Золотое дно. Как строить на проблемных грунтах без огромных затрат?

Пермские учёные разработали новый способ укрепления грунтов. Он позволит строить на проблемных участках без гигантских вложений, не зарывая деньги в землю.

Дом на подушке

При возведении домов специалисты часто сталкиваются с проблемными грунтами. Рыхлые, неустойчивые грунты – повод или отказаться от строительства, или применять различные ухищрения, которые могут сделать стройку золотой.

Кандидат технических наук, доцент Пермского политеха Даниил Татьянников рассказывает:

«Если на стройплощадке встречаются слабые грунты, строители их укрепляют. Один из проверенных способов – заменить проблемный слой грунта на более прочный. Делают подушку из песка, песчано-гравийной смеси или щебня. Это довольно затратно, ведь приходится вынимать большой объём «плохого» грунта, тратиться на земляные работы. Увеличивается и время подготовительных работ перед закладкой фундамента. Поэтому метод грунтовых подушек не всегда применим».

Учёные попробовали усилить укрепляющие свойства грунтовой подушки по аналогии с железобетоном и получили хороший эффект.

«Если бетонную конструкцию укрепить армирующими элементами из железа, то свойства её будут лучше, чем у простого бетона. Так же и мы в грунтовую подушку вводим армирующие слои из полимерных геосинтетических материалов. И свойства её улучшаются, – рассказывает Даниил Татьянников. – Такой способ позволяет сэкономить – армированная грунтовая подушка будет гораздо меньших размеров, чем неукреплённая. И размер вырытой при удалении слабых грунтов полости будет уже меньше. Значит, сокращается объём земляных работ и расход стройматериалов. Уменьшаются транспортные расходы, которые при перевозке специального грунта из удалённых районов могут быть огромными».

Всё дело в шаге

Идея использования и укрепления грунтовых подушек не новая. В других странах её применяют и при возведении зданий. Но наши учёные придумали уникальный ход, который позволяет усовершенствовать идею.

«Темой армирования грунтовых подушек мне предложил заняться профессор кафедры строительного производства и геотехники Пермского политеха Андрей Пономарёв. Он был моим научным руководителем во время учёбы в университете, отправил меня в 2013 г. на стажировку в Германию. Там я ставил эксперименты с геосинтетиками на оборудовании, которого в нашей стране нет. Тогда и обратил внимание, что при армировании грунтовых подушек слои геосинтетиков всегда располагают на одинаковом расстоянии друг от друга. Я стал искать новые подходы. И решил попробовать армировать грунты с переменным шагом – закладывать укрепляющие геосинтетические материалы более часто у самого фундамента, а по мере удаления от него – реже. Дело в том, что максимальное напряжение в грунте возникает наверху, рядом с подошвой фундамента. То, что мы закладываем в этот участок геосинтетические материалы, способные гасить напряжение, снижает нагрузку на более глубокие слои грунтов, уменьшает деформацию основания фундамента. Это позволяет увеличить несущую способность конструкции», – рассказывает учёный.

Сначала исследователь оценил эффект от идеи с помощью численного моделирования – в программном комплексе. Оказалось, что эффект действительно есть. Тогда дело дошло до натурных экспериментов.

«Вышли в поле, раскопали землю, дошли до слабого грунта. В нём построили опытную модель укрепляющей подушки размером 1:1:1 м, установили фундамент. В нужных местах я расположил датчики замера напряжений. Начал проводить испытания, давая нагрузку на фундамент. Эксперимент подтвердил эффективность модели. Впоследствии я получил патент на изобретение», – рассказывает Даниил.

Дойдём до Арктики

По словам разработчика, такой способ укрепления грунтов может сэкономить 15-20 % стоимости работ по возведению фундамента. В перспективе строить таким способом можно будет на самых сложных грунтах – глинистых, мёрзлых.

«Для нашего края проблема строительства на слабых грунтах очень актуальна. Например, левобережная часть Перми располагается в основном на водонасыщенных глинистых грунтах. Прежде чем строить, строителям приходится серьёзно думать, использовать разные подходы. Например, когда земля промерзает, глинистые грунты дают эффект морозного пучения. Применяя песчаные подушки, мы этот фактор минимизируем. Нашу технологию можно использовать в любом климате и на любой территории», – уверен Даниил Татьянников.

Пермяки уже подумывают об использовании своей разработки при строительстве на мёрзлых грунтах Арктики. Они подавали заявки на участие в грантах на арктические исследования. Пока положительного ответа не получили. Но всё впереди.