Свойства пучинистых грунтов и их классификация

Страница 1 из 33

Страница 1 из 33

Что такое пучинистые грунты, методы их определения, выбор типа фундамента

Содержание

• Особые свойства пучинистых грунтов
• Распространение пучинистых грунтов на территории России
• Влияние пучинистых грунтов на фундаменты
• Мнение эксперта

Содержание статьи

• 1 Природа явления
• 2 Методы борьбы с пучением
  • 2.1 Назначение глубины заложения
  • 2.2 Дренаж
  • 2.3 Замена грунта
  • 2.4 Утепление
  • 2.5 Гидроизоляция

Морозное пучение грунтов характерно для глинистых оснований. Такое явление доставляет немало неприятностей строителям. При возникновении выпучивания возможны неравномерные деформации фундаментов здания и появление трещин.

Содержание статьи

• 1 Пучинистые и непучинистые основания
• 2 Чем опасно морозное пучение
• 3 Способы борьбы
  • 3.1 Заглубленные фундаменты
  • 3.2 Фундаменты мелкого заложения

Пучинистые грунты доставляют множество проблем строителям. В зимний период они способны сильно увеличиваться в объеме, оказывая повышенное давление на фундаменты здания. Строение при этом неравномерно поднимается из земли, на стенах появляются серьезные трещины. Перед тем как бороться с явлением, необходимо понять, что это такое.

Из данного материала вы узнаете, что такое морозное пучение грунта и какую опасность оно представляет для фундамента. Мы рассмотрим классификацию пучинистости грунтов согласно строительным нормативам и разберемся, какие меры необходимо принимать, чтобы уменьшить негативное воздействие пучения почвы на основание дома.

Виктор, 29 лет, г.Москва
«Здравствуйте! Нуждаюсь в совете квалифицированных специалистов — недавно мне удалось приобрести небольшой земельный участок в Подмосковье, на котором я планирую возвести одноэтажную дачу из сруба. Опыт в практических строительных работах у меня имеется, однако осуществляя проектирование фундамента я зашел в тупик. Новые соседи говорят, что в нашей местности очень сильно проявляется морозное пучение грунта — большинство из них потратило на укрепление фундаментов баснословные деньги, а некоторые дома стоят перекошенные с трещинами. Подскажите пожалуйста, чем грозит морозное пучение легкому дому из сруба и существуют ли какие-либо способы уменьшения воздействия сил пучения на фундамент здания?»

Оглавление:

• Что такое пучение грунта
• Какие виды почвы подвергаются пучению
• Чем пучение почвы опасно для фундамента
• Способы уменьшения влияния пучения грунта на фундамент

Мы решили ответить Виктору полноценной статьей, посвященной проблеме морозного пучения и способами борьбы с ней.

Что такое пучение грунта

Перекошенные дверные коробы, трещины на стенах и щели в оконных коробах — следствие деформационных влияний, оказываемых грунтом на основание дома.

Деформационные нагрузки почвы на основание происходят в результате сезонного промерзания грунта — так называемого морозного пучения.

Рис 1.1: Трещины в цоколе — характерный признак воздействия сил пучения на фундамент дома

Пучение — это изменение объема почвы, происходящее в следствии замерзания грунтовых вод, которыми она пропитана.

Совет эксперта! Расширение объема почвы обуславливается тем, что номинальная плотность воды в жидком состоянии составляет 1000 килограмм на кубометр, тогда как плотность льда — 917 кг/м3.

При наступлении сезонных морозов происходит следующее: согласно законам физики масса жидкости после замерзания остается неизменной, однако ее объем расширяется почти на 9%, в результате это расширения влага оказывает давление на почву — поскольку движение почвы вниз невозможно, из-за высокой плотности нижерасположенных слоев грунта, грунт движется вверх и поднимает фундамент здания.

Рис. 1.2: Почва, увеличившаяся в объеме в результате морозного пучения

Выделяют два характера воздействий морозного пучения на основание дома:

• Вертикальное выталкивающее воздействие — происходит вследствие пучения слоев почвы, расположенных под основанием здания;
• Касательное пучение — это выталкивающее воздействие, которое происходит вследствие пучения грунта, контактирующего с боковыми стенками фундамента.

Пучинистые и непучинистые основания

Сложным вопросом при самостоятельном строительстве становится определение, какие грунты имеются: пучинистые или непучинистые. Согласно ГОСТ 25100-2011 все основания делятся на пять групп по степени морозной пучинистости:

• чрезмерно пучинистые;
• сильнопучинистые;
• среднепучинистые;
• слабопучинистые;
• непучинистые.

Последнюю группу можно назвать условной. Таких типов грунтов, в которых никогда не возникнет сил морозного пучения, практически нет. К категории безопасных оснований относятся только крупнообломочные породы и гранит, залегания которых на поверхности встречаются крайне редко.

Тип почвы не так сильно влияет на вероятность появления сил морозного пучения. Фактором возникновения этого явления является не грунт, а влага и отрицательные температуры. При соблюдении определенных условий, негативные явления могут возникнуть практически на любом участке.

На склонность грунта к появлению пучения влияют такие свойства как:

• капиллярная активность;
• способность к фильтрации.

По этим показателям самыми опасными типами почвы становятся глинистые. Сюда относят глину, суглинок и супесь. Эти почвы плохо фильтруют воду, задерживают ее и не пропускают в более глубокие слои. Жидкость остается в опасной близости от фундаментов.

В тоже время глины отличаются высокой капиллярной активностью. Для сравнения, песчаные виды грунтов способны подтягивать воду примерно на 30 см. Свойство актуально при выпадении осадков или таянии снега. Влага распространяется лишь на 30 см от источника. В этом случае от морозного пучения фундаменты защищает отмостка стандартной метровой ширины. Глина же может подтягивать влагу на расстояние 1,5 м, для защиты от атмосферной влаги потребуется соорудить очень широкую отмостку для предотвращения повреждений.

При высоком уровне грунтовых вод даже условно непучинистые виды грунта (крупные и средние пески) могут привести к проблемам. Опасность возникновения морозного пучения в песках может появляться и при воздействии других факторов (например дом расположен на участке с уклоном, даже небольшим).

Методы борьбы с пучением

Чтобы предотвратить касательные силы морозного пучения, требуется исключить хотя бы один из факторов их возникновения: воду или холод. Важно гарантировать отсутствие явления в уровне подошвы фундамента. Но также пучение может негативно действовать и на конструкцию по высоте (горизонтальное воздействие). Об этом важно не забывать.

Назначение глубины заложения

Самый простой способ избежать пучения грунта в уровне подошвы — опереть фундамент ниже глубины промерзания. Глубина промерзания зависит от климатического района. Для ее определения пользуются СП 131.13330.2012 и СП 22.13330.2011, в которых представлены формулы для расчета в зависимости от климатических особенностей. При самостоятельном строительстве можно пользоваться приближенными значениями. Для этого существуют специальные карты (из старого СНиП «строительная климатология и геофизика», который сейчас не действует) или готовые таблицы, которые рассчитаны для крупных городов по формулам из приведенных выше документов.

Такой способ обеспечивает высокую надежность, но часто приводит к перерасходу средств. Особенно при отсутствии в доме подвала, такая глубина заложения не нужна. Кроме того, метод часто комбинируется с другими.

Важно! Предотвращение морозного пучения должно быть комплексным. Желательно одновременно позаботится и о холоде, и о влаге. Именно поэтому методы борьбы чаще всего одновременно включают в себя грамотное назначение глубины заложения, утепление, качественную гидроизоляцию и устройство дренажа.

Также при назначении глубины заложения фундаментов учитывают уровень грунтовых вод (УГВ). По сведениям из СП 22.13330.2011 можно составить следующую таблицу с требованиями, учитывающую одновременно и тип почвы, и УГВ.

Чтобы выяснить тип почвы на участке и УГВ до начала строительного процесса потребуется провести испытания. Проще всего для этого использовать шурфы или ручное бурение. При этом рассматривают найденную землю, визуально определяют ее тип. При этом стоит пользоваться ГОСТ «Грунты. Классификация», где приведены описания оснований. Бурение для определения УГВ рекомендуется проводить в весенний период в нескольких точках участка, как минимум одна из которых должна располагаться в самом низком месте.

Дренажная система нужна, чтобы убрать лишнюю влагу от пятна застройки. Так удается устранить один из факторов морозного пучения. Дренажные трубы прокладывают на 20—30 см ниже подошвы фундамента. При этом расстояние от конструкции по горизонтали не должно превышать 1м. Для дренажа применяют трубы диаметром от 10 до 20 см. Трубы прокладывают в слое щебня или гравия, обернутого геотекстилем для предотвращения засорения.

Дренаж вокруг фундамента.

При залегании на участке пучинистого грунта с низкой прочностью разумным решением может стать замена грунта на всю высоту фундамента. При этом слабую почву вывозят, а на ее место засыпают песок средней или крупной фракции.

Менее масштабным мероприятием станет обратная засыпка пазух фундамента непучинистым материалом (все тем же песком). Это устраняет вероятность воздействия морозного пучения на боковую поверхность конструкций здания.

Обратную засыпку обязательно выполняют послойно с уплотнением. Толщина одного слоя принимается равной 20 см. Простейший способ уплотнения песка — проливка водой.

Еще один метод борьбы с морозным пучением — утепление фундаментов. Его редко используют как самостоятельное решение, обычно теплоизоляция дополняет гидроизоляцию и дренаж. Утепление фундаментов включает в себя два этапа:

• вертикальная защита наружной части фундамента;
• теплая отмостка.

Теплоизоляция конструкций здания позволяет избежать их разрушения под действием холода. Теплая отмостка увеличивает защищенный контур. Она выносит зону промерзания за пределы стен дома. За счет этого удается устранить опасность для наружных ограждений и фундаментов.

Теплая отмостка включает в себя следующие слои:

• гидроизоляционный материал, уложенный по выровненному основанию;
• подушка из песка или щебня 30 см, уложенная с послойным уплотнением;
• теплоизоляционный материал;
• покрытие отмостки.

В качестве теплоизоляционного материала отмостки используют тот же, что и для всего фундамента. Идеальным вариантом станет экструдированный пенополистирол (его чаще называют пеноплексом). Этот утеплитель отличается хорошими прочностными и теплоизоляционными показателями, влагостоек. Недорогой альтернативой может стать пенопласт, но стоит учитывать, что он нуждается в хорошей гидроизоляции и обладает сравнительно низкой прочностью.

Вертикальная и горизонтальная гидроизоляция фундамента не является явным помощником при борьбе с морозным пучением, но она входит в общий комплекс мероприятий по защите фундаментов от влаги и холода.

В качестве вертикальной изоляции чаще всего используют битумную мастику, рулонные материалы и специальные мембраны. Горизонтальная укладывается по обрезу фундамента (рулонный материал).

Грамотная защита фундамента от морозного пучения — это целый комплекс мероприятий. Перед тем как бороться с явлением, стоит продумать каждый этап работ.

Способы борьбы

Чтобы пучинистые грунты не вызвали проблем при эксплуатации, необходимо бороться с причинами морозного пучения глин и других типов почв еще на этапе строительства фундаментов. Методы борьбы зависят от масштаба проблемы и вида опорной части дома. Чаще всего мероприятия предусматриваются в комплексе.

Заглубленные фундаменты

Каждый строитель знает, что для эффективной борьбы с морозным пучением необходимо закладывать опоры здания ниже глубины промерзания грунта. Эта величина находится по специальным таблицам и картам или рассчитывается по формуле из СП «Основания зданий и сооружений». Но принятия таких мер не всегда бывает достаточно. При глубоком заложении удается избежать воздействий на подошву фундамента, но остаются касательные силы, действующие на его боковую поверхность. Их можно разложить на:

• вертикальные, которые в некоторых случаях способны приподнимать конструкции;
• горизонтальные, изгибающие фундаменты.

Силы морозного пучения в зависимости от глубины заложения.

Методы борьбы зависят от типа строения и фундаментов. Для массивных зданий с опорной частью глубокого заложения можно порекомендовать одно или несколько из следующих мероприятий:

• обмазочная гидроизоляция, которая не только защищает материал фундаментов от намокания, но и ухудшает сцепление грунта с ними (не дает приподнимать конструкции);
• утепление выполняется с той же целью, часто применяется экструдированный пенополистирол, который берет на себя и функцию защиты от влаги;
• дренаж и засыпка пазух крупным или средним песком позволяют увести влагу от здания;
• утепленная отмостка препятствует промерзанию почвы в непосредственной близости от дома, а значит, устраняет один из факторов, необходимых для появления пучения;
• грамотный расчет и исполнение армирования позволит элементам противостоять горизонтальным воздействиям.

Совет! Для пучинистых грунтов не рекомендуется применять бетонную или асфальтную отмостку. Лучше выбрать виды, более устойчивые к деформациям.

Если здание выполнено из легких материалов или имеет всего один этаж, рекомендуется применять фундаменты по технологии ТИСЭ. Такие опорные элементы представляют собой сваи, уширяющиеся к низу. Благодаря увеличению сечения, выдернуть элемент из почвы становится практически невозможно.

Чтобы уберечь такой тип фундамента от горизонтальных воздействий, придется продумать следующие моменты:

• грамотный расчет рабочего армирования сваи;
• жесткое сцепление сваи с ростверком с помощью арматуры;
• расчет ростверка на повышенное давление грунта на боковую поверхность.

Подробнее о ТИСЭ: Фундамент ТИСЭ.

При большой глубине промерзания устройство заглубленного фундамента с утеплением, гидроизоляцией, дренажом и теплой отмосткой экономически не выгодно. Проще будет построить опоры мелкого заложения. Обоснованным заглубление станет только при:

• необходимости устройства подвала или цокольного этажа;
• плохих показателях прочности грунта ближе к поверхности.

Фундаменты мелкого заложения

Такие конструкции имеют несколько преимуществ. Они снижают затраты на строительство фундаментов, уменьшают сроки выполнения работ. Мелко заглубленные фундаменты могут быть использованы при достаточно высоком уровне грунтовых вод (не менее 1,5 м).

Действие утепленной отмостки.

Защитить такие виды опорных элементов здания помогут следующие мероприятия, использованные в комплексе:

1. Утепленная отмостка. Такая конструкция позволит уменьшить глубину промерзания основания. Точная отметка для безопасного заложения подошвы зависит от климата, толщины утеплителя и ширины отмостки. В большинстве случаев можно посоветовать использовать защитную полосу шириной 1м с утеплителем толщиной 5-10 см. Глубина заложения фундамента при этом будет равняться 0,7 — 1 м.
2. Утепление вертикальной части фундамента. Если забыть о теплоизоляции цоколя, фундамент дома станет отличным проводником холода под собственную подошву. Для работ рекомендуется использовать экструдированный пенополистирол (пеноплекс). Он закрепляется на всю высоту опорной части дома: от подошвы до цоколя. Толщина утепления выше отмостки в среднем равняется 100 мм, а ниже можно использовать пеноплекс толщиной 50 мм. Дополнительно материал защищает фундаменты от воздействия влаги, увеличивая их срок службы.
3. Дренаж. Система позволяет устранить второй фактор возникновения морозного пучения: влагу. Чтобы дренаж работал эффективно, необходимо его грамотно расположить. Трубу укладывают рядом с пятном застройки, но не под ним. Дренаж должен находиться ниже промерзания или в том месте, где оно не происходит (в пределах действия утепленной отмостки). Если уложить трубы в промерзающем грунте, их может разорвать зимой. Также потребуется соблюдать рекомендуемые уклоны дренажных труб, которые зависят от диаметра сечения.

Расположение дренажной трубы.

Если нет возможности устройства дренажа (высокая сложность работ, некуда его вывести и т.д.) можно обойтись только отмосткой. В этом случае защитную полосу по периметру здания делают большой ширины. Она должна полностью предотвратить доступ атмосферной влаги к фундаментам. Для глин ширина должна быть больше 1,5 м. Благоустройство вокруг здания делается так, чтобы уклон участка был в направлении от дома.

Метод применим при одновременном соблюдении следующих условий:

• хорошие прочностные характеристики основания под слоем чернозема;
• низкая природная влажность грунта;
• глубокое залегание подземных вод;
• отсутствие на участке уклонов в сторону здания.

При грамотном подборе типа фундамента и своевременном принятии мер по борьбе с морозным пучением можно избежать серьезных проблем при эксплуатации дома. Внимательный подход к вопросу позволит найти эффективный вариант, требующий наименьших трудовых и финансовых затрат.

Чем опасно морозное пучение

Совместное воздействие на грунт влаги и низких температур приводит к увеличению его объема. Для любого здания особую опасность представляют неравномерные деформации, которые характерны для морозного пучения. Это вызвано тем, что грунт под наружными стенами нагревается от здания слабо, а в середине дома температура выше ноля.

Трещина возникшая из-за пучения.

Наружные стены, а особенно углы, способны подниматься относительно начальной отметки на 15 см. При этом деформаций под внутренними стенами не происходит или они малы. Неравномерное поднятие приводит к появлению в стенах наклонных трещин.

Также морозное пучение оказывает негативное воздействие на боковую поверхность фундамента.

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.

Природа явления

Морозное пучение обусловлено особенностями воды. Эта жидкость отличается от всех остальных веществ на нашей планете. В отличие от других при замерзании она не уменьшается в объеме, а увеличивается примерно на 9%.

Если этот процесс происходит вблизи фундамента, то давление на конструкцию существенно возрастает. Это может привести к поднятию определенного участка фундамента по сравнению с остальными.

Для возникновения рассматриваемой неприятности необходимо одновременное воздействие двух факторов: воды и отрицательной температуры. Такое часто встречается при залегании глинистых грунтов, которые отлично удерживают влагу. Также повышена вероятность морозного пучения при высоком уровне грунтовых вод. Если грунт обладает невысокой влажностью, то опасность деформаций невелика. В этом случае почва сильнее всего насыщена водой весной за счет верховодки, но повышение температуры предотвращает вспучивание.

Морозное пучение грунта обычно действует на наружные стены здания. В центре строения почва прогревается за счет тепловых потерь, но по периметру она не защищена от зимнего холода. Именно здесь происходит поднятие фундаментов. Неравномерные деформации — самый опасный вид смещений. Последствием такого явления становится появление трещин по фундаментам и стенам дома.

Последствия морозного пучения.

Согласно СП 22.13330.2011 к пучинистым почвам относятся такие виды грунта как:

• глины, суглинки, супеси;
• мелкие и пылеватые пески;
• крупнообломочные с мелким заполнителем.

Практически не подвержены морозному пучению пористые грунты (крупнообломочные породы без мелкого заполнителя, средний и крупный песок). Во-первых, они хорошо пропускают воду, не задерживают ее в верхних слоях. Замерзание начинается сверху, влага постепенно вытесняется в более глубокие слои, не встречая препятствий на своем пути. Во-вторых, чем больше пор в почве, тем меньше давление при пучении. Расширяясь, вода просто заполняет свободное пространство, не действуя при этом на фундамент. Именно пористые основания станут предпочтительным вариантом оснований при строительстве в средней полосе.

Главными характеристиками, которые влияют на вероятность возникновения морозного пучения при строительстве и эксплуатации здания являются:

• тип грунта и его физические и механические характеристики;
• климатические особенности местности;
• уровень расположения грунтовых вод;
• тип фундамента, форма и размеры подошвы.

Чем пучение почвы опасно для фундамента

Для оснований любого вида — ленточных, плитных и свайных, опасным является не только сам процесс вспучивания почвы, но и последствия ее оттаивания.

При наступлении зимы, когда температура понижается ниже нуля и грунт промерзает на глубину одного-двух метров, почва расширяет и начинает выталкивать фундамент здания. Происходит вертикальная деформация основания. При наступлении оттепели, замершие грунтовые воды оттаивают, почва теряет свою плотность и под давлением массы здания уменьшается до объемов, на несколько процентов меньших ее первоначальных размеров — в результате этого происходит дополнительная усадка фундамента.

Совет эксперта! Наиболее опасным для фундаментов является неравномерное пучение грунта, которое может наблюдаться при разной толщине снежного покрова — чем он толще, тем выше поднимается граница промерзания почвы и тем больший ее пласт подвергается пучению.

Рис. 1.4: Результат морозного пучения грунта

Строительная практика показывает, что конкретный земельный участок может иметь крайне сложную схему промерзания и пучинистого поднятия почвы.

К примеру: грунт вокруг здания, расположенного на среднепучинистой почве, по внешнему периметру постройки может иметь глубину промерзания до полутора метров и при сезонном пучении подниматься до 10 см. вверх, тогда как грунт, расположенный под домом всегда будет более теплым и сухим, и пучению может не подвергаться вообще.

Только так можно решить проблему и не допустить разрушения здания в результате пучения: посмотреть

Неравномерное пучение также может стать следствием оттаиванием снежного покрова на южной стороне здания — почва, пропитанная влагой из оттаявшего снега, при наступлении следующих заморозков будет подвергаться увеличенным силам пучения, в сравнении с силами на северной стороне здания.

Совет эксперта! В результате неравномерного пучения почвы фундамент здания перекашивается, это же происходит и со стенами постройки — в результате перекоса по ним идут трещины, конструкция деформируется, теряет прочность и приходит в аварийное состояние.

Рис. 1.5: Недостроенное здание, пришедшее в аварийное состояние из-за пучения грунта

Самую высокую опасность сезонное пучение представляет для легких домов, возведенных из пенобетона, дерева либо каркасных панелей. Обуславливается это неспособностью компенсации давлением массы здания оказываемых на фундамент выталкивающих нагрузок.

Строение обладающее достаточно большой массой (к примеру, дом из кирпича), будет давить на фундамент, и если давление от тяжести конструкции превысит выталкивающее давление грунта, почва из-за невозможности расширения будет уплотняться и воздействия пучения ослабятся к минимуму.

Наши услуги

Мы предоставляем следующие услуги: забивка свай и лидерное бурение. У нас есть собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и мы готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.

Особые свойства пучинистых грунтов

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.

Мнение эксперта

Если в основании здания залегают грунты с пучинистыми свойствами, следует особенно тщательно подойти к выбору типа фундамента. Очень эффективной после многолетней практики применения зарекомендовала себя конструкция МзЛФ – об устройстве, армировании и расчете которого мы подробно рассказываем в статье«Мелкозаглубленный ленточный фундамент: расчёт глубины, подготовка основания, армирование своими руками и калькулятор расчётов».

Помимо выбора наиболее подходящего типа фундамента при строительстве на пучинистых основаниях, необходимо предусматривать дополнительные мероприятия, направленные на предотвращение замачивания и промерзания: устройство дренажа, утепление отмостки, заполнение пазух уплотненным сыпучим материалом.

Влияние пучинистых грунтов на фундаменты

Морозное пучение вызывает значительное увеличение его объема – величина подъема поверхности может составить  не один десяток сантиметров. При этом возникают усилия, величина которых достигает десятков тонн. Даже если опустить  подошву фундамента ниже глубины сезонного промерзания, это не предотвратит негативное влияние пучинистых сил, так как  они действуют и по боковым поверхностям.

Пучинистость почвы также проявляется в том, что после оттаивания основания при потеплении происходит его осадка, то есть на конструкцию фундаментов периодически воздействуют разнонаправленные силы.

Вес конструкций может компенсировать вспучивание только в случае сооружения здания высотой не менее трех этажей с массивными бетонными или каменными стенами. Для малоэтажной застройки в один-два этажа, тем более из легких конструкций – деревянных каркасных и срубов, из легкобетонных блоков и из кирпича – должен быть подобран и рассчитан специальный фундамент для пучинистого грунта.

Основная опасность отрицательного воздействия пучинистых сил заключается в их неравномерности. Разные части фундаментов здания всегда находятся в неодинаковых условиях. Промерзание происходит только по периметру отапливаемого здания, под фундаментом, на который опираются средние стены, основание не промерзает.

Неравномерность промерзания под зданием

Кроме того, и по периметру ограждающих наружных стен основание промерзает неодинаково – с теневой, северной, стороны больше, с тех сторон, где прогревает солнце, – промерзание меньше. На величину промерзания влияет также толщина снегового покрова, архитектура здания, характер застройки участка.

Все эти факторы вызывают неравномерное воздействие пучинистых сил на разные участки фундаментов и неравномерные деформации в конструкциях, вызывающие самые неблагоприятные последствия – возникновение трещин и других повреждений в ограждающих и несущих конструкциях, которые могут привести к их разрушению.

Фундамент на пучинистых грунтах должен обладать особенностями, способными минимизировать или исключить негативное воздействие этого типа основания.

Какие виды почвы подвергаются пучению

Пучение характерно для большинства видов почвы, особенно данной проблеме подвергаются следующие типы грунта:

• Песчаная почва;
• Суглинок;
• Супесь;
• Глиняный грунт.

Вышеуказанные виды почвы обладают одной общей чертой — в их составе содержатся мельчайшие пыльные частицы. Та же песчаная почва, не содержащая пылеватых частиц (гравелистая либо песок крупных фракций) практически не подвергается воздействиям сезонного пучения.

Совет эксперта! Наличие пылеватых частиц в грунте способствует тому, что почва приобретает свойство связывать и удерживать контактирующую с ней воду (это могут быть как впитавшиеся в землю атмосферные осадки, так и грунтовая влага).

Пропитанный водой пласт почвы, в процессе замерзания расширяется в объемах (до 9-12% от первоначального объема) и давит на основания зданий и построек, оказывая на них выталкивающую нагрузку.

Рис 1.3: Воздействие пучения грунта на плитный фундамент

Силы пучения почвы могут быть увеличены разнообразными сопутствующими факторами, основной из них — постоянные атмосферные осадки. Если осенью регулярно будут идти дожди, то пропитавшаяся осадками почва будет оказывать более сильную деформационную нагрузку на фундамент. Также к усиливающим пучение факторам можно отнести повышение уровня залегания грунтовых вод и их капиллярное поднятие.

Совет эксперта! Свыше 82% всех видов грунтов В Москве и области классифицируются как пучинистые.

При возведении построек на пучинистых грунтах нужно предпринимать дополнительные меры защиты фундамента от выталкивающих воздействий почвы, о которых более детально мы поговорим в соответствующем разделе статьи.

С классификацией пучинистости разных видов грунтов согласно ГОСТ № 25100 вы можете ознакомится в таблице 1.1.

Таблица 1.1: Классификация пучинистости грунтов

Узнай почему свайный фундамент помогает избежать проблем с морозным пучением: узнать

Способы уменьшения влияния пучения грунта на фундамент

Строительство ленточных и плитных фундаментов на пучинистых грунтах должно обязательно сопровождаться обустройством уплотняющей подсыпки.

Такая подсыпка состоит двух слоев — крупного песка и гравия либо щебня. Толщина слоев подсыпки должна быть одинаковой, при этом общая толщина уплотнения начинается с 20 сантиметров для слабопучинистых грунтов, и увеличивается до 35-40 сантиметров для сильнопучинистой почвы.

Рис. 1.6: Схема уплотняющей подсыпки под ленточный фундамент

Совет эксперта! Подсыпка для уменьшения вертикальных выталкивающих воздействий выполняется под основанием фундаментной ленты, на дне выкопанной под фундамент траншеи. Для уменьшения касательных сил пучения подсыпка делается по внешнему периметру стенок уже возведенного фундамента.

Однако данная мера является недолговечной ввиду того, что подсыпка, в период повышения уровня грунтовых вод, которое происходит осенью и во время оттаивания снежного покрова, полностью окружается водой. При пропитывании влагой в песок и гравий из грунта проникают пылеватые частицы. В результате этого со временем непучинистые материалы подсыпки приобретают склонность к пучению и теряют свою защитную функцию.

Уменьшить данный негативный фактор позволяет использование специальных противозаиливающих рулонных материалов, которыми покрываются стенки подсыпки. Такие материалы (оптимальный вариант — Стеклохолст) пропускают воду, однако фильтруют все находящиеся в ней мельчайшие частицы ила и пыли.

Рис. 1.7: Комплексная защита фундамента от пучения грунта

Также высокую эффективность демонстрирует практика обустройства дренажа. Такая система представлена дренажными трубами, расположенными по периметру фундамента в подсыпанном слое гравия, выполняющего функцию фильтра. Трубы располагаются под уклоном, что позволяет скопившимся в них грунтовым водам самотеком стекать в специально отведенный накопительный резервуар.