Набухающие грунты + вода: механизм взаимодействия и расчёт деформаций
Вопрос
Подземные воды при контакте с набухающими грунтами запускают сложный физико-химический процесс — гидратацию глинистых минералов, приводящий к увеличению объёма грунта на 5–15% и развитию давления до 0,5 МПа. Этот процесс неравномерен и непредсказуем без расчёта. Как количественно оценить деформации набухания и запроектировать фундамент, способный их выдержать?
Краткий ответ
Расчёт подъёма основания при набухании по СП 22.13330:
hsw = Σ εsw,i × hi × ksw,iгде εsw,i — относительное набухание i-го слоя (определяется лабораторно), hi — толщина слоя, ksw,i — коэффициент, зависящий от давления (при Р=0: k=1,0; при Р=Рsw: k=0).
Методы снижения деформаций:
- Изоляция грунта от воды — дренаж, отмостки, гидроизоляция;
- Пригрузка основания — увеличение давления на грунт до значения, подавляющего набухание (Р > Рsw);
- Прорезка набухающей толщи сваями — опирание на ненабухающий слой.
Полный ответ
1. Механизм набухания
Глинистые минералы (монтмориллонит, гидрослюда) имеют слоистую кристаллическую структуру. Вода проникает в межслоевое пространство, гидратирует обменные катионы (Na⁺, Ca²⁺) и раздвигает слои — объём увеличивается. Давление набухания определяется осмотическим градиентом концентрации ионов в межслоевом пространстве и в окружающей воде.
2. Расчёт деформаций
Пример для 2 м набухающей глины с εsw=10% при ksw=0,8 (частичная пригрузка фундаментом): hsw = 0,10 × 2000 × 0,8 = 160 мм. Это критическая деформация для здания — требуется прорезка сваями или замена грунта.
Заключение
Набухание грунтов — серьёзная проблема, решаемая заменой грунта, свайными фундаментами или водозащитой. Расчёт по СП 22.13330 обязателен.
Список литературы
- СП 22.13330.2016 «Основания зданий»;
- ГОСТ 24143-80 «Грунты. Методы определения набухания и усадки».
