Процессы, происходящие в результате взаимодействия фундамента с основанием, разнообразны и сложны. В совокупности их называют инженерно-геологическими, и во многих из них так или иначе участвуют подземные воды. О некоторых таких процессах и пойдет речь ниже.
Виды воды в грунте
Для начала остановимся на том, какие #виды воды могут быть в грунтах. Различают три разновидности: свободная гравитационная, физически связанная и химически связанная.
Первый тип присутствует в крупных порах, которые связаны между собой. Это обусловливает их свободное движение под действием силы тяжести, отсюда и название. Такая вода характерна для водонасыщенных песков, крупнообломочных грунтов, трещин скальных пород и в малых количествах встречается в глинистых грунтах. Именно такие воды формируют водоносные горизонты.
Физически связанная вода содержится в капиллярных порах. Они могут быть связаны между собой, а могут быть и замкнутыми. Малый размер пор встречается в глинистых грунтах, редко в пылеватых песках. Как правило, чем больше в составе грунта глинистых частиц, тем больше пор, но тем меньше их размер. Вода в них находится под давлением (есть и термин «поровое давление»), покидает поры только при каком-то внешнем воздействии.
Химически связанная вода есть только в глинах, в малых количествах в суглинках. Главное, чтобы в состав породы входили определенные глинистые минералы, способные химически удерживать воды. Это минералы групп монтмориллонита и гидрослюд. Вода, попадая в поры, становится частью породы. Убрать ее можно только с помощью нагрева. Эта особенность является причиной набухаемости некоторых глин.
Испарение воды с глубины и его влияние на фундамент
Теперь вернемся к фундаментам. Мелкозаглубленные фундаменты делают для относительно легких зданий, к которым относится большинство частных домов. Если в основании залегает песок, то ничего интересного не происходит (случай подтопления здесь не рассматривается). С глинистыми грунтами все не так просто.
У глинистых грунтов есть понятие консистенции, и у них же есть другое понятие — фильтрационная консолидация. Консистенция зависит от влажности и пористости: чем больше объем пор, и чем большее их количество заполнено водой, тем жиже грунт. Эта величина не постоянная для зоны аэрации (толщи грунтов от поверхности до уровня подземных вод), что вполне объяснимо. Здесь грунты постоянно подвергаются выветриванию: сушит солнце, увлажняет дождь и талые воды, промерзание, оттаивание…
Испарение и ленточный фундамент
Теперь представим себе, что ленточный фундамент заложили на глубину 0,5 м, сделали песчаную подушку, поставили дом. Основание сложено глинами. Глина - водоупор, но и через нее вода проникает, только очень медленно. В зоне аэрации это - водяные пары. Если проектировщик или прораб грамотный, он запроектирует (сделает) обратную засыпку песком и им же засыпет подполье до уровня земли или чуть выше. Вода, испаряясь с глубины, попадает в песок и через продухи в фундаменте легко уходит в атмосферу. При этом давление под лентой медленно сжимает глину, ее поры смыкаются (полностью или частично), и со временем под подошву вообще ничего поступать не будет.
Воздействие воды на плиту
Другой вариант — плита при тех же условиях. Давление низкое, консолидации грунта почти не происходит, особенно, если подушка большая. Испарение никто не отменял, но дальше воде из подушки деваться некуда. С годами формируется пленка или даже слой воды в песке (то, что называют верховодкой). Попробуйте в жару перевернуть кирпич, который долго лежит на земле. Вокруг будет сухо, а под ним — влажно, червей можно набрать для рыбалки. Если попробуете копать, то обнаружите, что на месте кирпича по центру копать проще до некоторой глубины, чем в стороне, а потом станет одинаково. Ровно то же самое, только в больших масштабах происходит под плитой. В зоне аэрации вода в виде пара перемещается вертикально, по такой же траектории они движется вниз из луж, тоже не сплошным потоком.
Часто в зоне аэрации глинистые грунты имеют степень влажности 0,8 и менее, особенно в жару. Это характерно для глубин до 1-3 м и очень индивидуально. Такая степень влажности говорит о наличии в порах воздуха, который при определенных условиях может заместить вода. В этом случае консистенция изменяется, а с ней ухудшаются и механические характеристики. Не случайно в таблицах свойств приложения А СП 22.13330.2016 есть оговорка про степень влажности. Это происходит неоднородно по площади и глубине. Процесс называется замачиванием (насыщение грунта водой), и это ровно то, что происходит под плитой и бетонной отмосткой при отсутствии дренажа. Результат – неравномерные осадки, а потом и деформации строительных конструкций.
Как избежать проблем из-за замачивания
Когда в лаборатории определяют механические характеристики, в ряде случаев опыт делают в естественном состоянии и при полном водонасыщении. Для частного домостроения так обычно не поступают (дорого), но задача геолога не только рассказать о том, что есть на участке на момент бурения, но и сделать прогноз. К сожалению, в большинстве отчетов, которые мне попадались (не только под частные дома), такие вещи не пишут, хотя должны.
Самое простое, что можно делать, чтобы не получить #замачивание грунта под фундаментом — выполнить контурный дренаж на глубине заложения подушки. Другой вариант – разуклонка глинистого основания с понижением от центра к краю, мощная песчаная подушка (от 0,5 м), выходящая почти до края отмостки, ну и сама отмостка должна иметь возможность испарять воду.
Повторюсь, процесс подтопления я не рассматривал, речь только об испарении подземных вод.
Существуют и другие процессы, такие как просадки, набухание, которые связаны с водой и представляют опасность, но это отдельная большая тема.