Набухающие и просадочные грунты: критические вызовы фундаментостроения и современные инженерные решения

Набухающие и просадочные грунты представляют собой две категории проблемных оснований, способных вызвать катастрофические деформации строительных конструкций при изменении влажностного режима. Физико-химические механизмы этих явлений кардинально различаются: набухание обусловлено внутрикристаллической гидратацией глинистых минералов группы монтмориллонита, тогда как просадка связана с разрушением макроструктурных связей в лессовых породах при замачивании. Настоящая работа систематизирует современные научные представления о природе этих процессов, количественных параметрах деформаций, экономических последствиях и спектре инженерно-технических мероприятий по обеспечению надежности строительства.

1. Введение: масштаб проблемы и географическое распространение

Набухающие и просадочные грунты занимают значительные территории земного шара и определяют инженерно-геологические условия строительства в засушливых и полузасушливых климатических зонах. В России набухающие глинистые грунты распространены в Поволжье, Западной Сибири, на Северном Кавказе, тогда как лессовые просадочные породы характерны для Средней Азии, юга Европейской части, Предкавказья.

Согласно СП 22.13330.2016, набухающими считаются грунты с относительной деформацией набухания без нагрузки esw ≥ 0,04, просадочными — грунты с относительной просадочностью εsl ≥ 0,01 при давлении, превышающем начальное просадочное. Исторический опыт эксплуатации зданий на таких основаниях демонстрирует широкий спектр повреждений: от появления трещин в несущих стенах до полного разрушения конструкций вследствие неравномерных вертикальных перемещений фундаментов, достигающих 300-580 мм.

2. Физико-химические механизмы набухания глинистых грунтов

2.1 Кристаллохимия монтмориллонита и внутрикристаллическая гидратация

Набухание глинистых грунтов представляет собой процесс увеличения объема при взаимодействии с водой, обусловленный особенностями кристаллической структуры глинистых минералов группы монтмориллонита и, в меньшей степени, гидрослюд. Кристаллическая решетка монтмориллонита построена по схеме 2:1 — два тетраэдрических кремнекислородных слоя обрамляют центральный октаэдрический слой типа гидраргиллита (Al(OH)₃) или брусита (Mg(OH)₂).

Ключевую роль в механизме набухания играет лабильность межпакетного пространства. Изоморфные замещения в октаэдрическом слое (Al³⁺ на Mg²⁺ или Fe²⁺) и тетраэдрическом слое (Si⁴⁺ на Al³⁺) создают избыточный отрицательный заряд кристаллической решетки, компенсируемый обменными катионами (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) в межпакетном пространстве. При контакте с водой происходит диссоциация этих катионов и формирование ионно-гидратного слоя на базальных поверхностях минеральных частиц.

Молекулы воды внедряются в гексагональные отверстия тетраэдрических сеток, образуя моно-, би- и полимолекулярные гидратные оболочки. Энергетика этого процесса определяется балансом сил электростатического притяжения между отрицательно заряженной поверхностью и полярными молекулами воды, с одной стороны, и сил отталкивания между одноименно заряженными базальными плоскостями — с другой. Расстояние между пакетами (d₀₀₁) увеличивается ступенчато: от 9,6 Å в безводном состоянии до 12,5 Å (монослойная гидратация), 15,5 Å (двухслойная) и далее — вплоть до неограниченного набухания в разбавленных растворах.

2.2 Термодинамика и кинетика набухания

Гидратационное набухание сопровождается высвобождением значительной энергии — теплота гидратации Na-монтмориллонита составляет около 80-100 кДж/моль при формировании первого монослоя воды. Эта энергия достаточна для развития существенных давлений набухания, обычно достигающих 400-600 кПа, но способных в отдельных случаях превышать 1000 кПа. Для сравнения, давление от двухэтажного здания из легких материалов на грунт составляет всего 150-200 кПа, что делает силы набухания способными поднимать целые конструкции.

Мёссбауэровская (ЯГР) спектроскопия ядер Fe⁵⁷ в монтмориллонитах позволила экспериментально установить, что при гидратации происходит постепенное ослабление интенсивности безотдачного поглощения γ-квантов вследствие увеличения динамической подвижности межслоевых катионов. Катионы, переходя в состав ионно-гидратного слоя, участвуют в тепловых флуктуациях, что проявляется в изменении эффекта Мёссбауэра. Это свидетельствует о коренном изменении структурного состояния минерала в процессе набухания.

Кинетика набухания зависит от проницаемости грунта, размеров пор и минерального состава. Согласно ГОСТ 12248.6-2020, лабораторные испытания предусматривают замачивание образцов в компрессионном приборе в течение 3 суток, после чего фиксируется относительное увеличение высоты образца. В естественных условиях процесс может растягиваться на недели и месяцы в зависимости от гидрогеологической обстановки.

Кстати, пройти комплексное обучение по расчету столбчатых, плитных и свайных фундаментов можно в нашем видеокурсе на примере реальных зданий и базовой теории: записаться.

2.3 Усадка как обратный процесс

При последующем высыхании набухших грунтов происходит обратный процесс — усадка, сопровождающаяся уменьшением объема и развитием усадочных трещин. Цикличность набухания-усадки, особенно характерная для верхней зоны сезонного изменения влажности (1,5-3 м от поверхности), приводит к формированию столбчатой отдельности в глинистых массивах с характерным размером отдельностей от нескольких сантиметров до метра. Эти трещины служат путями проникновения воды в глубь массива, усугубляя процессы набухания при последующем увлажнении.

3. Механизм просадки лессовых грунтов

3.1 Структурные особенности лессов

Лессовые породы представляют собой субаэральные отложения четвертичного возраста, характеризующиеся пылеватым гранулометрическим составом (содержание частиц 0,05-0,005 мм достигает 50-70%), высокой пористостью (40-55%) и наличием специфических структурных связей. Микроструктура лесса формируется агрегатами-глобулами размером 0,05-0,001 мм, в центре которых находятся кварцевые зерна, обволакиваемые гелеобразным кремнеземом и карбонатной оболочкой.

Структурная прочность нативного (ненарушенного) лесса обеспечивается:

• Водно-коллоидными связями между частицами через гидратные оболочки
• Цементационными связями — карбонатными, сульфатными, железистыми солевыми новообразованиями
• Капиллярными силами в частично водонасыщенных порах
• Механическим сцеплением за счет неправильной формы частиц

Эта микроструктура крайне неустойчива по отношению к замачиванию при одновременном воздействии внешней нагрузки.

3.2 Физика просадочной деформации

Просадка представляет собой дополнительное уплотнение грунта при замачивании под действием внешней нагрузки или собственного веса, происходящее вследствие разрушения структурных связей и перехода частиц в новое, более плотное положение. Вода растворяет легкорастворимые соли (карбонаты, сульфаты), разрушает водно-коллоидные связи, снижает силы капиллярного натяжения. В результате частицы теряют опору, и под действием напряжений происходит быстрое (часто в течение нескольких часов или суток) уплотнение массива.

Характерными признаками просадочных грунтов являются:

• Высокая пористость в маловлажном состоянии (n > 0,40-0,45)
• Низкая естественная влажность (W < 0,15-0,18)
• Степень влажности Sr < 0,5-0,6
• Наличие водорастворимых солей (1-5% по массе)

Величина относительной просадочности εsl определяется по формуле:

εsl = (h₀ - h) / h₀

где h₀ — начальная высота образца при природной влажности, h — высота после замачивания под нагрузкой. Грунт считается просадочным при εsl ≥ 0,01.

3.3 Типы грунтовых условий по просадочности

Согласно СП 22.13330.2016, выделяют два типа грунтовых условий:

Тип I — просадка происходит только от внешней нагрузки, просадка от собственного веса грунта отсутствует или не превышает 5 см. Характерен для относительно плотных лессов или небольшой мощности просадочной толщи.

Тип II — помимо просадки от внешней нагрузки, возможна просадка от собственного веса грунта, превышающая 5 см. Это наиболее опасные условия, требующие радикальных инженерных мероприятий. Суммарная просадка может достигать десятков сантиметров при мощности просадочной толщи 10-20 м.

Начальное просадочное давление psl — минимальное давление, при котором начинается просадка при замачивании. С увеличением давления величина просадки возрастает до определенного предела, после достижения которого грунт теряет просадочные свойства (становится уплотненным).

4. Критические последствия для строительных конструкций

4.1 Деформации фундаментов на набухающих грунтах

Увеличение влажности набухающих грунтов приводит к подъему фундаментов, что проявляется в следующих формах повреждений:

Неравномерный подъем фундаментов — при локальном замачивании (например, утечки из водонесущих коммуникаций) одна часть здания поднимается, другая остается неподвижной. Дифференциальный подъем вызывает изгиб ленточных фундаментов, перекос проемов, образование трещин отрыва в стенах.

Горизонтальные давления на подземные конструкции — набухание грунта в стесненных условиях (подвалы, тоннели, подпорные стены) создает горизонтальные напряжения, способные вызвать выпучивание стен, разрушение гидроизоляции, деформации перекрытий.​

Подъем полов первых этажей — при свайных фундаментах, прорезающих набухающий слой, само здание остается неподвижным, но полы, устроенные непосредственно на грунте, поднимаются, отрываясь от стен и создавая эксплуатационные проблемы.​

Негативное трение на сваях — при набухании грунта возникают силы, направленные вверх по боковой поверхности свай, стремящиеся их извлечь. Если эти силы превышают сумму нагрузки от сооружения и сопротивления заделки сваи в ненабухающие грунты, происходит подъем всего здания.

Профессор Сорочан приводит примеры, когда подъем отдельных конструкций при набухании грунтов основания достигал 580 мм — величина, абсолютно недопустимая для нормальной эксплуатации любого здания.​

4.2 Последствия просадок

Просадка грунтов вызывает противоположный эффект — внезапное оседание фундаментов, что еще более опасно с точки зрения устойчивости конструкций:

Неравномерная осадка — при локальном замачивании (прорыв канализации, ливневый дождь, таяние снега) просадка развивается на ограниченном участке, вызывая перелом фундаментной ленты. В стенах появляются характерные косые трещины, идущие от углов оконных и дверных проемов под углом 45°.

Перекос опор мостов и колонн — при просадке основания одной из опор многопролетного сооружения возникают дополнительные изгибающие моменты в пролетных строениях, способные привести к аварии.​

Разрушение коммуникаций — просадка территории вызывает разрывы водопроводных, канализационных, газовых сетей, что, в свою очередь, приводит к дополнительному замачиванию и прогрессирующему развитию просадки.​

Образование провалов и воронок — при просадке грунтов типа II от собственного веса на дневной поверхности могут образовываться впадины глубиной до 1-2 м и диаметром 10-50 м, что характерно для орошаемых территорий в районах распространения лессов.​

Экономические потери от аварий на просадочных и набухающих грунтах исчисляются миллионами рублей на каждый объект, включая стоимость аварийно-восстановительных работ, простой эксплуатации, переселение жильцов, судебные издержки.​

5. Комплекс инженерных мероприятий

5.1 Водозащитные мероприятия

Главным принципом борьбы как с набуханием, так и с просадкой является недопущение замачивания проблемных грунтов. Водозащитные мероприятия включают:

Вертикальная планировка территории — организация поверхностного стока для отвода атмосферных осадков от здания. Уклоны отмостки не менее 3%, ширина не менее 1,5-2 м.

Устройство отмостки и гидроизоляции — железобетонная или асфальтобетонная отмостка с гидроизоляционным слоем (рубероид, полимерные мембраны) по всему периметру здания, исключающая инфильтрацию воды в зону фундамента.

Герметизация коммуникаций — применение бесканальной прокладки трубопроводов, использование полиэтиленовых труб с надежными сварными соединениями, установка систем контроля утечек.

Дренаж — устройство пристенного или кольцевого дренажа на глубине заложения фундамента для перехвата и отвода грунтовых вод. Дрены из перфорированных труб в гравийной обсыпке, обернутые геотекстилем.​

Глиняный замок — уплотненная глина вокруг фундамента создает водоупорную завесу, препятствующую проникновению поверхностных вод в грунт основания.

В условиях плотной городской застройки и при наличии подземных коммуникаций 100%-ная гарантия водозащиты недостижима, поэтому водозащита должна сочетаться с конструктивными и технологическими мероприятиями.

5.2 Конструктивные решения для набухающих грунтов

Свайные фундаменты с полной прорезкой набухающего слоя

Наиболее эффективное решение — заглубление свай через всю толщу набухающих грунтов с опиранием на ненабухающие слои (плотные глины, суглинки, пески). Длина свай может достигать 12-18 м. Расчет производится из условия:

F + Rf ≥ γn · Tsw

где F — нагрузка от сооружения на сваю, Rf — сопротивление по боковой поверхности в ненабухающем грунте, Tsw — сила выпучивания от набухания, γn — коэффициент надежности (1,2-1,25).

Между подошвой ростверка и поверхностью грунта устраивается воздушный зазор высотой не менее расчетного подъема грунта при набухании (обычно 15-30 см), чтобы при набухании грунт не упирался в ростверк. Полы первого этажа устраиваются по балкам или плитам перекрытия, а не непосредственно на грунте.​

Для повышения несущей способности применяют:

• Винтовые сваи с уширенной лопастью в нижней части
• Буроинъекционные сваи с цементацией ненабухающего слоя
• Набивные сваи с уширенной пятой, устраиваемой взрывом или раскатчиком

Компенсирующие песчаные подушки

Принцип действия: под подошвой фундамента устраивается подушка из крупного или среднего песка толщиной 0,5-1,5 м, которая при подъеме набухающего грунта частично выдавливается в стороны, компенсируя неравномерность подъема. Ширина подушки назначается на 1-2 м больше ширины фундамента. Эффективность ограничена при давлениях набухания более 300 кПа.

Предварительное замачивание​

При небольшой толще набухающих грунтов (до 3-4 м) до начала строительства производится их искусственное замачивание с целью полного развития набухания. Затем на стабилизировавшемся основании возводится здание. Недостаток — длительность процесса (до 3-6 месяцев) и необходимость контроля стабилизации деформаций.

5.3 Технологии уплотнения просадочных грунтов

Предварительное замачивание с устройством прорезей

Наиболее распространенный метод для грунтовых условий типа II. Сущность: по периметру котлована или замачиваемой площадки устраивается глубокая прорезь (траншея шириной 0,5-0,8 м и глубиной 0,8-1,0 от мощности просадочной толщи Hsl), которая отсекает увлажненный массив от окружающего сухого грунта. Это исключает «нависание» увлажненного грунта на сухой и обеспечивает полное проявление просадки.​

Замачивание производится через дренажные скважины диаметром 127-200 мм, расположенные по сетке 3×3 или 4×4 м. Расход воды составляет 50-150 м³ на один опытный котлован диаметром 1,3-3,5 м, время замачивания — 6-10 суток. После стабилизации просадки (контролируется марками) производится доуплотнение верхнего «буферного» слоя толщиной 1,5-2 м тяжелыми трамбовками или грунтовыми подушками.

Преимущества: низкая стоимость, отсутствие тяжелой техники, применимость в плотной застройке. Недостатки: длительность, зависимость от гидрогеологических условий, необходимость доуплотнения поверхностного слоя.​

Уплотнение тяжелыми трамбовками

Применяется при мощности просадочного слоя до 3,5-4 м. Свободно падающая трамбовка массой 3-10 т с высоты 6-15 м наносит удары по поверхности грунта с энергией 200-800 кДж. Глубина уплотнения составляет 2,5-3,5 м. Количество ударов — 10-20 на одну точку. Сетка точек ударов — 3×3 или 4×4 м.

Недостатки: высокая динамическая нагрузка на окружающую застройку (радиус влияния до 30-50 м), невозможность применения в плотной застройке, ограниченная глубина воздействия.

Вибрационное глубинное уплотнение​

Вибратор на штанге погружается в предварительно пробуренную скважину на глубину до 15-20 м. Одновременно через нижнее сопло подается вода для разрушения структуры грунта. При обратном извлечении вибратора (со скоростью 0,5-1,5 м/мин) через верхнее сопло подается вода, а образующаяся воронка на поверхности засыпается песком. В результате в массиве создается уплотненная зона диаметром 2-4 м вокруг каждой скважины. Расстояние между скважинами — 1,5-2,5 м.

Метод эффективен для просадочных грунтов с начальной влажностью не менее 0,10-0,12. Достигается степень уплотнения до 0,95-0,98 от максимальной плотности при стандартном уплотнении.

Грунтовые сваи

Забивка стальных, железобетонных или деревянных свай диаметром 0,25-0,35 м по сетке 1,5×1,5 — 2,5×2,5 м на глубину 0,6-0,8 Hsl обеспечивает уплотнение грунта за счет его вытеснения при погружении сваи. Дополнительное уплотнение происходит при последующем замачивании территории. Коэффициент уплотнения достигает 0,90-0,95.

Химическое закрепление грунтов

Нагнетание через инъекторы в грунт:

• Цементного раствора (силикатизация) — для крупнозернистых грунтов
• Жидкого стекла с отвердителем (силикатизация двухрастворная) — для песчаных и супесчаных грунтов
• Смол (карбамидные, акриловые) — для тонкозернистых грунтов

Закрепление изменяет природу структурных связей, делая их водоустойчивыми. Радиус закрепления от одной инъекционной скважины — 0,5-1,5 м в зависимости от проницаемости грунта.

5.4 Свайные фундаменты в просадочных грунтах

При грунтовых условиях типа II и большой мощности просадочной толщи (более 10-12 м) эффективны сваи-стойки, прорезающие всю просадочную толщу и опирающиеся на непросадочные грунты. Расчет производится с учетом:

1. Отрицательного трения — при просадке грунта вокруг сваи возникают направленные вниз силы трения, которые дополнительно нагружают сваю:

Ffrict = u · Σ(fi · hi)

где u — периметр сваи, fi — удельное отрицательное трение в i-том слое (20-40 кПа для просадочных грунтов), hi — толщина i-того слоя.

1. Несущей способности сваи — определяется только по ненабухающему участку ствола и опиранию на плотный грунт. Сопротивление просадочного слоя по боковой поверхности не учитывается.

Между ростверком и поверхностью грунта устраивается зазор не менее величины расчетной просадки (обычно 20-40 см), заполняемый легко сжимаемым материалом (пенополистирол, минеральная вата).​

5.5 Применение геосинтетических материалов

Современная инженерная практика широко использует геосинтетики для усиления грунтовых оснований:

Георешетки — объемные ячеистые структуры, заполняемые уплотненным грунтом. Создают армированный слой, работающий на растяжение и распределяющий нагрузки на большую площадь. Применяются:

• Для армирования насыпей на слабых основаниях
• При устройстве подъездных дорог на просадочных грунтах
• Для стабилизации откосов

Геотекстиль — нетканый материал из полипропиленовых или полиэфирных волокон. Выполняет функции:

• Разделения слоев (препятствует взаимному проникновению частиц)
• Фильтрации (пропускает воду, задерживая частицы грунта)
• Армирования (работает на растяжение в плоскости)

Применяется в дорожных конструкциях, дренажах, в основаниях фундаментов для перераспределения напряжений.

Геокомпозиты — многослойные материалы, сочетающие георешетку, геотекстиль и дренажный слой. Обеспечивают одновременно армирование, разделение и дренаж.

Использование геосинтетиков в основаниях на просадочных грунтах позволяет повысить несущую способность на 25-40%, снизить неравномерность осадок в 1,5-2 раза.​

6. Международный опыт строительства на проблемных грунтах

6.1 Строительство на вечномерзлых грунтах (Россия, полуостров Ямал)

Бованенковское нефтегазоконденсатное месторождение на Ямале демонстрирует уникальный опыт строительства в экстремальных условиях вечной мерзлоты с льдистостью грунтов до 60-90%. Применены комбинированные решения:​

• Высокие насыпи (4-6 м) для теплоизоляции мерзлых оснований
• Термостабилизаторы — вертикальные теплообменники, отводящие тепло в зимний период
• Столбчатые фундаменты малого заложения на искусственно замороженном основании
• Сваи с термостабилизаторами — комбинированная система

Опыт Ямала показывает, что при грамотном инженерном подходе возможно строительство крупных промышленных объектов даже на пластовых льдах и высокольдистых грунтах.

6.2 Подземное строительство в слабых глинистых грунтах (Санкт-Петербург)

Санкт-Петербургский метрополитен строится в сложнейших гидрогеологических условиях — слабые водонасыщенные четвертичные отложения подстилаются плотными кембрийскими глинами на глубине 40-70 м. Основные проблемы:​

• Устройство наклонных эскалаторных тоннелей длиной 100+ м, пересекающих слабые грунты
• Водонепроницаемость при давлении подземных вод до 400-600 кПа
• Защита окружающей застройки от сверхнормативных осадок

Применяемые технологии: искусственное замораживание грунтов, цементационная завеса (jet-grouting), компенсационное нагнетание раствора, геотехнический мониторинг в реальном времени.​

6.3 Применение геосинтетиков в Казахстане

Исследования в Казахстане продемонстрировали эффективность армирования песчаных подушек георешетками при строительстве на слабых лессовых основаниях. Армированная подушка толщиной 0,8 м с двумя слоями георешетки увеличила несущую способность на 26,5% по сравнению с неармированной. Это позволило снизить толщину подушки на 30-40%, сократив объемы земляных работ и расход материалов.​

7. Экономические аспекты и оценка рисков

7.1 Стоимость инженерных мероприятий

Сравнительная стоимость различных методов подготовки оснований (относительно стоимости ленточных фундаментов на ненабухающих/непросадочных грунтах, принятой за 1,0):

Ускоренное замачивание с устройством прорезей снижает стоимость работ в 3-5 раз по сравнению с традиционным замачиванием больших площадей, сокращая расход воды до 50-150 м³ и время работ до 6-10 суток.​

7.2 Ущербы от аварий

Экономические потери от недоучета свойств набухающих и просадочных грунтов включают:​

• Прямой ущерб — стоимость аварийно-восстановительных работ (усиление фундаментов, заделка трещин, реконструкция) — 30-70% от первоначальной стоимости объекта
• Косвенный ущерб — простой эксплуатации, переселение жильцов, потеря имущества — 20-50% от стоимости объекта
• Репутационные и юридические издержки — судебные разбирательства, штрафы, упущенная выгода — трудно оценить количественно

Один случай аварии жилого дома может обойтись в 5-15 млн рублей (для здания стоимостью 50-100 млн), что в 2-3 раза превышает затраты на качественные инженерно-геологические изыскания и правильное проектирование фундаментов.

7.3 Критерии выбора метода

Выбор оптимального метода определяется техническими и экономическими факторами:

Технические критерии:

• Тип грунтовых условий (I или II для просадочных)
• Мощность проблемной толщи
• Гидрогеологические условия
• Характер застройки (новое строительство / реконструкция)
• Нагрузки на фундамент
• Допустимые деформации

Экономические критерии:

• Стоимость жизненного цикла (строительство + эксплуатация)
• Сроки строительства
• Доступность материалов и оборудования
• Квалификация подрядчиков

Для малоэтажного строительства (1-3 этажа) на набухающих грунтах обычно оптимальны ленточные фундаменты с компенсирующими подушками + водозащита. Для многоэтажных зданий — свайные фундаменты. На просадочных грунтах типа I — предварительное замачивание, типа II — свайные фундаменты или глубокое уплотнение.

8. Нормативная база и методы исследований

8.1 Основные нормативные документы

Проектирование оснований и фундаментов на набухающих и просадочных грунтах регламентируется:

• СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» — основной документ, разделы 6.2 (набухающие) и 6.1 (просадочные грунты)
• СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» — проектирование свай в особых грунтах​
• ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация» — определения, терминология
• ГОСТ 12248.6-2020 «Грунты. Определение характеристик набухания» — методика лабораторных испытаний
• ГОСТ 23161-2012 «Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности» — компрессионные испытания с замачиванием
• Методическое пособие по проектированию оснований на просадочных грунтах (2018) — детализация расчетов, технологий​

8.2 Комплекс инженерных изысканий

Для объектов на проблемных грунтах инженерно-геологические изыскания должны включать:​

Полевые работы:

• Бурение скважин с отбором монолитов ненарушенной структуры
• Статическое и динамическое зондирование
• Испытания штампами (включая штампы с замачиванием)
• Опытные замачивания котлованов

Лабораторные исследования:

• Гранулометрический и минералогический состав (обязательно определение содержания монтмориллонита)
• Показатели физических свойств (плотность, влажность, пористость, пределы пластичности)
• Компрессионные испытания с определением модуля деформации
• Испытания на набухание без нагрузки и под нагрузкой с построением кривых набухания
• Испытания на просадочность при природной влажности и после полного водонасыщения
• Определение начального просадочного давления
• Химический анализ водной вытяжки (засоленность)

Специальные исследования:

• Мониторинг режима грунтовых вод (сезонные колебания)
• Изучение влияния технологических факторов (температура, химический состав вод)
• Определение зоны сезонного изменения влажности

Объем изысканий на проблемных грунтах должен быть в 1,5-2 раза больше, чем на обычных, что обусловлено необходимостью детального изучения пространственной изменчивости свойств.

9. Выводы и рекомендации

9.1 Ключевые выводы

1. Физическая природа процессов набухания и просадки принципиально различна: набухание — результат внутрикристаллической гидратации монтмориллонитовых минералов с развитием давлений до 600+ кПа; просадка — макроструктурное разрушение водно-коллоидных и цементационных связей в высокопористых лессовых породах.
2. Масштаб деформаций может быть катастрофическим: подъем фундаментов на набухающих грунтах до 300-580 мм, просадки до 200-400 мм при мощности проблемных слоев 10-15 м, что абсолютно недопустимо для большинства строительных конструкций.
3. Экономические потери от игнорирования свойств проблемных грунтов в 2-3 раза превышают затраты на качественные изыскания и правильное проектирование. Аварийно-восстановительные работы обходятся в 30-70% от стоимости объекта.
4. Водозащита — необходимое, но недостаточное условие. Полная гарантия исключения замачивания недостижима, поэтому водозащитные мероприятия должны сочетаться с конструктивными и технологическими решениями.
5. Свайные фундаменты с полной прорезкой проблемного слоя — наиболее надежное, хотя и дорогое решение для ответственных объектов. Обязательно устройство воздушного зазора между ростверком и грунтом.
6. Предварительное замачивание просадочных грунтов с устройством отсекающих прорезей — экономически эффективный метод для типа II при мощности слоя до 12 м, снижающий стоимость работ в 3-5 раз.
7. Геосинтетические материалы (георешетки, геотекстиль, геокомпозиты) повышают эффективность традиционных методов армирования и усиления оснований на 20-40%, являясь перспективным направлением развития технологий.
8. Качество инженерных изысканий — определяющий фактор безопасности. Недостаточный объем изысканий или их низкое качество неизбежно приводят к дефектам проектирования и авариям.

9.2 Практические рекомендации

Для проектных организаций:

• Требовать от изыскателей определения всего комплекса характеристик набухания/просадочности, а не ограничиваться общими описаниями
• Применять многовариантное проектирование с технико-экономическим сравнением альтернатив
• Предусматривать геотехнический мониторинг в процессе строительства и начальный период эксплуатации
• Учитывать возможность аварийных ситуаций (прорыв коммуникаций) в расчетных схемах

Для строительных организаций:

• Строго соблюдать технологические регламенты при выполнении работ по уплотнению грунтов (замачивание, вибрация, трамбование)
• Контролировать качество уплотнения полевыми методами (штамповые испытания, зондирование)
• Не допускать замачивания котлованов и траншей во время производства работ
• Оперативно устранять протечки временных коммуникаций

Для эксплуатирующих организаций:

• Организовать систему контроля состояния инженерных коммуникаций с периодичностью не реже 1 раза в год
• Поддерживать в исправности водозащитные устройства (отмостки, дренаж, водостоки)
• Проводить геодезический мониторинг осадок и кренов (особенно в первые 3-5 лет эксплуатации)
• При появлении трещин немедленно обращаться к специалистам-геотехникам для обследования

Для органов экспертизы и надзора:

• Ужесточить требования к объемам изысканий на проблемных грунтах
• Требовать обоснования выбора типа фундамента с технико-экономическим сравнением вариантов
• Контролировать наличие раздела «Мероприятия по защите окружающей застройки» при строительстве вблизи существующих зданий
• Не допускать упрощенных решений типа «стандартный ленточный фундамент» без соответствующих обоснований

9.3 Перспективы развития

Современные тенденции в области строительства на проблемных грунтах связаны с:

1. Численным моделированием — применение МКЭ (метода конечных элементов) для прогноза деформаций с учетом нелинейности, неоднородности, пространственной работы системы «здание-фундамент-основание». Программные комплексы Plaxis, Midas GTS, Z-Soil позволяют моделировать процессы набухания и просадки.​
2. BIM-технологиями — интеграция геотехнической информации (3D-модели грунтового массива, результаты мониторинга) в единую информационную модель объекта для оптимизации проектных решений и управления рисками.
3. Новыми материалами — разработка высокоэффективных геосинтетиков с улучшенными прочностными и фильтрационными характеристиками, применение нанокомпозитов для закрепления грунтов.​
4. Автоматизированным мониторингом — внедрение систем непрерывного контроля деформаций, порового давления, влажности грунта с передачей данных в реальном времени и автоматической сигнализацией при превышении пороговых значений.
5. Международной стандартизацией — гармонизация российских норм с Еврокодом 7 (EN 1997 Geotechnical design) для повышения качества проектирования и расширения применения передовых зарубежных технологий.

Список литературы

Набухающие грунты в основании фундамента // Дзен. 2022. https://dzen.ru/a/Y0mIUphF0WiuapoT​
Просадки грунтов и борьба с ними // УралСибМет. https://uralsibmet.net/​
Особенности заложения фундаментов на набухающих грунтах // ГДТА. https://gdta.ru/​
Лучшие практики проектирования фундаментов на набухающих грунтах // Опора СПб. 2024. https://opora-spb.ru/​
Просадочность грунта – описание свойства // Грунтовозов. 2021. https://gruntovozov.ru/​
Фундаменты на набухающих грунтах / А. Байзан // Integross. http://integross.net/​
Просадочные грунты // ГДТА. 2018. https://gdta.ru/​
Методическое пособие по проектированию оснований на просадочных грунтах // Меганорм. https://meganorm.ru/​
Уплотнение грунта // ЭКОХАУС. 2019. https://ehg.su/​
Как рассчитать свайный фундамент для набухающих грунтов // Опора СПб. 2023. https://opora-spb.ru/​
Изменение № 5 к СП 22.13330.2016 // Меганорм. https://meganorm.ru/​
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты // Safework. https://base.safework.ru/​
СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений // ГАРАНТ. 2026. https://base.garant.ru/​
Набухание глин и фильтрация растворов / Р.П. Федорин // КПФУ. https://kpfu.ru/​
Рекомендации по ускоренному замачиванию опытных котлованов в просадочных грунтах // ЦНТД. 2024. https://docs.cntd.ru/​
Микроструктурные преобразования набухающих глинистых минералов / М.Г. Храмченков // ГЕОРС. 2024. https://www.geors.ru/​
Просадочность лессовых грунтов // Studfile. 2018. https://studfile.net/​
Устранение просадочных свойств грунтов способом предварительного замачивания // Молодой ученый. 2018. https://moluch.ru/​
Монтмориллонит // Википедия. 2007. https://ru.wikipedia.org/​
Рекомендации по ускоренному замачиванию опытных котлованов // Меганорм. https://meganorm.ru/​
Особенности укрепления грунта геосинтетическими материалами // Геофабрика. 2024. https://geofabrika.ru/​
Строительство на вечномерзлых грунтах: проблемы качества / А.П. Попов // НПО ФСА. https://www.npo-fsa.ru/​
Геосинтетические материалы на грунтовых дорогах // Меапласт. https://meaplast.ru/​
Профессор Игорь Сахаров: «Подземное строительство в Санкт-Петербурге» // СПбГАСУ. 2020. https://www.spbgasu.ru/​
Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах // Строительство. http://www.stroitelstvo-new.ru/​
Функции геосинтетических материалов при армировании // Resano. 1999. https://www.resano.ru/​
Особенности слабых глинистых грунтов и аварии зданий / А.Г. Шашкин // Геоинфо. 2023. https://www.geoinfo.ru/​
Просадка грунта. Способы решения проблемы // QASR. 2025. https://qasr.ru/​
Усиление грунтовых оснований геосинтетическими материалами // Nanobuild. 2024. http://nanobuild.ru/