АНАЛІЗ ТИПІВ ҐРУНТІВ

Перш ніж розпочинати будь-яке будівництво, необхідно провести комплексну гео-розвідку, що є визначальним етапом для подальшого проєктування. Цей процес включає не тільки візуальний огляд, але й відбір зразків для лабораторних досліджень та польові випробування. В Україні вимоги до інженерно-геологічних вишукувань регламентуються ДБН А.2.1-1-2008 ‘Інженерні вишукування для будівництва’. Основними завданнями гео-розвідки є: визначення типів ґрунтів, їхньої несучої здатності, рівня ґрунтових вод (РГВ), агресивності ґрунтів щодо будівельних матеріалів та схильності до морозного пучіння.

Методи польових випробувань включають статичне та динамічне зондування, штампові випробування та буріння свердловин. Наприклад, статичне зондування (CPT) дозволяє отримати безперервний профіль властивостей ґрунту, таких як питомий опір конусу та тертя по муфті, що корелюються з типом ґрунту та його щільністю. Лабораторні аналізи, такі як гранулометричний склад, межі Атерберга (пластичності та текучості), коефіцієнт фільтрації (Кф), є критично важливими. Наприклад, для піщаних ґрунтів Кф може досягати 50-100 м/добу, тоді як для глинистих — знижуватися до 0,001 м/добу. Детальне вивчення цих параметрів дозволяє точно класифікувати ґрунти за ДСТУ Б В.2.1-2-96 та прийняти обґрунтовані рішення щодо конструкції правильний фундамент та необхідності інженерних заходів.

Піщані ґрунти, що складаються переважно з частинок розміром від 0,05 до 2 мм, є одними з найсприятливіших для будівництва завдяки високій несучій здатності та відмінній водопроникності. Їхні основні переваги включають мінімальну стисливість, практично повну відсутність морозного пучіння (за умови глибокого залягання РГВ) та стабільність об’єму при зміні вологості. Несуча здатність щільних пісків може досягати 0,4–0,6 МПа.

Однак, пісок має низьку зв’язність, що вимагає обережності під час земляних робіт, щоб уникнути обвалів. Насичені водою дрібні та пилуваті піски можуть перейти в пливунний стан, що значно ускладнює будівництво. Для таких ґрунтів критичним є контроль за РГВ. У випадку високого РГВ можуть бути необхідні заходи з водопониження або влаштування глибоких стрічкових чи плитних фундаментів. Високий коефіцієнт фільтрації (Кф > 50 м/добу для крупних пісків) забезпечує швидке відведення води, що спрощує дренажні рішення, проте може вимагати захисту від вимивання дрібних частинок під підошвою фундаменту. Наприклад, при будівництві на водонасичених дрібних пісках, де Кф становить 5-10 м/добу, слід передбачити захист від суфозії, що може бути реалізовано за допомогою геотекстилю або піщано-гравійних подушок.

Супіски — це перехідний тип ґрунту, що містить від 3% до 10% глинистих частинок і переважно складається з піску. Цей тип ґрунту поєднує в собі деякі позитивні властивості пісків (відносно хороша несуча здатність — 0,3-0,5 МПа) та деякі недоліки глин (незначна пластичність та помірна схильність до морозного пучіння). Водопроникність супісків залежить від вмісту глинистих частинок і може варіюватися в широких межах (Кф від 1 до 10 м/добу), але зазвичай дозволяє воді відносно вільно проходити через ґрунт.

При будівництві на супісках важливо враховувати їхню пластичність. Хоча вона менша, ніж у суглинків та глин, супіски все ж можуть змінювати свій об’єм при зволоженні та промерзанні, особливо у щільному стані. Для зниження ризику морозного пучіння рекомендується влаштовувати піщано-гравійну подушку під фундамент товщиною не менше 200-300 мм, яка буде виконувати дренажну функцію та перешкоджати капілярному підняттю вологи. Також, у зонах з глибоким промерзанням (до 1,5 м в північних регіонах України), може бути доцільним закладення фундаменту нижче глибини промерзання або застосування утеплення по периметру. Проєктуючи фундамент на супісках, необхідно звертати увагу на індекс пластичності (Ip), який для супісків зазвичай становить до 7, що вказує на їхню низьку пластичність, але вимагає обліку для точних розрахунків деформацій основи.

Суглинки є поширеним типом ґрунту в Україні, що містить від 10% до 30% глинистих частинок. Це надає їм проміжні властивості між пісками та глинами: вони мають кращу зв’язність і несучу здатність, ніж чисті піски, але менш пластичні та менш схильні до морозного пучіння, ніж глини. Несуча здатність суглинків становить близько 0,2–0,4 МПа.

Ключова особливість суглинків — їхня чутливість до зміни вологості. При зволоженні вони можуть розм’якшуватися і втрачати несучу здатність, а при висиханні — давати усадку. Коефіцієнт фільтрації суглинків значно нижчий, ніж у пісків (Кф від 0,1 до 1,0 м/добу), що робить їх більш схильними до тривалого утримання вологи. Для суглинків, які відносяться до пучинистих ґрунтів, необхідно передбачати комплекс заходів: закладення фундаменту на глибину, більшу за нормативну глибину промерзання (згідно з ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти будівель і споруд’), влаштування дренажу, або використання малозаглиблених плитних фундаментів з утепленням. Індекс пластичності (Ip) для суглинків коливається в межах 7-17, що свідчить про їхню помірну пластичність і вимагає детальних інженерних розрахунків. Комплексні проєкти будівництва повинні завжди включати аналіз цих параметрів для оптимізації конструктивних рішень.

Глинисті ґрунти, що містять понад 30% глинистих частинок, є найбільш складними для будівництва через їхню високу пластичність, низьку водопроникність (Кф < 0,1 м/добу) та значну схильність до морозного пучіння. Вони здатні поглинати та утримувати велику кількість води, при цьому сильно розбухаючи, а при висиханні — давати значну усадку. Несуча здатність глин у водонасиченому стані може бути низькою, в межах 0,1–0,3 МПа.

Головний виклик при будівництві на глинистих ґрунтах — це морозне пучіння, яке може створювати нерівномірні підйоми фундаменту, викликаючи деформації та тріщини в конструкціях. Згідно з ДБН В.2.1-10:2018, на пучинистих ґрунтах необхідно закладати фундаменти нижче нормативної глибини промерзання. Наприклад, для Київської області середня глибина промерзання становить 1,0 м, а для глинистих ґрунтів фундамент слід закладати на 1,2–1,5 м. Альтернативним рішенням є застосування утеплення фундаменту по периметру (наприклад, екструдованим пінополістиролом товщиною 100 мм), що дозволяє змістити ізотерму 0°C нижче підошви фундаменту. Висока пластичність глин (Індекс пластичності Ip > 17) вимагає ретельного розрахунку осідань фундаменту, враховуючи навантаження від будівлі та властивості ґрунту. Без адекватних інженерних заходів, будівництво на глині без урахування її властивостей майже гарантує проблеми в експлуатації.

Дренажні системи відіграють ключову роль у захисті фундаментів від надмірної вологи, особливо на ґрунтах з низькою водопроникністю, таких як глини та суглинки. Їхня основна функція — відведення ґрунтових та дощових вод від основи будівлі, запобігаючи замоканню ґрунту, зниженню його несучої здатності та розвитку морозного пучіння. Розрізняють пристінний, кільцевий та пластовий дренаж.

Пристінний дренаж застосовується для захисту заглиблених частин фундаменту (підвалів, цокольних поверхів) і являє собою систему перфорованих труб, прокладених навколо периметра будівлі на рівні підошви фундаменту або трохи нижче. Ефективність такої системи на глинистих ґрунтах посилюється за рахунок створення фільтруючої обсипки з піску та щебеню, обгорнутої геотекстилем, що запобігає замулюванню дрен. Кільцевий дренаж використовується для захисту групи будівель або ділянки загалом, коли пристінний дренаж є недостатньо ефективним або економічно недоцільним. Пластовий дренаж влаштовується під всією площею фундаментної плити, забезпечуючи рівномірне відведення води та запобігаючи капілярному підняттю вологи. Згідно з ДБН В.2.5-16:2018 ‘Інженерні мережі. Водовідведення. Зовнішні мережі та споруди’, проєктування дренажу повинно базуватися на даних гео-розвідки, включаючи коефіцієнт фільтрації ґрунту, рівень ґрунтових вод та кліматичні умови. Наприклад, для суглинків з Кф = 0,5 м/добу, відстань між дренами не повинна перевищувати 8-10 метрів, тоді як для глин з Кф = 0,05 м/добу, ця відстань може скорочуватися до 4-5 метрів. Враховуючи ці фактори, інтеграція інженерних систем стає більш ефективною.

Якість та надійність будівництва в Україні безпосередньо залежить від ретельності інженерно-геологічних вишукувань. Вітчизняні стандарти, такі як ДСТУ Б В.2.1-2-96 ‘Ґрунти. Класифікація’ та ДБН А.2.1-1-2008 ‘Інженерні вишукування для будівництва’, визначають комплекс польових та лабораторних методів дослідження ґрунтів, які є обов’язковими для проєктних робіт.

Польові методи включають:

• **Буріння свердловин** — для відбору монолітів та визначення шаруватості ґрунту, РГВ.
• **Статичне зондування (CPT)** — для безперервної оцінки властивостей ґрунтів по глибині (питомий опір конусу qc, тертя по муфті fs), що дозволяє ідентифікувати слабкі прошарки та оцінити несучу здатність.
• **Динамічне зондування (DPT)** — використовується переважно для оцінки щільності піщаних ґрунтів та визначення глибини залягання щільних шарів.
• **Штампові випробування** — безпосереднє визначення модуля деформації ґрунту (Е) та його несучої здатності. Це найточніший, але й найдорожчий польовий метод.

Лабораторні дослідження відіграють не менш важливу роль:

• **Гранулометричний аналіз** — визначення кількісного вмісту глинистих, пилуватих та піщаних частинок для точної класифікації ґрунту.
• **Визначення меж Атерберга** (межі пластичності та текучості) — для глинистих ґрунтів ці показники дозволяють розрахувати індекс пластичності (Ip) та індекс текучості (IL), що характеризують їхню консистенцію та пучинистість.
• **Визначення коефіцієнта фільтрації (Кф)** — критичний параметр для проєктування дренажних систем та оцінки водопроникності ґрунту.
• **Компресійні випробування** — для визначення коефіцієнта стисливості та модуля деформації ґрунту, необхідних для розрахунку осідань фундаментів.

Правильний вибір і проведення цих досліджень є запорукою розробки надійного та довговічного кваліфікованого архітектора.

Вибір типу фундаменту є критично важливим етапом, який безпосередньо залежить від результатів аналізу ґрунтів. Неправильний вибір може призвести до нерівномірних осідань, тріщин у стінах та інших деформацій будівлі. Розглянемо детальний розбір вузлів фундаментів для різних типів ґрунтів.

На **піщаних ґрунтах** з високою несучою здатністю та низьким РГВ часто застосовуються стрічкові або стовпчасті фундаменти мілкого закладення (від 0,5 до 1,0 м). Вузол ‘фундамент-стіна’ в цьому випадку відносно простий: фундаментна стрічка (монолітна або збірні блоки) розташовується на утрамбованій піщаній подушці (200-300 мм), поверх якої влаштовується горизонтальна гідроізоляція перед зведенням стін. Основна увага приділяється забезпеченню рівномірного розподілу навантаження.

Для **супісків та суглинків** з помірною схильністю до морозного пучіння та високим РГВ, рекомендовано застосовувати заглиблені стрічкові фундаменти, що закладаються нижче нормативної глибини промерзання (з урахуванням ДБН В.2.1-10:2018). Альтернативно, популярним рішенням є утеплена шведська плита (УШП) – монолітна плита дрібного закладення (500-700 мм), яка спирається на шар екструдованого пінополістиролу. Ця технологія дозволяє знизити ризик морозного пучіння завдяки ефективному утепленню та забезпечує рівномірний розподіл навантаження на ґрунт. У вузлі ‘плита-стіна’ гідроізоляція та утеплення є невід’ємними компонентами для довговічності.

На **глинистих ґрунтах**, які є найбільш проблемними через морозне пучіння та низьку несучу здатність у водонасиченому стані, часто застосовуються палеві фундаменти або монолітні ростверки, що спираються на буронабивні або забивні палі. Глибина закладення паль розраховується індивідуально, щоб їхні нижні кінці спиралися на непучинистий шар або шар з достатньою несучою здатністю. У вузлі ‘паля-ростверк’ палі жорстко з’єднуються з монолітним ростверком, який розташовується вище рівня ґрунту (на 100-150 мм) з повітряним зазором для запобігання впливу пучіння ґрунту. Також, важливо передбачити комплексний дренаж навколо фундаменту. У всіх випадках, застосування геотекстилю під піщано-гравійною подушкою допомагає запобігти перемішуванню шарів та забезпечити ефективну фільтрацію.