Как своими силами определить пучинистость грунта

Виды ростверков Строительство 4-го пути Октябрьской железной дороги Выбор оптимальной длины свай

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.

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

Что такое пучинистый грунт?

Как известно, вода при замерзании превращается в лед. При этом происходит изменение ее объема за счет разной плотности льда и воды: вода имеет значительно большую плотность, чем лед. Соответственно при замерзании вода, постепенно превращаясь в лед, расширяется, занимая больший объем.

Если такая вода замерзает, находясь в грунте, то вместе с ней будет расширяться и грунт. При этом силы расширяющие грунт будут называться силами морозного пучения, а сам такой водонасыщенный грунт – пучинистым.

Мелкозаглубленный фундамент повышенной жесткости

Надфундаментные конструкции (стены, перекрытия) рассматриваются не только как источник нагрузок на фундаменты, но и как активный элемент, участвующий в совместной работе фундамента с основанием.

Использование и учёт в расчётах понятий жёсткость-гибкость силового каркаса дома позволяет значительно уменьшить глубину ленточного фундамента для небольших зданий. Использование малозаглубленных ленточных фундаментов позволяет на 30-80% снизить затраты на возведение фундаментов.

Читайте: «Как сделать дешевый фундамент из малоформатных бетонных блоков своими руками»

Такие фундаменты требуют точного учета свойств грунта, предъявляют повышенные требования к прочности элементов здания, правильному выбору конструктивных решений и качеству строительных работ.

Имеются серьёзные теоретические обоснования и большая успешная практика строительства малоэтажных зданий из любых материалов на данных фундаментах. При этом, имеющийся некоторый негативный опыт использования мало заглубленных фундаментов, при экспертном изучении показывает, что основной причиной таких негативных ситуаций являются ошибки при проектировании и строительстве зданий.

Предлагаем ознакомиться: Рубероид на фундамент сколько слоев

Необходимым условием использования данного типа фундамента в конкретном случае является готовность и способность Заказчика провести качественные работы по изысканиям, проектированию и строительству.

Применение таких фундаментов безусловно оправдано для деревянных (бревенчатых, брусовых) или каркасных зданий, стены которых лучше переносят деформации.

Читайте: «Как сделать мелко заглубленный ленточный фундамент для частного загородного дома»

В чем опасность пучинистого грунта для здания?

Посмотрим, что происходит с пучинистым грунтом, непосредственно находящимся рядом со зданием. Зимой при наступлении морозов вода замерзает и расширяется, превращаясь в лед. Вместе с ней начинает расширяться и грунт, ее содержащий. Возникают силы морозного пучения.

Силы начинают действовать на находящееся рядом здание, точнее на его фундамент, приподнимая его. Весной же во время повышения температуры происходит обратный процесс: здание опускается за счет того, что лед тает, превращаясь в воду и, соответственно, сжимаясь, увеличивая свою плотность и уменьшая собственный занимаемый объем.

Если фундамент не защищен от действия пучинистых сил, то возможен сдвиг здания, что рано или поздно приведет к образованию трещин в стенах здания и фундаменте, а потом и к разрушению здания.

Мелкозаглубленный фундамент повышенной жесткости

Данный вариант фундамента включает в себя монолитную железобетонную ленту и буронабивные сваи. Этот мелкозаглубленный столбчатый фундамент на пучинистых грунтах можно возвести самостоятельно.
Сваи пройду через слой пучинистого грунта и упрутся в более плотные слои, отличающиеся лучшими несущими возможностями. Такой способ строительства фундамента оправдан и на участках с близким залеганием грунтовых вод.

Чтобы определить оптимальную глубину для бурения скважин, вкручивается пробная винтовая свая, определяющая, насколько глубоко залегает плотный слой. После этого бурятся скважины, в них устанавливаются асбестовые трубы, полиэтилен или рубероид, вставляется арматура, концы корой должны выступать сантиметров на сорок, заливается бетонный раствор.

Как только сваи застынут, можно начинать армирование монолитной ленты, соединяя общий каркас с кусками, выступающими из опорных элементов.

← Вернуться к списку статей

Грунты обладают различными свойствами, которые оказывают значительное влияние на выбор типа фундамента. Важнейшие из них это несущая способность и степень пучинистости.

Основание — это часть грунта, на которую опирается фундамент здания.

Виды грунтов

Какие бывают грунты?

• скалистые грунты идеальный вариант. Огромная несущая способность и отсутствие пучинистости
• хрящеватые грунты (гравий, обломки камня) обладают большой несущей способностью, непучинисты. Можно использовать ленточный фундамент на глубину не менее 50 см.
• песчаные грунты легко вымываются, хорошо пропускают воду, значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают. Песчаные грунты являются хорошими основаниями для фундамента. В зависимости от размеров частиц песчинок подразделяются на подтипы: гравелистые пески (0,25-5,0 мм);
• крупные пески (0,25-2 мм);
• пески средней крупности (0,1-1 мм);
• пылеватые и мелкие пески (менее 0,1 мм), близки к глинистым грунтам

Свойства грунтов

Пористостью грунта называется отношение объема минеральной части грунта к объему пор. Чем больше показатель e, тем более рыхлый грунт. Механические показатели грунта снижаются с увеличением e. Слои грунта, лежащие на большей глубине имеют большую плотность и меньшую пористость.

Глинистые грунты, такие как глина, супесь и суглинки с увеличением влажности грунта переходят в пластичное состояние. Это происходит при достижении определенного значения влажности WP, после которого грунт начинает раскатываться.

При дальнейшем увеличении влажности свыше значения WL, грунт становится текучим. Величина, определяющая степень пластичности называется показателем текучести JL. Показатель текучести — это характеристика влажности глинистого грунта.

Расчетные сопротивления глинистых грунтов Пылевато-глинистые грунты Пористость Расчетное сопротивление, кг/см² Твердый грунтJL = 0Пластичный грунтJL = 1глины суглинки супесь

Расчетные сопротивления песчаных грунтов Пески Расчетное сопротивление, кг/см² плотные средней плотности

Выводы из таблиц:

• чем крупнее фракция песка, тем большую несущую способность он имеет;
• почти все грунты снижают свою несущую способность при увеличении влажности, причем некоторые в 2,5 раза, однако это зависимость сильнее всего проявляется у глины и уменьшается с увеличением доли и размеров частиц песка;
• уплотненные грунты выносливее чем неуплотненные. Сильнее всего эта зависимость проявляется у глин, где уплотненный грунт почти в 2,5 раза более выносливый чем неуплотненный.

Обычно вода находится в земле на определенном стабильном (хотя и изменяемом в течение года) уровне грунтовых вод (часто его сокращают как УГВ). Ниже уровня грунтовых вод земля погружена под воду, однако влага может подниматься и выше за счет капиллярного эффекта. Чем меньше размер частиц грунта, тем выше может подняться влага.

Как видно из таблиц в предыдущем разделе, повышение влажности грунта снижает его несущую способность. Однако увлажнение грунта обладает еще одним отрицательным эффектом. Этот эффект — пучинистость. Влажный грунт становиться пучинистым, и чем больше воды он содержит, тем более проявляются пучинистые свойства.

Высота подъема капиллярной влаги Грунт пылеватый песок супесь суглинок глина

Определение степени пучинистости грунта Грунт Растояние от УГВ до границы промерзания, менее пылеватый песок супесь суглинок глина

Морозное пучение – явление, которое происходит с влажным грунтом при замерзании. Движущей силой морозного пучения является силы давления, возникающие при образовании льда во влажном грунте. Поэтому морозное пучение наиболее свойственно грунтам, которые могут удерживать воду. А эта способность возрастает с уменьшением размера частиц.

Карта нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов

Глубина, на которую промерзает грунт зависит от географического местоположения места строительства и индивидуальных свойств грунта.

Однако существует усредненная карта промерзания грунта, по которой можно определить приблизительную глубину промерзания.

Обратите внимание

Карта предназначена для определения глубины промерзания суглинистых грунтов и является наихудшим случаем. Часто глубина промерзания на самом деле является значительно меньшей.

Наиболее пучинистые грунты расширяются при пучении на величину до 10%. Что при глубине промерзания 150 см означает подъем грунта на 15 см.

Для фундамента пучение грозит следующими проблемами:

• если фундамент расположен выше глубины промерзания, то на него действует сила, которая стремиться его поднять. Наибольшая опасность при этом возникает, если грунт неоднородный и на разные части фундамента действуют разные силы. При этом появляется опасность развития вертикальных трещин.
• во всех случаях на фундамент действуют горизонтальные силы сдавливания. При этом ленточный фундамент подвергается опасности быть вдавленным внутрь.

Предлагаем ознакомиться: Как правильно сделать воду в бане

Столбчатый фундамент грунт стремиться обхватить и вытолкнуть вверх, даже если подошва столба находится ниже линии промерзания.

Таким образом, если фундаментный столб имеет хорошее сцепление с грунтом и слабо нагружен (например, столбы забора или ненагруженный фундамент, оставшийся на зимовку), то грунт выдавливает его на поверхность (за сезон на несколько сантиметров). Кстати, аналогичный процесс приводит к всплытию валунов на поверхность земли.

Заложение подошвы ленточного фундамента на глубину промерзания не всегда защищает от деформаций легкие малоэтажные здания. Такие фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют большие по значению касательные силы пучения. Эти силы стремятся зимой вытолкнуть фундамент и здание вверх.

Нагрузки от веса здания на 1 пог.м ленточных фундаментов в одно-, двухэтажных домах не превышают величины 40… 120 кН. Небольшие нагрузки на фундаменты обуславливают повышенную их чувствительность к силам морозного пучения.

Находящиеся в пучинистых грунтах ленточные фундаменты малоэтажных домов часто подвергаются выпучиванию, если действующие на них нагрузки от веса здания не уравновешивают силы пучения.

Ленточные фундаменты на глубину промерзания — это материалоемкие и дорогостоящие фундаменты, к тому же, не обеспечивающие надежную эксплуатацию малоэтажных зданий, построенных па пучинистых грунтах.

Затраты на устройство таких фундаментов составляют слишком большой удельный вес в общей стоимости строительства дома.

Ленточные фундаменты с заложением подошвы на глубину промерзания грунта рекомендуется применять только для частных домов с подвалом.

Более эффективным путем решения проблемы строительства малоэтажных зданий на пучинистых грунтах является применение мелкозаглубленных фундаментов, приспособленных к неравномерным деформациям основания.

По конструкции такие фундаменты могут быть:

• Ленточными
• В виде фундамента-плиты
• А в некоторых случаях и столбчатыми с ростверком.

Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах заключается в том, что, например, ленточные фундаменты всех стен частного дома объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания.

Применение мелкозаглубленных фундаментов базируется на принципиально новом подходе к их проектированию, в основу которого заложен расчет оснований по деформациям пучения. При этом допускаются деформации фундамента, в том числе неравномерные, однако они должны быть меньше предельных, которые зависят от конструктивных особенностей здания.

Факторы, влияющие за силу пучинистости

1. Глубина залегания первого водоносного слоя.

Чем ближе к поверхности находится вода, тем, очевидно, более пучинистым он будет являться. При этом даже замена, к примеру, глины на гравелистый песок малоэффективна, поскольку воде будет просто некуда уходить через такой грунт – ниже будет находиться водоносный слой.

2. Глубина промерзания грунта в зимний период, характерная для данного региона.

На широте Москвы грунт промерзает на 1,5 м. Очевидно, что пучинистые силы могут действовать лишь в тех регионах, где температура опускается зимой ниже 0 гр. С. Чем на большую глубину будет промерзать грунт, тем сильнее на здание будут действовать пучинистые силы при прочих равных условиях.

3. Типы почв.
Наиболее подвержены пучинистости грунты с мелкими частицами, способные сохранять воду в течение длительного периода за счет плохого ее прохождения сквозь частицы небольшого размера.

Глинистые грунты также сильно задерживают воду. Сквозь крупные частицы вода проходит легко, поскольку между крупными частицами есть достаточное пространство для прохода воды.

Принципы устройства фундамента на пучинистых грунтах

Из всего, что сказано выше, следует, что не всегда на пучинистом типе грунта будет правильным результат строительства легкой постройки, основанной на заглубленном фундаменте.

В итоге может оказаться так, что здание окажется сильно подверженным силам пучения, а затраченная сумма на возведение такого негодного к эксплуатации фундамента будет довольно велика. Однако, если решено строить здание из кирпича, то уместны будут фундаменты, заглубленные ниже ГПГ.

Приведем несколько примеров и постараемся определить тип фундамента, подходящий в таких условиях:

• Тяжелый дом. Здание из пенобетона, кирпича или других подобных материалов, высотой в 3-5 этажей. В этом случае целесообразно использовать фундаменты, которые будут углублены. Решающим условием является УГВ. При очень низком уровне грунтовых вод можно построить заглубленный фундамент, находящийся ниже того уровня, до которого промерзает почва. Это следующие типы фундаментов: ленточный, свайный, плитный. Если геологи обнаружат высокий уровень промерзания и дренаж основания здания не могут позволить выполнить снижение уровня грунтовых вод, то возможен вариант малозаглубленного фундамента, то есть заливают железобетонную плиту.
• Легкий дом. Это, в основном, постройки из бруса. В этом случае подходят фундаменты, которые заглублены на малую глубину. Допустимо залить армированную плиту или мелкозаглубленный ленточный фундамент. Второй вариант будет менее затратным. Важный момент заключается в создании жесткой конструкции, которая будет воспринимать местные деформации и распределять их равномерно на здание.

Не стоит упускать из вида возможность замены пучинистого грунта на грунт с лучшими характеристиками. Довольно часто условия, при которых почвы, подверженные пучению, прекратят проявлять свои недостатки, создать проще, чем проводить строительство таком грунте. Эти условия можно достичь путем изменения глубины промерзания земли в меньшую сторону – проложить утеплитель по периметру строящегося дома и организовать систему дренажа.

Условия для строительства на любом участке индивидуальны и сильно отличаются от норм. Обязательно проведите геологоразведку, узнайте характеристики грунта на выбранном вами для строительства участке, и уже после этого, приступайте к возведению дома.

Суть проблемы

Давайте вначале разберемся, из-за чего происходит пучение почвы, и какой грунт относится к категории пучинистых.
Наиболее подвержена процессу пучения та почва, в которой имеется большое количество закрытых пор – это глинистый грунт, суглинка и различные супеси. Обычно пучинистость грунта возникает в тех местах, где протекают подземные воды. Когда земля замерзает, она существенно увеличивается в объеме. Существует даже формула, по которой можно точно рассчитать величину пучения: E = (H – h) / h, где Е — это степень пучинистости, Н – высота почвы после пучения, а h – высота грунта до замерзания. Легко понять, что при замерзании 1 м такой земли, она вспучится на 1см.

Фундамент на пучинистой почве

Какую же угрозу таит в себе пучинистый грунт? При неравномерном вспучивании и оттаивании, почва неодинаково воздействует на фундамент, который вследствие этого давления может деформироваться и трескаться. Итогом данного процесса являются:

• трещины несущих стен дома;
• отслойка и отпадение различных декоративных покрытий;
• искривление, вплоть до полного разрушения, перекрытий.

Человек, знающий школьный курс физики, без труда поймет механизм воздействия пучинистого грунта. Если фундамент дома заложен сверху такого грунта, то при промерзании, почва поднимется и начнет выталкивать все, что находится вверху. Казалось бы, можно заложить фундамент ниже уровня промерзания. Но это также не решит проблему, так как грунт не только поднимается вверх, но и растет в ширину, что может привести к непоправимому искривлению каркаса фундамента. Конечно, если в нем мало вертикальных площадей и величина дома солидна, то вряд ли вы что-то заметите. Но если дом невелик, и при его строительстве применялась технология каркасной постройки и т.д., тогда пучинистость может привести к неотвратимым результатам.

Механизм увеличения объема грунта

Пучение грунта — это изменение его объема, происходящее в следствии замерзания содержащихся в слоях грунтовых вод. Другими словами, расширение обуславливается тем, что номинальная плотность воды в жидком состоянии составляет 1000 килограмм на кубометр, тогда как плотность льда — 917 килограмм на кубометр. То есть, согласно законам физики, при переходе из жидкого состояния в твердое объем воды увеличивается ориентировочно на 9%. В результате это расширения влага оказывает давление на почву и грунт движется вверх, поскольку в обратном направлении движение невозможно из-за высокой плотности ниже расположенных слоев.

Таблица: Классификация пучинистости разных видов грунтов согласно ГОСТ № 25100.

Изменение объемов грунта может происходить не только зимой. Например, этот процесс вполне можно наблюдать и в переходных периодах, когда нет сильных морозов. Подвижки происходят, когда одна сторона строения находится под постоянным воздействием лучей солнца, а другая — в тени. А если при этом еще и идут дожди, переувлажняющие почву, и ночью начинает холодать, то резкий перепад температуры приведет к промерзанию скопившейся в земле жидкости. Это может повторяться многократно и приводить к износу фундамента и строения, установленного на нем. Весной, в результате такого воздействия, дом может подвергаться усадке на несколько сантиметров. Зимой последствия могут быть более критичными, а износ здания будет происходить быстрее и с большими повреждениями, так как сила промерзания в этот период выше.