Какие грунты относятся к пучинистым. Какие грунты относятся к пучинистым

То есть, получается так, что тип земли не сильно влияет на морозное пучение. Главными причинами выступают влажность почвы и температура воздуха. Поэтому вопрос, как определить, какие грунты пучинистые, а какие нет, ставится неправильно. Все они в какой-то степени могут вспучиваться.

Как определить пучинистость грунта?

Особое свойство оснований, способных вспучиваться, заключается в значительном увеличении объема в результате зимнего промерзания.

Как определить пучинистые грунты? К основаниям, обладающим свойством вспучивания при промерзании, относятся только глинистые (в том числе суглинки) и песчаные грунты (пылеватые, мелкие и средней крупности). Гравелистые и крупные пески к пучинистым не относятся.

Песчаные, глинистые грунты и их разновидности обладают мелкопористой структурой, то есть состоят из мелких минеральных частиц, между которыми имеется множество мелких полостей. Эти полости или поры могут содержать влагу. При понижении температуры ниже нуля влага в грунте замерзает, превращаясь в лед, который, как известно, всегда увеличивается в объеме по сравнению с исходным объемом воды. В результате замерзания воды в порах и происходит увеличение всего объема основания, называемое морозным пучением.

Основания делятся по степени пучинистости, которая зависит от уровня или глубины, на которой залегают подземные воды. Для глинистых оснований еще имеет значение показатель текучести. Приводим следующую таблицу с градацией по степени пучинистости разных видов грунтов.

Основной показатель – это относительная деформация пучения Efh, которая определяется отношением величины подъема поверхности вспучивающегося основания к толщине промерзшего слоя.
Показатель Z – это разница между величиной УГВ и глубиной сезонного промерзания, значение которой равно 1,2 м для отапливаемых зданий, и 1,5 м – для неотапливаемых зданий.

Если степень пучинистости по показателям Z и Jl (текучести) отличаются, то принимается большее значение.

Так как пучинистые основания проявляют свои негативные свойства при условии насыщения водой, то существует еще один способ классификации, учитывающий условия увлажнения основания зданий по характеру рельефа местности.

То есть, если по показателям Z и Jl основание относится к слабопучинистым, но участок строительства расположен в низине или котловине, то следует считать, что грунты сильнопучинистые.

Таким образом, пучинистый грунт – это песчаный или глинистый грунт, подверженный увлажнению и сезонному промерзанию.

Распространение пучинистых грунтов на территории России

Так как песчаные и глинистые основания распространены повсеместно, то можно считать, что расположение грунтов с пучинистыми свойствами охватывает почти половину территории России. Сюда входят:

западные области РФ: Калининградская, Псковская и Ленинградская области и Республика Карелия;
средняя полоса РФ: Владимирская, Калужская, Ивановская, Костромская, Рязанская, Московская, Смоленская, Тверская, Тамбовская, Тульская, Ярославская, Белгородская, Брянская, Вологодская, Воронежская, Кировская, Курская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Ульяновская области, Чувашская Республика;
южные части Архангельской и Мурманской областей, Хабаровского края, Республики Якутия, Красноярского края, Иркутской и Тюменской области, Республики Коми;
Амурская, Читинская, Новосибирская, Омская, Кемеровская области, Республики Бурятия, Коми, Тыва, Алтай, Свердловская область, Республики Татарстан и Башкортостан, Волгоградская область, Ростовская область, Республика Калмыкия;
северные части Краснодарского и Ставропольского краев.

Исключается зона вечной мерзлоты, которая охватывает большую часть территорий Якутии, Красноярского края, Тюменской и Архангельской области, Республики Коми. Зона вечной мерзлоты отличается тем, что грунт там промерзает на сотни метров вглубь, поэтому проблема пучинистых грунтов для этой зоны неактуальна.

Точно так же неактуальна проблема морозного вспучивания для регионов, где в основании зданий залегают в основном грунты скальные и крупнообломочные – это все северокавказские республики и южная часть Ставропольского края.

Кроме того, проблема пучинистости не имеет значения для территорий, где основания практически не промерзают – это южная часть Краснодарского края и Республика Дагестан.

Глубина промерзания наряду с уровнем расположения грунтовых вод является определяющими факторами, влияющими на величину возможного вспучивания основания. Например, в регионах, близких к Байкалу, где глубина промерзания может достигать 2,5 м, подъем поверхности при вспучивании может достигать 30-40 см, в Подмосковье при глубине промерзания 1,5 м подъем поверхности составляет 15-18 см.

Чтобы снизить пучинистость грунта, можно возвести отмостку. Обычно такая конструкция изготавливается по периметру постройки для того, чтобы защищать фундаментальное основание от дождевых вод. Но, если произвести более мощную теплоизоляцию отмостки, можно будет снизить уровень расширения земли в зимний период.

Классификация грунтов по степени пучинистости

Классификация грунтов по степени пучинистости встречается в нормативной литературе на проектирование фундаментов, в ГОСТ на грунты и в другой специальной литературе. В разных источниках классификация немного отличается, но суть везде одинакова. В таблице приведена классификация на основе объединения данных из ГОСТ 25100-2011, ГОСТ 25100-95, СП 22.13330.2016 и других источников:

Классификация грунтов по пучинистости согласно ГОСТ и СП

* — сведения из ГОСТ 25100-95 табл. Б.27, (в том же ГОСТ 25100, но обновленном в 2011 году этой информации уже нет.)

Здесь: Sr – степень влажности — отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха); JL — показатель текучести грунта (определяется только для глинистых грунтов и показывает насколько грунт «разжижен» от проникшей в него влаги)

Степень морозной пучинистости ɛfh определяет на сколько при замерзании образец грунта увеличивается по высоте. Например, при промерзании слоя грунта толщиной 1,0 м с показателем ɛfh равным 7% грунт увеличится по высоте на 7 см.

Так же существует таблица которая определяет степень пучинистости грунта в зависимости от положение уровня грунтовых вод относительно расчетной глубины промерзания грунта z (из «Руководства по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова):

Уровень грунтовых вод должен приниматься с учетом прогноза его изменения согласно требованиям норм проектирования.

Определяем пучинистый грунт или нет

К пучинистым грунтам относятся глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с глинистым и мелкопесчаным заполнителем более 10%, имеющие к началу промерзания влажность выше определенного уровня (см. таблицу выше).

Для восприятия такая проще формулировка:

К гарантировано НЕпучинистым относятся только:

пески средней крупности, крупные и гравелистые;
скальные грунты (вода не проникает в них в достаточном количестве из-за отсутствия сообщающихся пор, и они имеют высокую плотность и прочность)

Для всех остальных грунтов (супеси, суглинки, глины, мелкие и пылеватые пески, а также щебенистые и крупнообломочные грунты с заполнителем более 10%) справедливо утверждение – они могут быть как пучинистыми, так и непучинистыми и зависит это от:

При проектировании фундаментов на основаниях, сложенных пучинистыми грунтами, следует учитывать возможность повышения влажности грунта за счет подъема уровня подземных вод, инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности. (СП 22.13330.2016 п. 6.8.2).

гранулометрического состава грунта – степень пучинистости увеличивается в основном с ростом количества (% по массе) частиц размером от 0,05 до 0,005 мм. Более крупные и, что интересно, более мелкие частицы оказывают на показатель пучинистости влияние в меньшей степени.
Наличия и близости уровня грунтовых вод и соответственно возможности поступления в промерзающий грунт влаги по капиллярам.

Как отличить по визуальным и косвенным признакам супесь от песка и глины и вообще определить тип грунта см. в отдельной статье.

Видео

https://youtube.com/watch?v=oWdzEYVK4Xk%3Ffeature%3Doembed

В любом случае пучение грунта — это именно давление. Поэтому к его ослаблению надо подходить комплексно. То есть, сооружать отмостки, укладывать армирующий каркас в опалубку фундамента перед заливкой бетонного раствора, проводить мероприятия по гидро — и теплоизоляции, собирать дренажную систему отвода атмосферных осадков в первую очередь, а во вторую понижать уровень грунтовых вод.

Относиться к этому свойству земли можно по — разному, но пренебрегать им нельзя ни в коем случае. Упустили что — то, получите трещины по всей конструкции фундамента, что ослабит основу здания.

Для точного определения, можно просто откопать шурф глубиной 1,5-2 м. Если вода в шурфе не появилась, то на дне шурфа бурят скважину садовым буром еще на 1,5 м. Если появилась вода, замеряют расстояние от поверхности грунта до уровня залегания подземных вод. Это и будет УПВ.

Как самостоятельно определить степень пучения грунта

Чтобы «в домашних» условиях определить есть ли на вашем участке пучинистые грунты, то проще всего выкопать шурф (вертикальную выработку) глубиной около 2 м и подождать несколько дней. Если на дне вырытого шурфа не образовалась вода, то необходимо пробурить (для этого используется садовый бур) скважину еще на 1,5 м. Когда в скважине появится вода, при помощи планки замеряется расстояние от уровня грунтовых вод до поверхности.

Для определения типа грунта достаточно произвести визуальный осмотр почвы. На основе этих данных можно сделать примерные выводы о степени расширения земли в холодное время года.

Если грунт слабопучинистый, то УГВ будет находиться ниже расчетной глубины промерзания. Это значение напрямую зависит от типа почвы:

пылеватые пески – 0,5 м;
супеси – не более 1,0 м;
суглинки – 1,5 м;
глина – 2 м.

Если грунт относится к среднепучинистым, то уровень грунтовых вод будет находиться ниже глубины промерзания на:

Если грунт сильнопучинистый, то УГВ будет ниже на:

Если глина и суглинки расположены довольно близко к расчетной глубине промерзания почвы – это не самое лучшее основание под фундамент мелкозаглубленного типа. Однако, это не означает, что строить на таких почвах нельзя.

Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению. Величина, которая показывает, насколько грунт склонен к пучению, — это
степень морозной пучинистости, которая определяется, как относительное изменение объема грунта при промерзании:

E = (H – h) / h,

Где E – степень пучинистости, H – высота мерзлого (вспучившегося) грунта, h – высота грунта до замерзания.

Степень пучинистости показывает, на какую величину изменяется объем грунта при промерзании. Пучинистыми называют грунты, у которых степень
пучинистости больше 0,01, т.е. это такой грунт, который при промерзании на глубину 1 м увеличивается в объеме более чем на 1 см.

Какие грунты пучинистые?

Пучение происходит из-за того, что содержащаяся в грунте влага замерзает, а, как известно, лед имеет меньшую плотность, нежели вода, и поэтому
занимает больший объем. Увеличение объема воды при замерзании и приводит к пучению, поэтому какие грунты пучинистые, а какие нет, зависит от
содержания в них воды: чем ее больше в грунте, тем сильнее он вспучивается. К пучинистым относятся все глинистые грунты: глины, суглинки и супеси. В
отличие от песка, глина имеет много пор и хорошо удерживает в себе влагу, вода не просачивается между мельчайшими частицами глины и не уходит в более
глубокие слои земли. Поэтому, чем больше содержание глины, тем более пучинистым является грунт.

Строительство фундамента на пучинистом грунте

Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому
строительство фундамента на пучинистом грунте нужно вести только с принятием мер против пучения. Самый радикальный путь – это заменить грунт на
непучинистый гравелистый или крупный песок. В этом случае роют большой котлован на глубину больше глубины промерзания, убирают пучинистый грунт и
вместо него засыпают и хорошо утрамбовывают песок, который является отличным основанием для фундамента, не удерживает в себе влагу и имеет
высокую несущую способность. Этот способ, пожалуй, самый надежный, но и самый
затратный – он предполагает очень большой объем земельных работ.

Другой способ строительства устойчивого фундамента на пучинистом грунте – это заложение его на глубину
ниже глубины промерзания. В этом случае на основание фундамента не будут действовать
силы пучения, но на боковую поверхность пучение действовать будет. И хотя это воздействие на порядок меньше, оно способно создать проблемы: пучинистый
грунт будет примерзать к боковой поверхности фундамента и при движении вверх/вниз будет тащить его за собой. Касательная сила пучения может достигать
5 тонн на квадратный метр поверхности. Заложенный на глубину 1,5 м ленточный фундамент дома 6 м на 6 м будет иметь суммарную площадь боковой
поверхности 36 м2, а общая касательная сила пучения может поднимать до 180 т. Этого будет достаточно, чтобы поднять деревянный дом, потому что его вес
не сможет уравновесить действие пучения. Поэтому заложение фундамента на пучинистом грунте ниже глубины промерзания используется при строительстве
тяжелых кирпичных и монолитных железобетонных домов.

Третий способ снизить влияние пучинистого грунта на фундамент – это утепление. Этот вариант больше всего подходит для строительства
мелкозаглубленных фундаментов под легкие дома и заключается в том, чтобы избежать
замерзания влаги в пучинистом грунте. Укладывая на грунт слой утеплителя, можно добиться того, чтобы грунт вокруг фундамента никогда не промерзал.
Ширина полосы утеплителя должна соответствовать глубине промерзания: если земля промерзает на 1,5 м, то утеплять надо вокруг фундамента полосу шириной
1,5 м. Толщина утеплителя зависит от его теплоизоляционных свойств и от климатических условий.

Еще одна мера, которую можно принимать при строительстве фундамента на пучинистом грунте — это отвод воды, ведь если не будет воды, то не будет и
пучения. Для отвода воды, содержащейся в грунте, по периметру фундамента устраивают дренажную систему: в полуметре от фундамента роют канаву на
глубину его заложения, в нее укладывают завернутую в фильтрующую ткань перфорированную трубу под небольшим уклоном и засыпают ее крупным песком или
гравием. Вода, содержащаяся в грунте, будет стекать к дренажной трубе, попадать в нее через отверстия и по ней отводиться в дренажный колодец. Для
естественного отвода воды необходимо, чтобы где-то был более низкий участок местности, куда будет отводиться вода. Для отвода воды атмосферных осадков
вокруг фундамента нужно делать отмостку и ливневую канализацию.

Определение пучения грунта

Под морозным пучением грунтов подразумевается их свойство при определенном сочетании гидротермических условий в пределах сезонного промерзания увеличиваться в объеме под действием сил кристаллизации льда при фазовых превращениях, содержащейся в грунте дополнительно воды к кристаллам льда.
Действующая классификация грунтов по степени морозной пучинистости основана на влиянии деформаций замерзающего грунта на устойчивость фундаментов зданий и сооружений. По этой классификации грунты в их природном сложении подразделялись на непучинистые, малопучинистые, среднепучинистые и очень пучинистые. Классификация относилась только к грунтам при полном их водонасыщении, но, как известно, все виды грунтов в сухом или малоувлажненном состоянии при промерзании не обнаруживают внешних признаков морозного пучения, и поэтому возникла потребность ориентироваться при классификации грунтов на их природную влажность перед промерзанием и условия увлажнения.
В зависимости от гранулометрического состава, природной влажности, глубины залегания уровня грунтовых вод и расчетной глубины промерзания грунтов грунты подразделяются на пять разновидностей: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые, условно непучинистые и непучинистые. Так, пылеватые супеси, суглинки и пылеватые глины пластичной консистенции при расположении уровня грунтовых вод в слое сезонного промерзания или ниже нормативной глубины промерзания в супесях не более чем на 0,5 м, а в суглинках и глинах не более 1 м относятся к наиболее морозоопасным сильнопучинистым грунтам.
К среднепучинистым относятся пески пылевые, супеси, суглинки и глины с природной влажностью, превышающей показатель консистенции 0,5, при стоянии уровня грунтовых вод, превышающем нормативную глубину промерзания в пылеватых песках не более чем на 0,6 м, в супесях – не более чем на 1 м, в суглинках – не более чем на 1,5 м и в глинах – не более чем на 2 м, по степени морозной пучинистости.
К группе слабопучинистых грунтов относятся пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины тугопластичной консистенции, а также крупноблочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при стоянии уровня грунтовых вод, превышающем нормативную глубину промерзания: в пылеватых и мелкозернистых песках не более чем на 1 м, в супесях – не более чем на 1,5 м, в суглинках (с числом пластичности меньше 0,12) – не более чем на 2 м, в суглинках (с числом пластичности более 0,12) – не более 2,5 м и в глинах (с числом пластичности меньше 0,28) – не более чем на 3 м.
К практически непучинистым относятся: крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые и все виды глинистых грунтов твердой консистенции с природной влажностью в период промерзания меньшей, чем влажность на границе раскатывания при уровне грунтовых вод ниже нормативной глубины промерзания: в крупнообломочных, пылеватых и мелкозернистых песках более чем на 1 м, в супесях — более чем на 1,5 м, в суглинках (с числом пластичности меньше 0,12) – более чем на 2 м, в суглинках (с числом пластичности более 0,12) на 2,5 м и в глинах с числом пластичности меньше 0,28 – более чем на 3 м. Эта классификация грунтов по степени морозной пучинистости включена встандарт для проверки устойчивости фундаментов на действие сил морозного пученния грунтов оснований.
При определении степени морозной пучинистости грунтов следует в основном ориентироваться на их природную влажность и положение уровня стояния грунтовой воды на период, соответствующий началу промерзания грунта.
Скальные, крупнообломочные грунты, содержащие менее 30 % по массе частиц диаметром < 0,1 мм, пески гравелистые крупные и средней крупности независимо от их природной влажности и уровня залегания грунтовой воды относятся к непучинистым грунтам.
Оценка факторов влияющих на процесс морозного пучения грунтов
Процесс морозного пучения грунтов определяется рядом климатических, геологических и техногенных факторов, которые необходимо учитывать при проектировании и строительстве зданий. Во-первых, на степень пучения оказывают влияние поземные воды, в частности водонасыщенность грунта и уровень капиллярного поднятия вод.
Во-вторых, глубина и скорость промерзания грунтов, зависящих от значений отрицательной температуры наружного воздуха, от величины снегового покрова, теплоизоляции грунта, наличия покрытий, солнечной радиации, от смен холодной погоды на оттепели.
Подземные воды не всегда имеют стабильный уровень стояния. Например, в аллювиальных отложениях речных долин уровень стояния подземной воды зависит от колебания уреза воды в реке. Весенний подъем уреза воды в реке не составляет большой угрозы для фундаментов, так как уровень подземной воды понижается со спадом воды в реке.
Если грунты перед промерзанием оказываются водонасыщенными, это может привести к значительному пучению. Находясь близко к слою промерзающего грунта, верховодка и подземная вода по капиллярам увлажняют промерзающий грунт, создавая при этом наиболее благоприятные условия для миграции влаги к фронту промерзания и образования в грунте избыточного накопления льда в виде прослоек и линз.
За толщину слоя капиллярного поднятия воды принимается расстояние от уровня подземной воды до горизонта, где влажность глинистого грунта не превышает влажности на границе раскатывания. Толщину слоя капиллярного поднятия называют морозоопасной «каймой» над уровнем подземной воды. Эта кайма зависит от состава и сложения грунта в природных условиях, и толщина ее колеблется в пределах от 0,3 до 3,5 м в зависимости от степени дисперсности грунта.
Капиллярное поднятие воды в грунтах происходит под действием поверхностной энергии минеральных частиц грунта и, следовательно, зависит от их удельной поверхности. Например, в песках круглых и средней крупности удельная поверхность частиц сравнительно небольшая, поэтому в этих песках почти не наблюдается капиллярного поднятия воды и вследствие этого отсутствуют деформации морозного пучения (они относятся к непучинистым грунтам).
Пески мелкие и пылеватые имеют большую дисперсность по сравнению с песком крупным, и вследствие взаимодействия удельной поверхности минеральных частиц с водой капиллярное поднятие в природных условиях наблюдается на высоту от 0,3 до 0,5 м. В супесях высота капиллярного поднятия достигает от 0,5 до 1 м, в суглинах – до 1,5 и глинах – до 3 м.
На основании визуальных наблюдений за высотой капиллярного поднятия над уровнем грунтовых вод по разрезам и по данным распределения природной влажности грунта в этой зоне установлены зависимости его высоты от физических характеристик пучинистых грунтов. При наличии этих характеристик можно рассчитать высоту капиллярного поднятия, которая и служит основным показателем в классификации степени пучинистости грунтов.
Изменение стояния уровня грунтовых вод рекомендуется прогнозировать с зависимости от гидрогеологических условий строительной площадки, особенностей возводимых зданий и сооружений, способов производства строительных работ по нулевому циклу и условий эксплуатации.
Положение зоны капиллярного поднятия воды в грунтах находится в зависимости от сезонных и многолетних колебаний стояния уровня грунтовых вод, поэтому возможность изменения природной влажности грунтов в слое сезонного промерзания следует определять по материалам гидрогеологических изысканий и прогнозов, выполняемых на основе специальных расчетов.
Локально водонасыщаемые промышленными водами грунты при промерзании неравномерно вспучиваются, что вызывает серьезные повреждения зданий и сооружений. При проектировании фундаментов и сооружений с мокрым технологическим процессом следует предусматривать мероприятия, исключающие или уменьшающие последствия водонасыщения грунтов.
Глубина и скорость промерзания грунтов являются важными факторами в процессе их морозного пучения, зависят от вида грунтов и их природной влажности, значений отрицательной температуры наружного воздуха и продолжительности холодного периода года.
Наблюдениями за глубиной промерзания грунтов установлено, что влажные глины и суглинки промерзают примерно на 20 % меньше, чем супеси, пески мелкие и пылеватые, а пески крупные и крупнообломочные грунты промерзают еще больше, чем супеси и пылеватые пески.
Глубина промерзания грунтов в пределах Москвы и области колеблется в пределах – от 1,2 до 1,5 м. Глубина промерзания зависит также от снегового покрова, теплоизоляции грунта, наличия покрытий.
Величина глубины промерзания грунтов оказывает большое влияние на вспучивание дневной поверхности грунта. Например, в Московской области вспучается на 15 см при глубине промерзания на 1,5 м.
Значения морозного пучения грунтов зависят от скорости промерзания, а скорость, в свою очередь, зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха. Экспериментально установлено, что чем меньше скорость промерзания, тем больше величина пучения и, наоборот, при больших скоростях промерзания величина вспучивания грунта меньше. На величину вспучивания оказывает влияние коэффициент фильтрации глинистого грунта, которой обусловливает подток количества влаги к фронту промерзания. В образцах, замерзающих при большой скорости промерзания, визуально не наблюдается образования ледяных включений в виде прослоек и линз, следовательно, грунт незначительно ухудшает свои физические свойства при оттаивании.
При малой скорости промерзания грунта происходит формирование льдистой текстуры, сопровождающееся повышенным накоплением ледяных включений в нем за счет миграции воды из нижележащих слоев талого грунта. Такие грунты при оттаивании резко ухудшают свои физические свойства. Иногда грунты, имеющие твердую или пластичную консистенцию до промерзания, превращаются в текучее состояние после промерзания и оттаивания.
Наибольшее количество льда в грунтах природного сложения скапливается при промерзании грунта на глубину до 1-1,2 м, т. е. там, где больше сказывается колебание отрицательной температуры наружного воздуха, например, при смене холодной погоды на оттепели.