Строительные и отделочные материалы, товары для дома
Определение пучинистости
Пучинистоть — это свойство грунта изменяться в объеме из-за замерзания и размораживания содержащейся в нём воды.
При замерзании воды объем почвы увеличивается, так как это может произойти только за счет «выпучивания» почвы вверх (больше ей расширяться некуда, снизу и сбоку действуют силы сопротивления),
то под пучинистостью почти всегда понимают сезонные подъёмы и опускания грунта. Также можно встретить такое определение пучинистости как «морозная пучинистость», это синонимы.
В чём опасность пучинистых грунтов?
Поднимаясь, замёрзший грунт оказывает неравномерное давление на фундамент, буквально выталкивая его из-земли. Именно неравномерное выдавливание (где-то почву «пучит» сильнее, где-то слабее) приводит к перекосу и разрушению фундамента.
Разрушение фундамента забора из-за воздействия сил морозного пучения.
Трещина в кирпичной стене в результате подъёма почвы от морозного пучения.
Трещина в ленточном фундаменте дома, образовавшаяся от вспучивания грунта зимой.
Мнение эксперта
Важно понимать, что вертикально-направленное пучение — это следствие расширения грунта во всех направлениях, ведь замерзшая вода расширяется во всех направлениях, а не только вверх.
Таким образом видимое нами выпучивание вверх происходит только потому, что почве при морозах просто некуда расширяться вниз и в стороны.
Что это значит для строителя? То, что надо помнить: почва давит на фундамент не только снизу вверх, но и в горизонтальном направлении.
Например, если обустроить яму для скважины и укрепить её стены досками (это пример, понятно, что вряд ли кто в трезвом уме будет так делать),
то силы пучения не выдавят доски на поверхность, а переломают их внутри ямы. В случае фундамента — это те повреждения, которые чаще всего невозможно увидеть!
Вы не сможете заглянуть под землю, чтобы проверить состояние фундамента, его потребуется шурфить, а это трудоёмкий процесс.
Ваш браузер не поддерживает видео тег.
На видео показаны: горизонтальное и вертикальное действие сил пучения грунта
Далее рассмотрим виды пучинистости, разберёмся как её определить и как (а главное, какой ценой) эту проблему можно решить.
Степень пучинистости грунта по ГОСТ
Землю «пучит» из-за воды, меняющей своё агрегатное состояние с жидкого на твёрдое. Поэтому в первую очередь надо понимать, что пучинистый грунт — это тот грунт, который задерживает в себе воду,
иными словами, обладает низкими фильтрационными свойствами. Камни, песок, насыпные (хрящеватые) почвы воду не задерживают,
она спокойно протекает через них. Глина, пылеватые песчаные почвы, смесь глины и песка (суспесь, суглинок) — удерживают воду хорошо,
поэтому подвержены сильному расширению при образовании льда.
Запомним, что пучинистость связана со способностью почвой задерживать влагу. Именно эта способность и определяет классификацию по степени пучинистости грунтов.
Cтепени пучинистости
В этой таблице под степенью пучинистости надо понимать объёмную деформацию грунта. То есть за сезон среднепучинистый грунт может изменять свой объём на 3.5 — 7 процентов.
Естественно, на пучинистость влияет не только состав почвы, но и высота грунтовых вод. Прошу взглянуть на следующую таблицу.
Определение пучинистости грунтов для разной глубины грунтовых вод
Понимать таблицу следует так. Если у Вас на участке суглинок, а грунтовые воды находятся менее чем в метре от глубины промерзания, то почву относят к сильнопучинистой,
а если от глубины промерзания до грунтовых вод более чем 2.5 метра, то к непучинистой. Если же у Вас песчаный грунт, а как мы видим по таблице пучинистость песка очень мала, то даже при очень
высоком расположении грунтовых вод (менее полуметра) можно будет говорить о том, что у Вас слабопучинистый грунт.
В наше время есть способы справиться с любой пучинистостью, но какой-то универсальной (и в тоже время доступной по деньгам) технологии нет. Поэтому тип почвы на Вашем участке узнать надо обязательно.
Как определить тип грунта на Вашем участке
Каменистая земля, визуально можно определить, что это точно непучинистый грунт.
Способ 2. Осмотр рядом стоящих построек.
Ситуация, когда строительство ведется в местах, где рядом ещё ничего не построено, встречается довольно редко. Собираетесь строить дом — первым делом посмотрите, какие технологии строительства и стройматериалы использовались в соседних постройках. Поговорите с соседями, узнайте, что тут за земля и не было ли с ней каких-то проблем. Соседи, конечно, не выдадут результаты геогидрологической экспертизы, но подскажут Вам уже готовые технологии строительства, проверенные годами в Вашей местности. В конце концов, это именно то, что Вам нужно.
Способ 3. Шурф грунтового основания.
Шурф — это просто глубокая яма для исследования грунта. Технология исследования грунта следующая:
Вода стоит и не уходит в почву в траншее фундамента и шурфе грунта — это явный признак проблемных, пучинистых грунтов.
источник фото с шурфом: sground.ru
Способ 4. Обратитесь к профессионалам за лабораторным определением степени пучинистости
Здесь есть важный нюанс. Если Вы строите не своими руками, а заказываете работы у подрядчика — желательно всё организовать так, чтобы и лабораторное определение степени пучинистости грунта,
и собственно постройку производила одна команда. В этом случае, при возникновении проблем, строители не смогут переложить ответственность на других или на Вас. Убедитесь, что Ваша строительная бригада — профессионалы, имеющие необходимый опыт, инжереное образование и нужные знания о грунтах и нюансах работы с ними — будьте бдительны.
Профессиональные строители уже идут к Вам 😉
Как убрать пучинистость грунта?
Если предполагается вести строительство на пучинистом грунте, можно применить одну из следующих технологий:
Ниже рассмотрим эти технологии подробнее, но сначала важно отметить, что универсальными советами для нивелирования эффектов пучинистости будут:
Габаритный (широкий) и тяжёлый фундаменты нивелируют действие сил пучинистости. На видео показано — чем фундамент больше и тяжелее фундамент тем лучше, тем сильнее фундамент будет сопротивляться пучению почвы.
Заливка отмостки бетоном, на фото видно армирование отмостки и приёмные трубы ливневой канализации.
Переходим (наконец-то) к технологиям устранения пучинистости.
Способ 1. Дренаж
Схема устройства дренажной системы. На схеме:
Гидроизоляция битумной мастикой подземной части фундамента дома.
Фото стены ленточного фундамента глубокого залегания с выполненной гидроизоляцией.
Гидроизолирование стены фундамента битумной мастикой. Важно работать в перчатках потому, что битум трудно отмывается с рук.
Дренажная труба с геофильтром
Примечание
Воду из дренажного колодца хорошо использовать для полива — она проходит фильтрацию почвой, а также всегда теплее воды из скважины.
Дренажная система отлично справляется с атмосферной влагой, но при подъёме грунтовых вод она может быстро заполниться водой, включая дренажный колодец, после чего вся система перестанет работать. То есть главным недостатком дренажа является то, что он не может справиться с грунтовыми водами. Здесь может помочь использование в колодце дренажных насосов.
Способ 2. Замена грунта. Как правильно полностью убрать пучинистый грунт?
Коротко суть способа можно представить так: пучинистый грунт убираем, непучинистый засыпаем. Условно можно сказать, что данная технология — это обустройство дренажа под всей плоскостью дома. Технология замены грунта для устранения морозной пучинистости следующая:
Копка котлована с применением экскаватора для проведения замены грунта.
Бульдозер ровняет дно котлована перед засыпкой щебня при замене грунта.
Замена грунта. Вместо убраной пучинистой почвы на глубину ниже промерзания засыпается щебень.
Засыпка непучинистого грунта (гравия) в котлован. Производится полная замена грунта.
Какой фундамент подойдёт при замене грунта?
Виды фундаментов подходящие при замене грунта — свайный с ростверком (на иллюстрации показаны забивные сваи, но буронабивные или винтовые также подходят),
плавающий монолитный плитный (также подходит утеплённая плита по шведской технологии — УШП), монолитный ленточный фундамент.
Лучше всего при замене грунта подойдут следующие виды фундамента:
Монолитная железобетонная плита хорошо распределяет нагрузку от морозного пучения
Способ 3. Термическое усиление грунта
На практике этот способ применяется редко ввиду его высокой стоимости. Термоусиление используется чаще всего от безысходности. Различают два вида термоусиления:
Способ 4. Химическое усиление грунта
Различают следующие способы химического укрепления грунта.
Какие виды фундаментов надо использовать при строительстве на пучинистых грунтах?
На видео показано поведение разных типов свай при пучении почвы и необходимость заглубления ниже уровня промерзания для строительства на сложных грунтах.
Какие фундаменты не подходят при морозной пучинистости?
https://www.youtube-nocookie.com/embed/6mJaohBVGHM
Видео от блога wayhome.tv, где подробно рассмотрен вопрос пучинистости.
https://www.youtube-nocookie.com/embed/FsEh4PEEWUw
Вторая часть видео — глубина заложения фундамента на пучинистых грунтах.
https://www.youtube-nocookie.com/embed/sX7h8VE_WN4
Третья часть видео — утеплённая отмостка.
https://www.youtube-nocookie.com/embed/UwMhYZjbRro
Четвёртая часть — нужен ли дренаж для мелкозаглублённого фундамента.
Коротко о главном
Обзорная статья о морозном пучении грунтов
Оглавление
Пучинистый грунт: Дисперсный грунт (то есть состоящий из отдельных мелких частиц), который при переходе из талого состояния в мерзлое увеличивается в объеме вследствие образования льда (ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация).
Температура начала замерзания для разных грунтов различна, и обычно находится в пределах от 0 до -1,5 °C, а у засоленных грунтов она значительно ниже – до минус 21 °C
Процесс промерзании зимой таких грунтов сопровождается вертикальным подъемом поверхности грунта относительно ее положения летом, причем поднятие поверхности часто происходит неравномерно. Это сопровождается развитием сил морозного пучения, действующих на фундаменты зданий и сооружений. После оттаивания весной такие грунты постепенно уменьшаются в объеме и поверхность грунта возвращается в прежнее положение (оседание).
Бывают и более серьезные явления, связанные с морозным пучением, такие как например бугры пучения, достигающие огромных размеров. Но они чаще всего характерны для районов распространения многолетней мерзлоты и для болот северных широт.
Для различных грунтов деформации пучения не одинаковы и зависят от степени его влажности перед замерзанием, уровня грунтовых вод, количества и размера пылеватых частиц в составе грунта, глубины промерзания. Максимальный общий подъем поверхности достигается к концу зимы (в этот период глубина промерзания максимальна) и может составлять до 40 см (!), а в некоторых случаях и более.
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.
При этом «непучинистый» грунт все равно, как правило, будет увеличиваться в объеме, но на незначительную величину – менее 1%.
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:
Если у Вас такие грунты основания, то можно смело забыть о морозном пучении
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).
Как отличить по визуальным и косвенным признакам супесь от песка и глины и вообще определить тип грунта см. в отдельной статье.
Физика процесса
Почему песок не увеличивается в объеме даже в водонасыщенном состоянии? Почему разные грунты имеют разный показатель пучинистости?
Суть процесса морозного пучения достаточно сложна и многообразна. Многим известно, что при замерзании определенного объема воды получается лед, занимающий больший объем и имеющий меньшую плотность (917 кг/м3). Увеличение объема при этом составляет примерно 9 %. Но морозное пучение грунтов связано не только с этим свойством воды.
Песчаные грунты с достаточно крупными частицами не позволяют влаге мигрировать при промерзании из-за отсутствия узких капилляров и малой поверхности смачивания, а наоборот создают условия для «отжатия» влаги в сторону еще не промерзших слоев, поэтому увеличение объема при промерзании в них практически отсутствует даже при полном водонасыщении. Очень мелкие частицы размером менее 0,005 мм так же затрудняют процесс миграции влаги и снижают пучинистость
Таким образом влияние оказывает не только первоначальная влажность и гранулометрический состав грунта, но и его пористость, способность пропускать капиллярную воду, количество связанной воды, химический состав и ряд других факторов.
Детально физика процесса рассмотрена в отдельной статье.
Глубина и скорость промерзания грунта
Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость промерзания.
Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации, от смен холодной погоды на оттепели.
В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и может в зависимости от региона и условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м.
Подробно вопросы влияния глубины и скорости промерзания на основания и фундаменты и методы расчета этих параметров приведены в отдельной статье.
Чем опасно морозное пучение грунтов
Сложность процесса пучения и неоднородность грунтов основания вызывают неравномерный подъем поверхности при промерзании. Воздействие морозного пучения на фундаменты как правило вызывает очень серьезные негативные последствия:
Трещина в фундаменте под воздействием морозного пучения (весна). Выпучило трубу ограды, фундамент поднят на 7-9 см над землей, после оттаивания летом — не опускается
В малозаглубленных и поверхностных фундаментах, подверженных лобовым силам морозного пучения возникают:
— недопустимые крены и изгибающие усилия в ленточных и плитных фундаментах, вызывающие их повреждение, крены элементов надземной части здания, растрескивание стен (для стен из жестких каменных материалов) и др.;
— разность вертикальных деформаций и недопустимые крены для отдельных столбчатых фундаментов, вызывающие повреждение надземной части здания, изменение геометрии дверных и оконных проемов и др.;
Трещина в ленточном фундаменте от воздействий морозного пучения
В свайных и ленточных/столбчатых фундаментах с глубиной заложения больше глубины промерзания возникают:
— подъем свайных фундаментов вместе с поверхностью грунта под воздействием касательных сил морозного пучения. Это явление имеет склонность накапливаться, т.к. фундаменты после оттаивания грунта опускаются в исходное положение не полностью, или вообще не опускаются, а в следующий зимний сезон все снова повторяется.
— возникают очень большие растягивающие усилия между выпучиваемой частью фундамента и нижней частью, находящейся в непромерзающих слоях и удерживающей конструкцию от выпучивания (может привести к разрыву конструкции).
Опасность морозного пучения заключена в неравномерности поднятия поверхности грунта и в накоплении эффекта выпучивания (для заглубленных фундаментов) с каждым годом. При морозном пучении возникают огромные усилия, сдержать которые или очень сложно, или невозможно
Рис. Накопительный эффект от выпучивания стойки
В этом видеоролике интересный пример воздействия морозного пучения на деревянный дом:
https://youtube.com/watch?v=76bPJXbIfsQ%3Ffeature%3Doembed
Основные меры в борьбе с пучением
Первое что требуется в деле борьбы с морозным пучением — правильный выбор глубины заложения фундаментов для исключения воздействия лобовых сил морозного пучения, т.к. эти силы имеют огромные значения и бороться с ними очень тяжело. Для этого необходимо чтобы подошва фундамента находилась ниже глубины промерзания.
Иногда в малоэтажном строительстве имеет смысл делать незаглубленные или малозаглубленные фундаменты, заранее полагая что они будут подвержены пучению, и рассчитывать их на восприятие соответствующих усилий. Этот подход неоднозначный и применим далеко не всегда. Отдельно читайте о малозаглубленных фундаментах в статье.
После исключения лобовых сил, необходимо справиться с оставшимися касательными силами пучения. Мероприятия по борьбе с касательными силами пучения в основном сводятся к следующему списку:
Вспомогательные меры для увеличения эффективности решений:
— Исключение переувлажнения грунтов за счет применения поверхностного стока и дренажных систем;
— Исключение или уменьшение глубины промерзания грунтов за счет утепления поверхности;
— Введение в грунт веществ, снижающих температуру замерзания грунта (засаливание, пропитка нефтепродуктами) – наносит урон экологии поэтому редко применяется.
Конкретные меры по борьбе с морозным пучением для разных типов фундаментов детально рассматриваются в отдельной статье.
Заключение
В заключение отметим что:
Подводя итоги можно утверждать, что все грунты следует потенциально считать пучинистыми за исключением нескольких случаев:
1) в основании сооружения залегают пески крупные или средней крупности, щебенистые или крупнообломочные грунты с заполнителем до 10% по массе.
2) в основании сооружения залегают скальные грунты.
3) Грунты находятся в сухом состоянии и нет опасности их замачивания (грунтовые воды отсутствуют или находятся на большой глубине (на 3,5 м и более ниже глубины промерзания при максимально высоком уровне грунтовой воды), есть все условия для стока поверхностных вод и эти условия не изменятся в будущем, поблизости нет водонесущих коммуникаций и они никогда не появятся.
Пункт 3 в большинстве случав следует подвергать сомнению в долгосрочной перспективе, т.к. нельзя сказать наверняка что будет через 5, 10 или 20 лет.
Таким образом если грунт не является гарантированно непучинистым, то следует всегда предусматривать мероприятия по предотвращению воздействия на фундамент морозного пучения
Связанные статьи
Описание основных мер защиты от пучения
Морозное пучение один из наиболее опасных и непредсказуемых факторов воздействия на фундамент. Действие морозного пучения грунтов и выпучивание фундаментов ухудшает условия эксплуатации и укорачивает сроки службы зданий и сооружений, вызывает их повреждения и деформации. Это приводит к большим затратам на ремонт повреждений и неудобствам в эксплуатации (перекошенные и заклинивающие двери и ворота, лопнувшие стекла в окнах, трещины в стенах и фундаментах, разрушение крылец и др.).
Если грунты в основании сооружения пучинистые, а мероприятия по предотвращению воздействия морозного пучения на фундамент не были предусмотрены или были выбраны неверно, то сооружение обречено на постепенное снижение своих эксплуатационных характеристик, вплоть до разрушения. Бороться с морозным пучением, которое уже воздействует на фундаменты очень сложно.
Сваи под опору ЛЭП, изначально погруженные до одинаковых отметок с годами оказались неравномерно выпучены
В этой статье будут рассмотрены основные меры по предотвращению воздействия на фундамент морозного пучения, без погружения в расчеты.
О расчетах фундаментов на воздействие пучения будет написана отдельная статья.
Основные направления по предотвращению воздействия пучения на фундаменты
Явление морозного пучения имеет место при единовременном наличии нескольких условий – грунт должен быть пучинистым, должна быть отрицательная температура и определенная влажность грунта. Если одно из этих условий отсутствует, то пучения не будет. Исходя из этого основные методы воздействия на грунт основания делятся на:
Это направление применяется, когда гарантированно устранить пучинистость грунта не представляется возможным или слишком дорого. Тогда специальными мерами добиваются такого состояния: грунт возле фундамента при промерзании вспучивается, но это не оказывает влияния на фундаменты. К таким мерам относят:
Схема воздействия лобовых сил морозного пучения. Слева с изгибом мерзлого грунта, справа с изломом (быстрое замораживание)
При применении любых конструктивных методов следует учитывать что если всё сделано верно то подъем поверхности грнута за счет пучения все равно будет как и раньше, просто фундаменты при этом не будут смещены. Поэтому необходимо оставлять зазоры до ростверков, стен и др. чтобы при подъеме поверхности грунта она не достигала их и не оказывала негативного воздействия.
Касательно выбора глубины заложения фундаментов для исключения воздействия лобовых сил морозного пучения читайте эту статью.
Далее рассмотрим более подробно отдельные методы борьбы с пучением:
Методы устранения пучинистых свойств грунта
Засыпка пазух с заменой грунта на непучинистый
Для свай пазуха образуется выполнением лидерной скважины большого диаметра на глубину сезонного промерзания грунта. Стойки в грунте устанавливаются в сверленые котлованы большого диаметра с последующей засыпкой пазух песком или песчано-гравийной смесью (ПГС).
— Засаливание грунта. Временная мера, например на период строительтсва. Выполняется технической поваренной солью или хлористым калием. Расход около 30 кг на 1 м3 грунта. Вводится перемешиванием с грунтом обратной засыпки слоями около 10 см. Засоляется грунт с глубины 0,5 м до глубины 1,0 м. Засаливание может негативно сказаться на долговечности материала фундамента.(п. 5.1 Руководства)
— Обработка грунта нефтяным раствором. Выполняется для слоя грунта толщиной 5-10 см. на контакте с фундаментом. Состав раствора – диз. топливо 54%, высокоокисленный битум – 20%, окись кальция 20%, НЧК (алкиларилсульфонат) – 4% и вода 2% по массе. (п. 5.2 Руководства)
Обработка грунта выполняется перемешиванием его с нефтяным раствором в количестве 5-10% раствора от веса сухого грунта. Контактный слой устраивается при обратной засыпке пазух котлована. (необходимо соблюдать экологические нормы).
Исследованы так же варианты введения криотропных полимерных добавок в грунт – полимерные гели с верхней критической температурой растворения (описано в научной статье). Результаты получили замечательные, правда о сути материала и способе его введения информации почти нет.
Методы уменьшения влажности грунта в зоне промерзания
Основная причина пучения грунта – наличие в нем воды, переходящей в лед при промерзании, поэтому осушение грунтов с удалением из них воды являются наиболее эффективными.
Сюда входят следующие меры:
Инженерно-мелиоративные меры (дренаж и водопонижение, отвод поверхностных вод) являются коренными если они обеспечивают осушение грунтов в зоне сезонного промерзания и на глубину 2-3 метра ниже нее. Однако очень часто обеспечить такое снижение уровня грунтовых вод не представляется возможным или слишком дорого, тогда эти меры применяются в сочетании с другими для уменьшения деформации грунта при промерзании.
Методы уменьшения глубины промерзания грунта
Сюда следует отнести следующие теплоизоляционные мероприятия:
— Временное утепление поверхности грунта природными материалами (торф, снег, опилки, солома) на период строительства, или постоянное утепление материалами типа пенополистирол, керамзит, шлак и др направлено на уменьшение глубины промерзания грунта или его исключение. Наиболее эффективно при утеплении грунта вблизи фундаментов отапливаемых зданий с подвалом или полами по грунту – утеплитель укладывается под отмостку и смещает зону промерзания грунта наружу от фундаментов, обеспечивая их защиту.
Схема распределения температур в грунте. Справа градиент температур при наличии утеплителя под отмосткой, слева — без утеплителя
Предпочтение следует отдавать материалам, не теряющих своих свойств при воздействии влаги, т.к. в осенний период перед замерзанием зачастую происходит водонасыщение утепляющего слоя. Наиболее эффективным является экструдированный пенополистирол. Возможно так же применение для отмостки керамзитобетона, полистиролбетона и др. с защитой поверхности от разрушения.
Источник — Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах НИИОСП им. Н.М. Герсеванова 1979 г.
Применение покрытий боковой поверхности фундаментов
Эти методы применяются, когда гарантированно устранить пучинистость грунта не представляется возможным или слишком дорого.
Боковая поверхность сваи или фундамента в зоне промерзания для уменьшения касательных сил пучения должна быть гладкой настолько, насколько это возможно. Наличие выступов и шероховатостей резко увеличат касательные силы морозного пучения.
Для дальнейшего уменьшения сил смерзания грунта с фундаментом применяют лакокрасочные, обмазочные, или ленточно-листовые покрытия.
По имеющимся экспериментальным данным большинство лакокрасочных покрытий на бетонной или стальной поверхности значительно снижает силы смерзания с грунтом, какие-то сильнее, какие-то меньше. Есть шероховатые ЛКП которые увеличивают силы смерзания грунта с поверхностью конструкции (например «Цинотан» и «Ферротан» дают сильно шероховатые поверхности). Однако большинство покрытий не обладает достаточной долговечностью при применении именно для снижения касательных сил морозного пучения. Происходит это не только из-за воздействия атмосферных осадков и агрессивности грунта и грунтовых вод, но и из-за механического повреждения поверхности при смещении промерзающего грунта относительно фундамента. К этому в последствии добавляется расклинивающее действие кристаллов льда, проникающих в дефекты покрытия и ускоряющих его разрушение.
По покрытию поверхностей фундамента битумными мастиками см. рекомендации в п. 5.3 Руководства
Сейчас некоторые производители ЛКП заказывают испытания на снижение касательных сил пучения и указывают полученные данные в паспортах – можно попробовать поискать информацию.
«Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических эмалей» НИИОСП имени Н.М. Герсеванова 1980 г рекомендуют применение покрытий боковой поверхности фундамента пластичной смазкой или кремнийорганической эмалью, или и тем и тем вместе.
Смазки уменьшают удельные касательные силы выпучивания на 50-60%, эмали — на 25-40%. Смазки предлагают применять типа БАМ-3 или БАМ-4, защищаемые полимерными пленками, и кремнийогранические эмали КО-11112 или КО-174.
Подробное описание методов, технологий, выбор материалов, описание эффективности методов смотрите в самих рекомендациях.
Из своего опыта могу сказать, что метод со смазками хоть и дает хорошие результаты, и это подтверждено экспериментально, но на практике практически не применяется из-за сложно технологии, требующей аккуратности и ответственности, которой у застройщика как правило нет. А вот эмали КО применяю часто, они очень удобны в работе и достаточно эффективны.
Разработаны так же термоусаживаемые оболочки из сшитого полиэтилена. Оболочка прошла всестороннее испытания на морозное пучение, сваи с такой оболочкой даже испытывали в полевых условиях. Рекомендованы к применению при строительстве объектов ПАО «Газпром». Согласно данным испытаний снижают касательные силы морозного пучения на 58% (коэффициент кτfh по СП 25.13330.2012 равен 0,42).
В целом можно уверенно говорить, что даже покрытие боковых поверхностей фундаментов битумной мастикой снижает силы смерзания с грунтом, однако нет данных о том насколько именно снижает и насколько долговечна такая мера.
Применение фундаментов с уширением в нижней части и удлиненных свай
Очень эффективная мера по предотвращению выпучивания фундаментов – это устройство уширения фундамента в нижней части.
К фундаментам с уширением относятся: грибовидные фундаменты, винтовые сваи, сваи с камуфлетной пятой и сваи РИТ (разрядно-импульсная технология), фундаменты ТИСЭ, столбчатые фундаменты с развитой подошвой и др.
Фундаменты по технологии ТИСЭ с уширением в нижней части
Верхняя поверхность уширения должна находиться ниже максимальной расчетной глубины промерзания, тогда несущая способность фундамента при расчете на морозное пучение резко увеличивается. Кроме того, необходимо стремиться к уменьшения поперечного сечения (если быть точнее – площади поверхности) фундамента в верхней части – в пределах глубины промерзания.
Схема: к расчету анкерного фундамента на морозное пучение
Как видно из расчетной схемы при наличии уширения в нижней части фундамента оно работает как анкерная плита, не давая выдернуть фундамент из земли, а в самом фундаменте возникают большие растягивающие усилия. Чтобы снизить негативные эффекты полезно дополнять решения обработкой боковых поверхностей фундамента в зоне промерзания покрытиями, снижающими силы смерзания с грунтом.
Так же для свайных фундаментов возможен вариант удлинения из расчета на морозное пучение – длину увеличивают только для восприятия касательных сил морозного выпучивания, несмотря на то что для восприятия нагрузок от самого сооружения достаточно и меньшей длины сваи. Этот метод как правило экономически не обоснован и может применяться только как часть комплекса мер.
Применение обратного уклона боковых граней в зоне промерзания, особой формы свай и конструкций типа «труба в трубе»
Согласно экспериментальным данным обратный уклон боковых граней фундамента под углом в 1,5° к вертикали в пределах глубины промерзания грунта снижает касательные силы морозного пучения почти в 2 раза. Обусловлено это тем что поверхность смерзания начинает работать не только на сдвиг, а в значительной степени и на отрыв, а на отрыв прочность смерзания меньше, при этом снижается так же механическое трение. Теоретическое расчетное обоснование такого мероприятия в борьбе с пучением приведено в статье – тут речь идет о двуконусных сваях, кстати очень интересный вариант решения для свай, работающих только на сжатие.
Особые формы фундаментов: двуконусные сваи упоминались чуть выше по тексту, применяют так жесваи открытого сечения, такие как крестовые и двутвровые сечения, однако применение их не совсем стандартное – крестовые сваи применяют в районах распространения вечной мерзлоты т.к. из-за их малого поперечного сечения они могут быть погружены в мерзлый грунт забивкой без лидерной скважины. При этом погружают их так чтобы верх сваи оказался ниже глубины промерзания (лидер большого сечения на глубину оттаивания) так чтобы морозное пучение на них вообще не действовало. И используют в основном как анкерные сваи для усиления фундаментов, которые уже оказались аварийными из-за выпучивания– цепляют к ним при помощи мощных тяжей усиливаемые сваи чтобы увеличить удерживающую силу. Мера эта правда не всегда работает из-за больших усилий выпучивания – отрываются довольно мощные крепежные детали и элементы.
Схема анкеровки сваи при помощи анкерных свай открытого сечения
Есть разработки многогранных свай с уклоном граней в верхней части и прямолинейные в нижней части. Практического применения пока не встречал, но теоретически конструкция хорошая.
СХЕМА СВАЯ С УКЛОНОМ ГРАНЕЙ
Встречаются так же противопучинные оболочки типа «труба в трубе» — на глубину промерзания устанавливается труба большого сечения и из нее извлекается грунт. Далее на проектную глубину погружается основная свая, а зазор между ней и внешней сваей заполняется непучинистым материалом. Таким образом пучение воздействует только на внешнюю трубу.
Из мер по снижению касательных сил выпучивания основными (наиболее надежными) являются воздействие на грунт и его характеристики для предотвращения проявления его пучинистых свойств или их полного исключения (замена грунта на непучинистый, снижение влажности грунта, введение противопучинных добавок, недопущение замерзания грунта и др.). Часто полностью гарантированно исключить пучинистые свойства грунта невозможно поэтому такие мероприятия являются частью комплекса мер.
Далее следуют меры по приспособлению фундаментов к воздействию морозного пучения за счет снижения сил смерзания боковых поверхностей фундамента с грунтом (применение покрытий боковых граней фундамента, обратный уклон граней фундамента, уменьшение сечения фундамента в пределах глубины промерзания) или увеличения удерживающих фундамент сил (фундаменты с уширением в нижней части, удлиненные сваи из расчета на пучение).
Любое покрытие боковых поверхностей фундаментов, даже покрытие битумной мастикой снижает силы смерзания с грунтом.
Для достижения наилучшего результата в деле защиты фундаментов от выпучивания следует использовать комплекс мер на основе технико-экономического сравнения вариантов.
