выработок от нагрузок (этажности) на фундаменты зданий.

Этажность зданий	Нагрузка на фундамент, кН/м	Глубина выработки от подошвы фундамента, м
1 2-3 4-6	До 100 200 500	4-6 6-8 9-12

При строительстве малоэтажных домов в пучинистых грунтах, распространённых повсеместно, основные расчёты производят по устойчивости и деформациям пучения. При выполнении инженерно-геологических изысканий под такие дома одной из главных задач является определение степени пучинистости грунтов. Для этого необходимо получить подробные характеристики грунтов в пределах глубины промерзания.
В этом состоит первая особенность инженерно-геологических изысканий под малоэтажные дома.
Получение данных можно обеспечить проходкой выработок на расчётную глубину промерзания, например, по Московской области- на глубину до 1,6 м, по Новосибирской области — до 2,4 м, а по Читинской — до 2,8 м.
Однако проходка выработок на глубину сжимаемой толщи под малоэтажными домами всё же необходима.
Сжимаемые толщи грунтов под малоэтажные бесподвальные дома известны (табл. 2). Они значительно меньше, чем под тяжёлыми объектами и многоэтажными домами. В таблице приведены также рекомендуемые глубины проходки выработок при устройстве мелкозаглублённых фундаментов.Таблица 2. Рекомендуемые глубины проходки выработок под малоэтажные бесподвальные дома.

Конструкция дома	Этажность зданий	Сжимаемая толща, м	Рекомендуемая глубина выработки, м
Деревянный, щитовой,каркасный	1	1,4	2,0
Брусовой, бревенчатый	1	1,8	2,5
Из пено-, газобетонных блоков с облицовкой в полкирпича	1	2,6	3,0
Кирпичный	1	2,8	3,5
Брусовой, бревенчатый	2	3,5	4,0

При наличии под деревянными одноэтажными домами цокольного этажа проходить выработку от поверхности грунта следует на глубину 4…5 м, а под двухэтажными кирпичными домами с цокольными этажами — до 8…9 м.

Количество выработок на один дом

При изысканиях под малоэтажные дома выполняют следующие виды работ:
— рекогносцировочное обследование площадки строительства и прилегающей территории;
— проходка горных выработок с отбором образцов грунтов;
— геодезическая съёмка поверхности грунта в пределах габаритов дома и прилегающей территории;
— лабораторные исследования отобранных образцов грунтов с целью определения их наименования и физико — механических характеристик.

К горным выработкам под малоэтажные дома относят:
— закопушки глубиной до 0,6 м;
— шурфы глубиной до 1,5 м;
— скважины глубиной по программе изысканий.

В соответствии с указаниями СП «Расстояния между горными выработками следует устанавливать… в зависимости от сложности инженерно-геологических условий и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений…».
Сложность условий подразделяют на 3 категории.
I категория (простая). Поверхность строительной площадки близка к горизонтальной; незначительная степень изменчивости слоев по показателям свойств грунтов, закономерно изменяющихся в плане и по глубине; грунтовые воды отсутствуют или имеется один выдержанный горизонт; геологические процессы и техногенные факторы отсутствуют.
II категория (средней сложности). Поверхность строительной площадки — наклонная; наблюдается существенное изменение характеристик и в плане, и по глубине; имеется два и более горизонтов грунтовых вод; органические включения не оказывают существенного влияния на принятие проектных решений по фундаментам.
III категория (сложная). Рельеф строительной площадки изменчивый; основание сложено грунтами разного происхождения; имеет место линзовидное залегание отдельных слоев; значительная неоднородность показателей грунтов, изменяющихся в плане или по глубине; горизонты подземных вод не выдержаны по простиранию и мощности; сложное чередование водоносных и водоупорных пород; наблюдаются геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации домов; техногенные воздействия оказывают влияние на выбор проектных решений.

Бурение и извлечение керна грунта.

Для крупных строек инженерно-геологические изыскания проводят в несколько этапов: сначала — для разработки предпроектной документации, затем — для разработки проекта сооружения или комплекса и в заключение — для подготовки рабочей документации.
В малоэтажном строительстве первые два этапа не проводят. Поэтому понятно, что перед изысканиями особенности простирания грунтов в плане и по глубине их свойства, уровень залегания грунтовых вод и другие факторы не известны. Имеется возможность судить о сложности условий только по визуальному обследованию рельефа и по характеру растительного покрова.
Практика показывает, что подавляющее большинство загородных домов строят в условиях, относящихся к I и II категории сложности.
Как следует из СП, расстояние между горными выработками для зданий и сооружений II уровня ответственности (в том числе для жилых домов) в простых условиях для деревянных домов должны составлять не более 100 м, а для кирпичных (и из других штучных материалов) — не более 75 м. А в условиях средней сложности 50 и 40 м соответственно. В пределах контура каждого здания II уровня ответственности количество выработок должно быть не менее трёх. Для строений III уровня ответственности достаточно 1-2 выработок.
Кажущееся противоречие (3 выработки на объект и расстояние между ними 100…40 м) устраняется, если иметь в виду, что в СП подразумеваются большие в плане дома. Например, на шестиподъездном доме длиной 100 куб.м. выработки с расстояниями между ними 50…40 м разместить можно.
Указания о трех выработках к одному малоэтажному дому длиной 10…15 м относить не следует, так как в СП есть другие указания относительно небольших в плане домов. При расположении группы домов II уровня ответственности, строительство которых осуществляется по проектам массового применения, и для технически несложных объектов (на территории с простыми и средней сложности условиями) с размерами, не выходящими за пределы приведённых максимальных расстояний между выработками, «выработки в пределах контура каждого здания и сооружения могут не предусматриваться, а общее их количество допускается ограничивать пятью, располагаемыми по углам и в центре участка» (п.8.4.)
На рис. 2а представлена такая ситуация при размерах индивидуального участка в 12 соток.

Рис. 2. Схема размещения геологических выработок для группы малоэтажных домов на ограниченной территории: а — по указаниям СП; б — рекомендуемая; 1 — участок; 2 — дом; 3 — шурф, скважина.

Получается, что ни одна выработка не оказывается в пределах контура строительной площадки. В то же время, как было отмечено, изыскательские фирмы на одной строительной площадке под малоэтажный дом обычно проходят 3…5 выработок.
На практике наблюдается парадоксальная ситуация. Если выполняют изыскания на значительной территории для какого-либо товарищества, то обходятся десятью выработками. Если выполняют заказ на один малоэтажный дом, то проходят не менее трех выработок.
Причина такого несоответствия в том, что расценки выполняемых работ определяются не их объёмом, в том числе лабораторных, а количеством пройденных метров. А при наличии механизированного оборудования проходка скважин длиной 40 погонных метров за смену проблем не вызывает.
Представляется, что всё же и указания СП для малоэтажных домов не соответствуют обеспечению «детальности, необходимой и достаточной для обоснования окончательных проектных решений».
Рекомендуется на каждый дом разрабатывать не менее одной скважины (рис. 2б), а в более сложных геологических условиях, например, при большом уклоне строительной площадки — не менее двух. Если на указанной площади размещается большее количество участков, например, по 6 соток, всё равно на один дом должна приходиться одна выработка.
В этом заключается вторая особенность инженерно-геологических изысканий в малоэтажном строительстве.

Глубина отбора образцов грунтов

В соответствии с указаниями Строительных Норм (СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений») фундаменты тяжёлых объектов должны заглубляться на расчётную глубину промерзания. Поэтому при изысканиях под такие объекты первые пробы грунта для определения физико-механических характеристик можно брать с глубины того же порядка, например, для Московской области — с глубины 1,4…1,6 м.

Отбор проб грунта из скважины.

С этих же глубин отбирают образцы грунтов при выполнении изысканий для малоэтажных домов. И когда разработчик фундаментов под такие дома в отчёте об изысканиях получает подобные материалы, он вынужден констатировать, что данных для расчётов фундаментов просто нет. При этом никакие десятки метров, пройденные при бурении, не компенсируют отсутствие необходимой информации. Именно это имелось в виду, когда в начале статьи было сказано о недостаточном объёме получаемой информации.
Выше отмечалось, что при небольших нагрузках от малоэтажных домов в пучинистых грунтах основные расчёты фундаментов выполняют по устойчивости, при действии касательных сил пучения и по деформациям пучения. Для получения характеристик пучинистых грунтов необходимо иметь их физические характеристики в пределах глубины промерзания. Чем подробнее исследования, тем достовернее будут последующие расчёты.
В территориальных Строительных Нормах по Московской области (ТСН МФ -97 МО) указывается, что для лабораторных испытаний образцы грунтов должны отбираться в пределах глубины промерзания через каждые 0,25 м.
В этом состоит третья особенность инженерно-геологических изысканий под малоэтажные дома.

Геодезическая съёмка

Геодезическая съемка участка.

Для правильной вертикальной посадки дома при разработке проекта фундаментов необходимо на стадии изысканий выполнять геодезическую съёмку поверхности грунта в пределах габаритов дома и прилегающей территории.
Для этого на строительную площадку выносят основные размеры дома и производят съёмку угловых точек и других точек, расположенных против первых (рис. 3). Получают сетку поверхностных отметок. Полученные высотные отметки позволяют принять правильные решения по заглублению фундаментов, по планировке грунта срезкой или подсыпкой, по устройству поверхностной дренажной системы (планировка, отмостка, ливневые лотки) вокруг дома.

Рис. 3. Схема размещения точек вертикальной съёмки поверхности грунта: 1…13 — точки вертикальной съёмки.

Если изыскания выполняют на стадии, когда проекта дома ещё нет, на участке должно быть определено местоположение строительной площадки и съёмка можно производить по сетке при условных габаритах дома, о которых застройщик обычно всё же имеет представление.
Из имеющихся в распоряжении отчётов по изысканиям следует, что такая геодезическая съёмка обычно не выполняют. В большинстве случаев определяют абсолютные отметки устьев скважин. Такой объём информации недостаточен для принятия надёжных решений, тем более, что многие скважины устраивают за пределами контура дома.Заключение

1. Для разработки надёжных и экономичных фундаментов под малоэтажные дома по результатам инженерно-геологических изысканий необходимо и достаточно:
— под каждый дом в простых и средних геологических условиях проходить одну выработку — совмещённые шурф (или закопушка) и скважина, в сложных условиях — не менее двух выработок;
— в бесподвальных домах глубина проходки может составлять 2…4 м, в одноэтажных домах с цокольным этажом или техническим подпольем — до 4…5 м, в двухэтажных домах — до 9 м;
— отбор образцов грунтов в пределах расчётной глубины промерзания следует производить через 0,25…0,3 м, ниже глубины промерзания в пределах сжимаемой толщи — через 0,5 м;
— выполнять геодезическую съёмку поверхности грунта в пределах габаритов дома и прилегающей территории.

2. Считается, что для выполнения инженерно-геологических изысканий зимний период наиболее неблагоприятен, поскольку снеговой покров препятствует рекогносцировке строительной площадки и прилегающей территории. Затруднено выполнение геодезической съёмки и др. Ранней же весной, при таянии снежного покрова, верховодка может смыкаться с уровнем грунтовых вод. Поэтому обычно изыскания выполняют летом и осенью.
Одним из основных параметров, который должен быть определён при изысканиях, является показатель степени пучинистости грунтов основания, в значительной мере зависящий от уровня залегания грунтовых вод.
Уровень грунтовых вод в течение года существенно меняется. Летом, за счёт испарения, он понижается. Осенью, в предзимний период, повышается. Зимой, когда осадки выпадают в виде снега, уровень грунтовых вод практически остаётся таким же, как осенью.
При изысканиях летом для определения осеннего уровня грунтовых вод необходимо вводить в расчёты прогностические поправки. При изысканиях осенью поправки практически вводить не приходится.
Поэтому для тех, кто не успел к строительству в текущем году, можно рекомендовать выполнение изысканий в осенний период. А зимой и весной можно решить все вопросы, связанные с выбором проекта дома и, при наличии результатов изысканий, с разработкой проекта фундаментов. И таким образом к началу строительного сезона можно быть готовым к изготовлению фундаментов.