Набухание и усадка грунтов: всесторонний анализ физико-химических основ, методов исследования и инженерных решений

В мире строительства и геотехники, где каждый фундамент является основой долговечности сооружения, недооценка свойств грунтового основания может привести к катастрофическим последствиям. Ежегодно миллионы долларов тратятся на ремонт и реконструкцию зданий, пострадавших от деформаций, вызванных изменениями объема грунтов. Одними из наиболее коварных и труднопрогнозируемых явлений в инженерной геологии являются процессы набухания и усадки грунтов. Эти циклические изменения объема, происходящие под воздействием влаги, способны нарушить целостность даже самых прочных конструкций, приводя к неравномерным осадкам, трещинам и аварийным ситуациям.

Данный аналитический материал призван обеспечить всесторонний и глубокий обзор процессов набухания и усадки грунтов. Мы погрузимся в физико-химические основы этих явлений, детально рассмотрим типы грунтов, наиболее подверженных таким изменениям, проанализируем факторы, влияющие на интенсивность и масштабы деформаций, а также представим современные методы лабораторного и полевого определения характеристик набухания и усадки, регламентированные актуальной нормативной базой. Особое внимание будет уделено инженерно-геологическим последствиям и комплексу эффективных решений для минимизации негативного воздействия, а также взаимосвязи этих процессов с другими опасными геологическими явлениями и их региональным особенностям. Цель работы — не просто собрать информацию, но и представить её в структурированном виде, обогащенном деталями и практическими рекомендациями, необходимыми для студентов, аспирантов и специалистов в области геотехники и инженерной геологии.

Фундаментальные основы: Механизмы набухания и усадки грунтов

Понимание природы набухания и усадки грунтов лежит в основе успешного проектирования и строительства на таких сложных основаниях. Эти процессы, кажущиеся на первый взгляд простыми изменениями объема, на самом деле представляют собой сложное взаимодействие воды с минеральными частицами грунта на микроуровне, подчиняющееся законам физики и химии, и именно их глубокое изучение позволяет создавать по-настоящему надежные и долговечные конструкции.

Определения и классификация набухающих грунтов

Для начала, дадим четкие определения ключевых терминов. Набухание грунтов — это их способность увеличиваться в объеме и развивать давление набухания в процессе гидратации (поглощения воды) или взаимодействия с различными химическими растворами. Иными словами, это явление, при котором грунты «разбухают» при контакте с жидкостью. Усадка грунтов, напротив, является обратным процессом: это уменьшение объема глинистых грунтов при их высыхании. Процессы набухания и усадки грунтов тесно связаны и, как правило, обратимы: чем сильнее грунт способен набухать, тем большей усадке он подвержен при последующем высыхании, что создает цикличные деформации, критически важные для оценки рисков.

Важнейшей характеристикой для оценки потенциальной опасности грунтов является давление набухания (p_sw) — это давление, которое развивает грунт при своем объемном увеличении, если ему препятствовать деформироваться. Также используется коэффициент усадки — показатель, характеризующий степень уменьшения объема грунта при высыхании.

Согласно действующему стандарту ГОСТ 25100, глинистые грунты классифицируются по степени их способности к набуханию на основе относительной деформации набухания без нагрузки (ε_sw):

Категория грунта	Относительная деформация набухания без нагрузки (εsw)
Ненабухающие	εsw < 0,04
Слабонабухающие	0,04 ≤ εsw < 0,08
Средненабухающие	0,08 ≤ εsw < 0,12
Сильнонабухающие	εsw ≥ 0,12

Таким образом, если при замачивании водой или иной жидкостью глинистый грунт увеличивается в объеме, а его относительная деформация набухания без нагрузки превышает 0,04, он относится к категории набухающих.

Физико-химические механизмы набухания

Глубокое понимание механизмов набухания требует погружения в физико-химические взаимодействия на уровне частиц. Основную роль в этом процессе играют три группы явлений: капиллярные, адсорбционные и осмотические.

Капиллярные процессы обусловлены поверхностным натяжением воды и её способностью подниматься по тонким капиллярам в грунте, заполняя поры и вызывая увлажнение. Адсорбционные процессы связаны с притяжением молекул воды к поверхности минеральных частиц за счет электростатических и ван-дер-ваальсовых сил, что приводит к образованию тонких пленок связанной воды.

Однако ключевая роль в набухании, особенно сильнонабухающих глинистых грунтов, отводится осмотическим процессам. Эти процессы становятся особенно выраженными при наличии градиента концентраций между поровыми водами, содержащими растворенные соли, и фильтрующимися растворами (например, пресной водой или промышленными стоками). В таких условиях возникают диффузионно-осмотические процессы, при которых вода из менее концентрированного раствора стремится проникнуть в более концентрированный, что приводит к увеличению объема грунта.

Влияние осмотического набухания значительно возрастает, если в составе грунта присутствуют обменные катионы низкой валентности и малого радиуса, такие как Na⁺ или Li⁺. Эти катионы обладают высокой гидратационной способностью, притягивая большое количество молекул воды и способствуя формированию толстых водных оболочек вокруг частиц. Особенно ярко это проявляется в минералах с раздвижной кристаллической решеткой, таких как монтмориллонит. В отличие от каолинита, который имеет жесткую решетку и взаимодействует с водой только внешней поверхностью, монтмориллонит способен поглощать воду как внешней, так и внутренней поверхностью структурных слоев, что приводит к значительному увеличению межслоевого расстояния и, как следствие, к сильному набуханию.

Гидратация минеральных частиц, обусловленная осмотическими процессами, приводит к увеличению влажности грунта и, что особенно важно, к увеличению толщины водных пленок вокруг частиц и толщины двойного электрического слоя (ДЭС). ДЭС представляет собой область ионов и диполей воды, окружающих заряженную поверхность глинистой частицы. По мере увеличения толщины этих слоев между соседними частицами возникают силы электростатического отталкивания, известные как силы расклинивающего давления. Именно эти силы, раздвигая частицы, вызывают разрушение структурных связей в грунте и приводят к его объемному увеличению, то есть к набуханию.

При взаимодействии промышленных стоков с глинистыми грунтами, помимо гидратации, важную роль играет механизм проникновения этих стоков. Он может быть как конвективным (перенос веществ вместе с потоком воды через поры), так и диффузионным (перемещение веществ за счет разницы концентраций). Оба механизма могут способствовать набуханию, особенно если стоки содержат агрессивные химические компоненты или ионы, способствующие гидратации.

Следует отметить, что набухание не происходит мгновенно. Это процесс, развивающийся во времени, скорость которого зависит от многих факторов, включая скорость ослабления структурных связей в грунте и скорость образования пленок связанной воды. За критерий условной стабилизации деформаций свободного набухания глинистых грунтов или деформаций набухания под нагрузкой в компрессионных приборах принимается деформация не более 0,01 мм за 16 часов. Это означает, что испытание продолжается до тех пор, пока скорость деформации не снизится до этого порогового значения. Время, необходимое для достижения максимальной величины набухания, возрастает с увеличением дисперсности грунтов, поскольку более мелкие частицы обладают большей суммарной поверхностью и, соответственно, большей способностью к адсорбции и осмотическим процессам.

Типы грунтов, подверженных набуханию и усадке, и ключевые влияющие факторы

Не все грунты одинаково подвержены процессам набухания и усадки. Интенсивность этих явлений определяется сложным взаимодействием внутренних свойств грунта и внешних факторов окружающей среды, как природных, так и техногенных. Понимание этих зависимостей критически важно для точной инженерно-геологической оценки.

Минералогический и гранулометрический состав грунтов

Способностью к набуханию и усадке обладают преимущественно глинистые грунты природного и нарушенного сложения. Однако даже среди глин существуют значительные различия. Например, ГОСТ 12248.6-2020, регламентирующий методы определения характеристик набухания и усадки, специально оговаривает, что он не распространяется на глинистые грунты, содержащие крупнообломочные включения размерами зерен более 5 мм, и на глинистые грунты в мерзлом состоянии. Это связано с тем, что наличие крупных включений существенно изменяет механику процесса, а мерзлое состояние полностью блокирует гидратацию.

Как уже упоминалось, минералогический состав играет решающую роль. Грунты, содержащие монтмориллонит — глинистый минерал с раздвижной кристаллической решеткой — обладают наибольшим набуханием. Его уникальная способность впитывать воду как внешней, так и внутренней поверхностью структурных слоев позволяет значительно увеличиваться в объеме. В противоположность этому, грунты, содержащие каолинит, который имеет жесткую кристаллическую решетку, взаимодействуют с водой только внешней поверхностью, что делает их гораздо менее склонными к набуханию.

Кроме минералогического, важен и гранулометрический состав. Набухаемость обычно проявляется при содержании глинистых частиц более 40-60%. Это объясняется тем, что именно мелкие глинистые частицы, обладающие большой удельной поверхностью и электрохимической активностью, являются основными «агентами» набухания. При этом, для проявления набухаемости также необходима определенная плотность грунта (более 1,5-1,7 г/см³) и относительно низкая природная влажность (менее 0,20-0,30). Чем плотнее и суше грунт в исходном состоянии, тем больший потенциал для поглощения воды и, следовательно, для набухания он имеет. Наиболее опасными в этом отношении часто являются переуплотненные слабосцементированные глины, формирующиеся в условиях засушливого климата в мелководных бассейнах.

Природные и техногенные факторы

Помимо внутреннего состава грунта, на его набухаемость влияют многочисленные внешние факторы. К ним относятся:

• Природная влажность и плотность сложения: Как уже говорилось, чем ниже начальная влажность и выше плотность, тем больше потенциал к набуханию.
• Состав и концентрация взаимодействующего с грунтом раствора: Вода с высокой концентрацией солей может снижать осмотическое набухание, тогда как пресная вода или определенные химические растворы, напротив, его усиливать.
• Величина внешнего давления на грунт: Чем выше внешняя нагрузка, тем сильнее она препятствует объемному расширению грунта, уменьшая его набухание, но увеличивая развиваемое давление набухания.

Климатические факторы играют огромную роль в сезонных изменениях влажности набухающих грунтов. Незначительное количество атмосферных осадков, дефицит влажности воздуха и продолжительные засушливые периоды приводят к высыханию грунтов, их усадке и образованию трещин. Последующие периоды увлажнения (дожди, таяние снега) вызывают повторное набухание, создавая цикличные деформации.

Техногенные факторы также вносят существенный вклад в активацию или интенсификацию процессов набухания и усадки:

• Техногенное замачивание: Это один из самых распространенных факторов. Утечки из водонесущих коммуникаций (водопровод, канализация), фильтрация воды из оросительных каналов или технологических прудов приводят к локальному, часто интенсивному и длительному увлажнению грунтов.
• Изменение условий испарения влаги: Застройка и асфальтирование территории создают так называемый эффект экранирования поверхности. Асфальтовые покрытия и фундаменты зданий препятствуют естественному испарению влаги из нижележащих слоев грунта, изменяя его тепловой и водный режимы. Это может приводить к увеличению влажности в глубинных слоях и, как следствие, к усилению набухания.
• Химическое воздействие: Некоторые виды шлаков (например, электроплавильных производств), а также обычные глинистые грунты, при замачивании химическими отходами производств (например, растворами серной кислоты), также могут обладать способностью к набуханию, иногда значительно более интенсивному, чем при контакте с обычной водой. Это связано с изменением химического состава поровых вод и поверхности глинистых частиц.

Все эти факторы в совокупности определяют степень риска, связанного с набухающими и усадочными грунтами на конкретной строительной площадке, и требуют детального изучения в рамках инженерно-геологических изысканий.

Современные методы лабораторного и полевого определения характеристик набухания и усадки

Точная количественная оценка характеристик набухания и усадки грунтов является краеугольным камнем для принятия обоснованных инженерных решений. Для этого разработаны специализированные лабораторные и полевые методы, регламентированные государственными стандартами. Но достаточно ли просто измерить эти параметры, или здесь кроется нечто большее для понимания поведения грунта?

Нормативные требования и определяемые характеристики

Основным нормативным документом, устанавливающим требования к методам лабораторного определения характеристик набухания и усадки глинистых грунтов при их исследовании для строительства, является ГОСТ 12248.6-2020. Этот стандарт детально описывает процедуры и оборудование, необходимые для получения достоверных данных.

В рамках испытаний определяются следующие характеристики набухания:

• Свободное набухание (ε_sw): Относительная деформация грунта при замачивании водой без внешней нагрузки.
• Набухание под нагрузкой (ε_swP): Относительная деформация грунта при замачивании под заданной внешней нагрузкой.
• Давление набухания (p_sw): Максимальное давление, которое грунт развивает при гидратации, если ему препятствовать деформироваться (поддерживая объем постоянным).
• Влажность грунта после набухания (w_sw): Влажность, достигаемая грунтом после полного завершения процесса набухания.

Характеристики усадки включают:

• Усадку по высоте (ε_h): Относительное уменьшение высоты образца при высыхании.
• Усадку по диаметру (ε_d): Относительное уменьшение диаметра образца при высыхании.
• Усадку по объему (ε_v): Относительное уменьшение объема образца при высыхании.
• Влажность на пределе усадки (w_y): Влажность грунта, при которой дальнейшее высыхание не приводит к уменьшению его объема.

Методология проведения испытаний

Методы определения характеристик набухания и усадки основаны на прецизионных измерениях изменений геометрических размеров и массы образцов грунта в контролируемых условиях.

Метод определения характеристик набухания глинистого грунта базируется на измерении высоты образца, помещенного в специальный прибор, который исключает его боковое расширение. Увеличение высоты регистрируется по мере его насыщения водой или химическим раствором. Это увеличение происходит за счет сил расклинивающего давления, возникающих между глинистыми частицами при гидратации.

Для определения свободного набухания чаще всего используются приборы свободного набухания грунтов (ПНГ), а также компрессионные приборы. Образцы для испытаний могут быть:

• Ненарушенного сложения – взятые непосредственно из массива грунта с сохранением его природной структуры и влажности.
• Нарушенного сложения – специально приготовленные в лаборатории с заданными значениями плотности и влажности, что позволяет моделировать различные условия и изучать влияние этих параметров.

При испытании на набухание образцы заливают различными жидкостями в зависимости от целей исследования. Наиболее часто используется грунтовая вода с объекта, водная вытяжка из исследуемого грунта, или питьевая вода. В особых случаях, когда требуется исключить влияние солевого состава или исследовать специфические реакции, допускается использование дистиллированной воды или искусственно приготовленных растворов (например, имитирующих промышленные стоки). Испытания проводятся до прекращения поглощения образцом грунта воды (или раствора), что, как правило, фиксируется по стабилизации деформаций в течение определенного времени (0,01 мм за 16 часов).

Метод определения усадки глинистого гру��та основан на измерении геометрических размеров (высота, диаметр) и массы образца при его постепенном высушивании. Ключевое условие – создание термодинамических условий, исключающих высокую скорость и неравномерность испарения жидкости, а также образование трещин усадки, которые могли бы исказить результаты.

Испытание на усадку обычно проводится в три этапа:

1. Первый и второй этапы: Образец помещается в эксикатор – герметичный сосуд с осушителем, где происходит медленное и контролируемое высушивание при комнатной температуре. Измерения высоты, диаметра и массы образца проводятся не реже двух раз в сутки.
2. Третий этап: После значительного снижения влажности, сушка образца продолжается в термостате при температуре (105 ± 2) °C до достижения постоянной массы. Это гарантирует полное удаление оставшейся влаги.

Результаты испытаний оформляются в виде графиков зависимости относительных деформаций усадки от изменения влажности. Эти графики позволяют визуализировать динамику процесса и определить такие важные параметры, как влажность на пределе усадки.

Для предпроектной документации, когда требуется оперативная, но менее детальная оценка, допускается оценивать набухаемость грунтов по коэффициентам пористости (e₀ и e_L). Грунты относятся к набухающим, если соотношение природного коэффициента пористости (e₀) к коэффициенту пористости на пределе текучести (e_L) составляет e₀/e_L < 0,75. Этот эмпирический критерий позволяет быстро выделить потенциально опасные грунты на ранних стадиях проектирования, экономя время и ресурсы.

Инженерно-геологические последствия и эффективные решения по минимизации воздействия

Недооценка процессов набухания и усадки грунтов может иметь серьезные и дорогостоящие инженерно-геологические последствия, подрывая надежность и долговечность зданий и сооружений. Однако существуют проверенные и эффективные методы для минимизации этих рисков.

Деформации и снижение прочности грунтов

Основные негативные последствия набухания и усадки грунтов проявляются в деформациях оснований и снижении несущей способности грунтов.

• Неравномерное поднятие фундаментов и деформации сооружений: При увлажнении набухающие грунты увеличиваются в объеме, оказывая значительное давление на подошву фундаментов. Если увлажнение происходит неравномерно (например, из-за утечки из одной водопроводной трубы), то и подъем фундамента будет неравномерным. Это приводит к возникновению перекосов, трещин в несущих стенах, разрушению отделки, повреждению инженерных коммуникаций и, в крайних случаях, к аварийному состоянию всего сооружения.
• Горизонтальное давление: Набухающие грунты развивают не только вертикальное, но и значительное горизонтальное давление на заглубленные части сооружений (подпорные стены, подземные этажи, опоры мостов). Это давление может достигать критических значений — до 0,8 МПа. Под воздействием такого давления конструкции могут деформироваться, терять устойчивость или разрушаться.
• Снижение прочностных характеристик: Одним из наиболее опасных последствий набухания является существенное снижение прочностных и деформационных характеристик грунта. При поглощении воды грунт теряет свою жесткость. Модуль деформации (E), который является ключевой характеристикой, отражающей способность грунта сопротивляться деформации, уменьшается в несколько раз после набухания. Например, для некоторых глинистых грунтов с ненарушенной структурой прочность на сжатие после набухания может снижаться более чем в 6 раз (с 665 кПа до 100 кПа). Для грунтов, находящихся в пастообразном состоянии, снижение прочности составляет более чем в 2 раза (с 130 кПа до 55 кПа). Это означает, что грунт, который изначально мог служить надежным основанием, после увлажнения и набухания становится значительно менее несущим и более подверженным деформациям под нагрузкой. Важно отметить, что модуль деформации является реактивной характеристикой, и его значения могут существенно различаться в зависимости от метода определения (например, до пяти раз между компрессионными и штамповыми испытаниями).

Комплекс инженерных решений

Для обеспечения надежной эксплуатации зданий и сооружений на набухающих грунтах применяется целый комплекс различных мероприятий, которые можно условно разделить на несколько групп:

1. Водозащитные мероприятия: Их цель — предотвратить или минимизировать доступ воды к набухающему грунту.
   • Устройство водозащитных экранов и отмостки: Вокруг зданий устраиваются водонепроницаемые отмостки и экраны из бетона, асфальта или геомембран, которые отводят поверхностные воды от фундамента.
   • Защита коммуникаций: Все водонесущие коммуникации (водопровод, канализация, дренажные системы) заключаются в водонепроницаемые галереи, лотки или специальные футляры, чтобы исключить утечки воды в грунтовое основание.
   • Дренажные системы: Устройство поверхностного и глубинного дренажа помогает собирать и отводить избыточную влагу от основания сооружения.
2. Изменение свойств грунта основания:
   • Предварительное замачивание основания: Применяется при небольшой толще набухающих грунтов. Перед началом строительства производится искусственное замачивание грунта до его полного набухания. После этого увлажненные грунты предохраняют от высыхания. Глубина предварительного замачивания назначается в зависимости от требуемого снижения деформаций от набухания, что является критически важным проектно-зависимым параметром, определяемым расчетом и опытом.
   • Полная или частичная замена набухающего грунта: Если слой набухающего грунта имеет небольшую мощность, его полностью или частично вынимают и заменяют ненабухающим, крупнозернистым материалом (песком, щебнем).
   • Упрочнение верхнего слоя грунта связующими материалами: Методы химической стабилизации, такие как цементация, силикатизация или битумизация, могут быть использованы для повышения прочности и снижения набухаемости грунта.
3. Конструктивные решения фундаментов:
   • Полная или частичная прорезка фундаментами слоя набухающего грунта: Если набухающий слой имеет ограниченную толщину, фундаменты (свайные, столбчатые) заглубляют до ненабухающих грунтов, прорезая опасный слой. При этом необходимо учитывать возможность «подвисания» фундаментов на набухающем грунте.
   • Применение компенсирующих песчаных подушек: Эти подушки устраиваются на кровле или в пределах слоя набухающих грунтов. Они позволяют перераспределить давление от сооружения и снизить деформации. Для подушек используются пески любой крупности, кроме пылеватых, уплотняемые до плотности в сухом состоянии не менее 1,6 т/м³. Важно, что компенсирующие песчаные подушки устраивают только под ленточные фундаменты шириной не более 1,2 м и при давлении на основание не менее 0,1 МПа, чтобы обеспечить их эффективную работу.
   • Анкеровка фундамента: Для уменьшения подъема фундамента на естественном основании из набухающих грунтов может быть применена анкеровка, при которой фундамент закрепляется к нижележащим, ненабухающим слоям грунта.
   • Использование жестких фундаментных конструкций: Плитные или перекрестно-ленточные фундаменты обладают большей жесткостью и лучше сопротивляются неравномерным деформациям, распределяя нагрузки по большей площади.

Все эти мероприятия должны быть обоснованы инженерно-геологическими изысканиями и расчетами, а также соответствовать актуальным строительным нормам и правилам, таким как СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» и другим нормативным документам, регламентирующим проектирование оснований на набухающих грунтах.

Взаимосвязь процессов набухания и усадки с другими опасными геологическими явлениями и региональные особенности

Процессы набухания и усадки грунтов редко существуют изолированно. Они часто взаимосвязаны с другими опасными геологическими явлениями, усугубляя их проявления или создавая предпосылки для их развития. Кроме того, распространение и интенсивность этих процессов имеют выраженные региональные особенности.

Усадочные трещины и их характеристики

Одним из наиболее наглядных и опасных проявлений усадки грунтов является образование трещин при высыхании. Когда глинистый грунт теряет влагу, он сжимается. Если этот процесс происходит неравномерно или с высокой скоростью, возникают значительные растягивающие напряжения, которые приводят к формированию сети усадочных трещин на поверхности и в глубине грунтового массива.

Эти трещины не просто косметический дефект:

• Глубина (мощность) трещиноватой зоны может быть весьма значительной. Например, для плейстоценовых делювиальных глин Северного Кавказа она может составлять до 3,5 м, а для третичных глин Средней Азии – более 8 м. Такая глубокая трещиноватость существенно снижает несущую способность грунта и его сопротивление сдвигу.
• Ширина усадочных трещин также может варьироваться в широких пределах – от нескольких миллиметров до 15-25 см. Открытые, широкие трещины становятся путями для инфильтрации поверхностных вод, что способствует еще более глубокому и неравномерному увлажнению грунта, циклическому набуханию и дальнейшему разрушению структуры. В такие трещины может проваливаться мелкий строительный мусор, что затрудняет их последующее заполнение при набухании, приводя к необратимым деформациям.

Усадочные трещины также могут ускорять развитие других опасных процессов, таких как суффозия (вынос мелких частиц водой) и просадки, создавая каналы для движения воды и облегчая разуплотнение грунта.

Географическое распространение набухающих грунтов в России

Набухающие грунты имеют широкое распространение в различных регионах России, что обусловлено геологической историей, климатическими условиями и составом коренных пород.

Традиционно наиболее известные регионы распространения этих грунтов – это Поволжье и Северный Кавказ. В этих областях часто встречаются толщи переуплотненных глинистых отложений, сформированных в условиях засушливого климата и содержащих значительное количество монтмориллонитовых минералов. Именно здесь наблюдаются наиболее выраженные проявления набухания и усадки с соответствующими деформациями сооружений.

Однако, набухающие грунты не ограничиваются только этими регионами. Они также встречаются в других частях страны, где почвенно-климатические условия способствуют их формированию. Например, такие грунты обнаружены в некоторых районах Сибирского федерального округа, в частности, в окрестностях города Кемерово. Здесь, в условиях континентального климата с выраженными сезонными перепадами влажности, также могут формироваться глины с высоким потенциалом набухания.

Аналогичная ситуация наблюдается и на Дальнем Востоке России, особенно в равнинных и предгорных районах, относящихся к зонам сухих степей и полупустынь. В этих условиях процессы чередующегося увлажнения и высыхания способствуют формированию и активизации набухающих свойств глинистых грунтов.

Географическое распространение набухающих грунтов является важным фактором, который необходимо учитывать при планировании инженерно-геологических изысканий и проектировании строительства в конкретных регионах. Изучение местной специфики и прошлого опыта строительства на таких грунтах приобретает особую актуальность. Разве можем мы игнорировать этот бесценный опыт?

Заключение

Исследование процессов набухания и усадки грунтов раскрывает их как одни из наиболее сложных и потенциально опасных явлений в инженерной геологии. Мы убедились, что за кажущейся простотой объемных изменений скрываются глубокие физико-химические механизмы, связанные с капиллярными, адсорбционными и особенно осмотическими взаимодействиями воды с глинистыми минералами, такими как монтмориллонит. Именно увеличение толщины водных пленок и двойного электрического слоя, а также появление сил расклинивающего давления, являются фундаментальными причинами деформаций.

Набухание и усадка неразрывно связаны с минералогическим и гранулометрическим составом грунтов, их исходной плотностью и влажностью, а также с рядом природных (климат) и техногенных (утечки, экранирование) факторов. Игнорирование этих процессов приводит к серьезным инженерно-геологическим последствиям, включая неравномерные деформации фундаментов, развитие значительного горизонтального давления и критическое снижение прочностных характеристик грунтов.

Для эффективного противодействия негативному воздействию набухающих и усадочных грунтов необходим комплексный подход. Он включает в себя тщательные лабораторные и полевые исследования согласно ГОСТ 12248.6-2020 для точного определения всех характеристик, а также применение разнообразных инженерных решений: от водозащитных мероприятий и предварительного замачивания до использования компенсирующих песчаных подушек и специальных конструкций фундаментов, таких как анкеровка или полная прорезка опасных слоев. Все эти решения должны базироваться на актуальных строительных нормах и правилах, таких как СП 22.13330.2016.

Важность глубокого понимания процессов набухания и усадки грунтов выходит за рамки академической дисциплины, становясь критически важным для обеспечения безопасности, надежности и долговечности зданий и сооружений. Только сочетание теоретических знаний, передовых методов исследования и грамотно спроектированных инженерных решений, с учетом специфики каждого проекта и региональных особенностей распространения набухающих грунтов, может гарантировать устойчивое развитие строительной отрасли.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 12248.6-2020. Грунты. Метод определения набухания и усадки.
2. ГОСТ 24143-80. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик набухания и усадки.
3. СНиП 2.02.01–83. Основания зданий и сооружений. – М.: Стройиздат, 1985. – 42 с.
4. СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства.
5. СП 22.13330.2016. Проектирование оснований зданий (актуализированная версия).
6. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.
7. Королев, В. А. Инженерная и экологическая геодинамика : электронный учебник на CD. – М., 2004.
8. Природные опасности России : в 6 т. / под общ. ред. В. И. Осипова и С. К. Шойгу. – М.: КРУК, 2000–2003.
9. Рекомендации по опробованию набухающих грунтов.
10. Трофимов, В. Т. Инженерная геология и экологическая геология: теоретико-методические основы и взаимоотношение / В. Т. Трофимов, Д. Г. Зилинг. – М.: МГУ, 1999.
11. Учебное пособие по инженерной геологии / ред. Г. С. Золотарев. – М.: МГУ, 1989.
12. Деформации сооружений. Методы измерений осадок и кренов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mybntu.com/stroika/geodezia/deformacii-sooruzhenij.html.
13. Набухающие грунты [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.driller.ru/nabuhayuschie-grunty/.
14. Набухающие грунты [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://engineeringsite.ru/grunty/nabuhayushchie-grunty.html.
15. Особенности набухающих грунтов — Выбор типа фундамента сооружения с учетом просадочных свойств грунтов основания на объекте «Самарский Театр Юного Зрителя» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studwood.ru/1550993/geologiya/osobennosti_nabuhayuschih_gruntov.
16. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА НАБУХАНИЯ И ОСМОТИЧЕСКОЙ УСАДКИ ГЛИНИСТЫХ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/fiziko-himicheskaya-priroda-nabuhaniya-i-osmoticheskoy-usadki-glinistyh.
17. Сравнительная оценка современных методик исследования набухания грунтов строительных площадок г. Кемерово [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnaya-otsenka-sovremennyh-metodik-issledovaniya-nabuhaniya-gruntov-stroitelnyh-ploschadok-g-kemerovo.