Основные понятия
Пучение – сезонное увеличение объема почвы, которое происходит после замерзания подземных источников. Под воздействием сил лед оказывает большое давление на фундамент, что приводит к изменению положения. Процессы выталкивания провоцируют растрескивание стен, грозящие перекашиванием дверей и окон. Если влага попала в основу здания, то постепенно разрушит цокольное перекрытие.
Замерзшая вода увеличивается в объеме, что усиливает расширение грунта на 9%. Из-за высокой плотности подземные слои не могут сжаться, поэтому движутся вверх. Если силы пучения не уравновешиваются, то фундамент под давлением «выжимают» из почвы. Регулярные сезонные колебания негативно отражаются на целостности основы и здания.
Проблемы при возведении фундаментаИсточник svaimania.ru
Скорость и глубина промерзания зависят от температуры, продолжительности холодных дней и плотности снежного покрова. В зависимости от региона, грунт может находиться в ледяном состоянии от 3 до 9 месяцев. Через рыхлую землю проходит вода, не задерживаясь и не твердея. Пучинистые виды постепенно поглощают влагу, которая проникает на глубину 1,5 м. При устойчивых морозах капли замерзают и расширяются.
Чем опасен пучинистый грунт Источник monolit-60.ru
В южных регионах земля почти не мерзнет, поэтому проблемы нет. В северных областях почва твердеет на 2,4 м, что приводит к деформации фундамента. Близкое залегание подземных вод способно кардинально изменить характеристики непучинистого грунта. Если строение возводят на склоне, то рельеф спровоцирует появление нестабильных участков в отдельных местах.
Можно ли еще уменьшить ущерб?
Пучение грунта можно предотвратить и другими способами, которые лучше комбинировать с описанными выше. Самый простой – удаление из грунта жидкости. Для этого создается отмостка для защиты фундаментального основания от осадков и подземной влаги. Также можно соорудить и дренажную систему. Другой способ заключается в утеплении фундамента. Это рекомендуется делать для всех построек в нашей стране. В данном случае утепляется грунт вокруг дома, что и предотвращает промерзание и, соответственно, пучение. Используемые материалы должны обладать высочайшими показателями долговечности и влагоустойчивости.
Еще один способ предотвратить пучение грунта – прокладка под фундамент рубероида. И, наконец, можно искусственно снизить температуру промерзания земли. Для этого применяются специальные реагенты, которыми необходимо обработать грунт перед заливкой фундамента. Другие эффективные способы:
- Обмазка фундамента спецсоставами.
- Расширение фундамента.
- Засоление грунта под фундаментом.
Любой из этих способов эффективен в борьбе с пучением грунта во время заморозков. Если несколько из них будут скомбинированы, то это только усилит эффект
Поэтому, начиная строительство дома, заранее позаботьтесь о таком важном моменте, как предотвращение промерзания почвы под фундаментом.
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.
Любое строительство начинается с исследования грунта. На уже застроенной территории этот этап можно пропустить и воспользоваться результатами исследований, проведенных для других построек. Но часто застройка участка начинается именно с гаража. Хороший пример – каркасный гараж-дом, который был построен нами в качестве склада стройматериалов и временного жилища для строителей.
Нужно хорошо представлять, на каком грунте вы строите гараж. Исходя из его свойств выбирается тип и рассчитываются параметры фундамента. Неправильно спроектированный фундамент в лучшем случае может обойтись дороже, чем это необходимо, а в худшем – разрушиться.
Пучение грунта – одна из самых серьёзных опасностей, подстерегающих построенные без проведения должных исследований фундаменты. Впрочем, о неправильной усадке тоже не стоит забывать.
Таблица для определения степени пучинистости грунта. Z — величина, показывающая на сколько метров уровень грунтовых вод находится ниже глубины промерзания
Если вы не хотите воспользоваться услугами специалистов, для начала придётся выкопать на месте будущей постройки яму два метра глубиной с аккуратными вертикальными стенками. Так вы сможете визуально определить тип грунта. Кроме того, вы можете провести простой эксперимент, который поможет развеять ваши сомнения, если они у вас будут.
Берёте горсть грунта и добавляете в неё воды
Скатываете «сосиску» и, внимание, самый ответственный момент, сворачивате из неё бублик. В зависимости от того, что произошло с «сосиской», делаем выводы:
- Получился отличный бублик – это глина;
- «Сосиска» развалилась на несколько частей – суглинок;
- «Сосиска» рассыпалась на мелкие части – супесь;
- Не получилось даже сделать «сосиску» — песок.
Если на дворе осень, заодно с типом грунта вы можете определить уровень подземных вод. Хуже всего, если на дне ямы появилась вода. Если сухо – лучше всего воспользоваться ручным буром, и увеличить глубину своих знаний об уровне грунтовых вод еще метра на полтора-два. Воды не видно – до грунтовых вод достаточно далеко и вы даже можете сделать подвал или погреб.
Эта таблица поможет определить, какая глубина фундамента для гаража требуется
Но нас интересует не абсолютное значение уровня грунтовых вод, а то, насколько он находится ниже глубины промерзания. Глубина промерзания – величина нормативная, и определяется из таблицы. Тут стоит учесть, что зимы в последнее время стали мягче, чем раньше, но раз в несколько лет выпадает наоборот, более суровая. Так что если в расчётах предусмотрите дополнительный запас – не ошибётесь.
Не забывайте о том, что сделать фундамент на пучинистом грунте будет гораздо проще, если вы сможет уменьшить воздействие на грунт факторов, вызывающих пучение. Например, сделаете дренаж и утеплите отмостку.
При промерзании грунта, влага из замерзших слоёв выдавливается вниз. И если она не успевает выдавливаться, как раз и происходит пучение.
Виды сил морозного пучения
Сила, с которой действует грунт при пучении на фундамент, всегда различна. Но совсем не обращать на такое явление не стоит. Все силы морозного пучения можно поделить на два вида:
- касательные силы
- вертикальные силы
При касательной силе, грунт, примерзая к боковым стенкам фундамента, поднимает фундамент с помощью боковых трений. Грунт кроме поднятия фундамента, также расслаивает его на части. Сила при этом может достигать огромной величины – до 7т на один квадратный метр фундамента.
В случае вертикальной силы грунт как бы поднимает фундамент из земли, подталкивая его снизу. Такие ситуации частенько возникают, когда люди хотят сэкономить денег, удешевив процесс строительства, и от фундамента заглубленного ниже уровня промерзания грунта. Тем самым усложняют свое положение.
Влияние морозного пучения грунта на фундампент
Именно из-за морозного пучения грунта в нашей стране не подходит облегченный фундамент Западных стран. В России другие климатические условия, более тяжелые, не такие как, например, в Германии или Италии. У нас грунт промерзает на глубину 1,5 метра.
Очень опасен процесс морозного пучения грунта при неравномерном вспучивании грунта. За несколько лет фундамент несколько раз поднимается и опускается. Происходит из-за перекоса фундамента. Стены дома тоже от этого страдают, они могут перекоситься или вовсе деформироваться, теряя свою функциональность и прочность. В последствии это дом становится просто аварийным.
Очень сильно сказываются силы морозного пучения грунта на монолитных ленточных фундаментах, бутобетонных, с отсутствием каркаса из арматуры. Большая опасность возникает и зданий, построенных на участках, где уровень грунтовых вод располагается выше уровня промерзания самого грунта. Так как влаги в земле содержится в изобилии, то это увеличивает морозное пучение в несколько раз. А сила пучения, как не печально, огромна и разрушительна.
Конечно, для домов из кирпича сила морозного пучения не столь опасна, как для деревянных и облегченных домов. Если тяжесть всей конструкции больше силы морозного пучения, направленной на фундамент, то фундамент не поднимается. Но обольщаться не стоит, когда вес конструкции здания не способен скомпенсировать силу морозного пучения.
Вспучивание грунта происходит неравномерно не только из-за влажности, присутствующей в земле. Нередко все дело в том, что грунт не промерзает под домом, а силы морозного пучения не действуют на внутренние стенки фундамента. Стенки фундамента снаружи находятся под действием силы морозного пучения, и при поднятии здание легко деформируется. Эта ситуация рассматривается только с теми домами, которые в зимний период прогреваются.
Однако и наружные станки фундамента подвергаются неравномерной нагрузке. Как обычно на южной стороне снег у дома тает быстрее, воды от этого становится много. Днем вода накапливается, а ночью – замерзает. Фундамент на южной стороне дома испытывает на себе поочередные силы пучения. На северной стороне дома оттаивание происходит намного медленнее, и фундамент испытывает постоянную силу пучения. Таким образом, в результате неравномерности действия сил пучения, возникают трещины, деформации и разрушения.
Все грунты на дачных участках можно элементарно условно разделить на пучинистые и непучинистые.
Пучинистые грунты включают в себя: глину, крупномоноблочные и песчаные пылеватые (глиняный наполнитель более 15 %). Но и чистый песок, который относится к непучинистому грунту, при некоторых условиях может вспучится. Это, например, когда песок заключен в глиняный замок. Здесь верхние слои при замерзании не пропускают воду ниже, поэтому она поднимаются наверх.
Защита фундамента от промерзания грунта
Грунт защищают от промерзания покрытием теплоизоляционным материалом, большим количеством снежного покрова. Теплоизоляционный материал располагают по всему периметру дома. Материал для теплоизоляции используется самый элементарный – опилки, солома, листья, сухой торф и т.п.
Вывод: долговечность любой конструкции прямо зависит от влияния силы морозного пучения.
Что такое морозное пучение грунта
Пучение — поднятие увеличение грунта в объеме
Неравномерное поднятие и увеличение в объеме грунтов из-за замерзания находящейся в них влаги называют морозным пучением. Процесс характерен для влажной почвы, имеющей в составе мелкие частицы. При наступлении сезонного похолодания, когда температура падает ниже 0°C, вода превращается в лед. При этом масса ее не изменяется, а плотность уменьшается. По закону физики увеличивается объем. Специалисты оценивают возможное расширение грунта — плюс 9% к первоначальной величине.
Давление замерзшей воды приводит к вертикальному выталкиванию пластов. Часть грунта выпячивается, поднимаясь над уровнем земли. При оттепели и оттаивании весной возникают обратные процессы – вода переходит в жидкое состояние, происходит просадка. Такие подвижки грунта наиболее опасны для построек, они вызывают деформацию фундамента.
Основными факторами, способствующими движению грунта, являются:
- Повышенная влажность – насыщение почвы водой от близкого залегания грунтовых вод или большого количества осадков.
- Температура и продолжительность холодного периода – чем сильнее и длительней морозы, тем больший объем земли сковывается в общую подвижную массу.
- Тип и структура почвы – дисперсность или форма и размер минеральных частиц, мелкие фракции связывают воду, они наиболее склонны к вспучиванию.
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.
| Класс пучинистости, % | Виды грунта |
|---|---|
| Грунты, не подвергающиеся морозному пучению;Расширения объема менее 1% |
|
| Грунты, слабо подвергающиеся морозному пучению;Расширение объема от 1 до 3.5% |
|
| Грунты со средней склонностью к пучению; Расширение объема от 3.5 до 7% |
|
Грунты с высокой склонностью к пучению;
- Мягкопластичная глининистая почва;
- Мелкие и пылеватые песчаные грунты с высоким уровнем грунтовых вод.
Таблица 1.1: Классификация пучинистости грунтов
Узнай почему свайный фундамент помогает избежать проблем с морозным пучением: узнать
Факторы, влияющие на пучение
Не стоит полагать, что ущерб от пучения грунта несколько преувеличен. Чтобы понять насколько серьезно обстоят дела, необходимо более подробно рассмотреть такой процесс. Итак, пучение грунта происходит неоднородно, и в первую очередь это обусловлено перепадами высот поверхности земли. Они преимущественно наблюдаются весной, когда сторона дома, которая стоит на южной стороне, обогревается, а также увлажняется весенней капелью намного быстрее и лучше. Ближе к вечеру температура начинает падать, к этому времени грунт уже успевает поглотить большое количество талой воды, которая в нем превращается в пласт льда.
Его масса может достигать нескольких сотен кг, а этого вполне достаточно, чтобы поднять часть фундамента на определенную высоту. Весь этот процесс происходит в течение ночи. Днем, когда температура вновь повышается, вода в грунте начинает оттаивать. В результате этого фундамент начинает проседать, при этом в почву опять попадает большое количество воды, которая в последующем кристаллизуется. И такой процесс происходит из-за дня в день до тех пор, пока температура воздуха не нормализуется, то есть не наступит тепло.
Схема закладки фундамента в промерзающем грунте.
При этом следует отметить, что процесс пучения может наблюдаться не только в весеннее время, если воды залегают недалеко от поверхности земли, то подобное явление происходит и зимой. В итоге последствия от него возникают еще более серьезные.
Кроме того, ущерб от пучения грунта зависит и от того, какое в нем присутствует соотношение связанной и свободной воды. В каждом виде почвы оно различное. Так, если она представлена слоями песка, то связной воды в них будет наблюдаться минимальное количество. А значит, сильного негативного влияния на строение пучение не окажет. Тогда как в таких типах грунта, как супесь, суглинок или глина, ситуация наблюдается обратная. В них присутствует большое количество связной воды. Поэтому в них наблюдается сильная миграция влаги. При промерзании таких грунтов урон от пучения для строений наблюдается очень серьезный. Деформация может составлять до десятков сантиметров.
Помимо соотношения связной и свободной воды на интенсивность пучения влияют и другие факторы, среди которых:
Схема монтажа дренажной системы фундамента.
- суровость и продолжительность зимы;
- средняя толщина снежного покрова;
- состав грунта;
- количество сезонных осадков;
- влажность воздуха;
- рельеф местности;
- наличие растительного покрова;
- глубина залегания вод, находящихся поз землей;
- расположение местности относительно юга.
Поскольку пучения могут нанести серьезный урон строению, то рекомендуется возводить его фундамент ниже глубины промерзания грунта. Ее величина зависит напрямую от местности, где будет строиться жилище. Ориентировочная глубина промерзания грунта по городам следующая:
- Ставрополь и Нальчик – 70 см.
- Сургут, Нижневартовск, Воркута и Салехард – 240 см.
- Петропавловск и Тобольск – 210 см.
- Новосибирск и Омск – 220 см.
- Днепропетровск, Ростов, Минск и Киев – 90 см.
- Кустанай и Курган – 200 см.
- Уральск и Самара -160 см.
- Одесса, Львов и Севастополь – 70 см.
- Челябинск, Екатеринбург и Пермь – 190 см.
- Уфа и Оренбург -180 см.
- Николаев, Симферополь и Краснодар – 80 см.
- Казань, Киров, Ижевск и Ульяновск – 170 см.
- Пенза, Саратов, Вологда и Кострома – 150 см.
- Тверь, Санкт-Петербург, Воронеж, Тамбов, Тула, Новгород, Москва, Рязань и Ярославль – 140 см.
- Астрахань и Псков – 110 см.
- Курск, Волгоград и Смоленск – 120 см.
- Курск, Харьков, Калининград и Белгород – 100 см.
Следует сказать о том, что средиземная влажность, которая присутствует у грунта, является решающим фактором. Она в большей степени влияет на силу пучения. При этом плотность нижних слоев почвы тоже играет существенную роль. Чем она выше, тем меньше будет наблюдаться деформация у строения, и наоборот, чем она ниже, тем сильнее будет происходить пучение грунта.
Определение степени пучинистости грунтов
Наиболее достоверные данные о степени пучинистости грунтов могут быть получены на основе испытаний на площадке строительства.
При отсутствии опытных данных, степень пучинистости грунта в месте строительства допускается определять по физическим характеристикам грунтов, установленным при лабораторных испытаниях
— типу грунта и его разновидности, уровню подземных вод и пластичности грунта (показателю текучести).
При самостоятельной оценке
степени пучинистости грунта, во избежание ошибок в выборе конструкции фундамента, рекомендуется принимать наиболее неблагоприятные грунтовые условия.
Для этого используем следующий метод оценки:
1. В непосредственной близости от пятна застройки здания копаем один — два шурфа глубиной не менее 1,5 м. Визуально определяем тип грунта (песчаный или глинистый). Для определения типа грунта в домашних условиях можно порекомендовать такой простой тест: небольшую порцию грунта обильно смачивают водой, затем из полученной массы между ладоней рук скатывают жгут и загибают в кольцо. Из песка жгут скатать не получится. Кольцо из супеси рассыпается на мелкие фрагменты, из суглинка на 2 — 3 части, из глины — кольцо остается целым.
2. Осенью (не раньше августа) определяем уровень подземных вод (УПВ) следующими способами:
Узнаем, есть ли поблизости колодцы, скважины, котлованы и на какой глубине стоит вода в них. Как место расположения колодца, скважины соотносится по высоте с Вашим участком, выше или ниже его? Насколько? Простые вычисления могут позволить Вам определить этот УПВ.
Уточняем у соседей, если они есть по близости — есть ли у них подвалы, сухо ли там, если есть вода, то когда она появляется и как опять же это соотносится с вашим участком.
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.
3. Расчитываем Z — глубину залегания уровня грунтовых вод, считая от подошвы слоя сезонного промерзания грунта под фундаментом. Для этого из полученной величины УПВ вычитаем расчётную глубину промерзания грунта. Например: На участке УПВ=2,4 м. Расчетная глубина промерзания грунта под фундаментом дома — 0,7 м. (пример расчета здесь). Тогда, величина Z=2,4 м. — 0,7 м. = 1,7 м.
3. Определяем условия увлажнения грунтов по виду рельефа — таблица 1.
4. По таблице 1., зная степень влажности и величину Z, определяем степень пучинистости грунта на площадке строительства.
Таблица 1. Определение степени пучинистости грунта.
| Увлажнение грунта | Значение Z, м | Степень пучинистости грунта | ||
| Условия увлажнения по виду рельефа | Степень влажности | Глинистый | Песчаный | |
| Сухие участки — возвышенности, всхолмленные места, водораздельные плато. | Грунты сухие — увлажняются только за счет атмосферных осадков. | > 2 | > 1 | Слабо пучинистый |
| Сухие участки — слабо всхолмленные места, равнины, пологие склоны с затяжным уклоном. | Грунты влажные — увлажняются за счет атмосферных осадков и верховодки, частично подземными водами. | > 1,5 | > 0,5 | Средне пучинистый |
| Мокрые участки — пониженные равнины, котловины, межсклоновые низины, заболоченные места. | Грунты влагонасыщенные — увлажняются за счет атмосферных осадков и подземных вод, в том числе верховодки. | < 1,5 | < 0,5 | Сильно пучинистый |
Степень пучинистости грунта определяется по худшему из двух показателей — степени влажности или значению Z.
Например, имеем на участке грунт глинистый, по условиям рельефа определяем степень влажности — грунты сухие. По этому показателю грунт вроде бы можно отнести к слабопучинистому. Но величина Z=1,7 м. (1,7>1,5), и по этому параметру грунт на участке следует отнести к среднепучинистому.
Товары для строительства и ремонта
⇆
В этих же условиях, но при Z=2,5 м. (>2) — этот же грунт будет слабопучинистым.
Эта оценка грунта будет весьма приблизительной
— степень пучинистости для некоторых разновидностей грунтов будет смещена в неблагоприятную сторону.
При залегании под подошвой фундамента (в пределах расчётной глубины промерзания) грунтов различной консистенции степень пучинистости этих грунтов в целом принимается по средневзвешенному значению.
Откуда берутся подземные воды и что такое верховодка читайте в статье «Подземные воды, верховодка и фундамент».
Замена пучинистого грунта на непучинистый
В тех случаях, когда участок земли состоит из пучинистого грунта, прибегают к комплексу мероприятий, которые будут направлены на уменьшение пучения грунта или снижение нагрузки на фундамент здания. К таким мероприятиям можно отнести конструктивные, инженерно-мелиоративные, термохимические. Наибольший интерес представляют те из них, которые коренным образом меняют свойства самого грунта. В первую очередь это частичная или полная замена грунта на непучинистый.
Полностью заменять слой почвы на весь уровень промерзания нецелесообразно. Учеными доказано, что в нижней трети данного слоя вода практически не замерзает, а если и замерзает, то не дает пучение. Таким образом проводить замену необходимо только на верхние две трети слоя. Данные мероприятия рекомендуется осуществлять только одновременно с засыпкой пазух, если помещения дома отапливаемые. Делается это с наружной стороны, чтобы защитить фундамент. В том случае, если здание и помещения в нем не отапливаемые, то засыпка проводится как снаружи, так и изнутри. Если требуется только небольшая подсыпка, чтобы довести показатели грунта до требуемых, то применяется подсыпка из непучинистого грунта без полной его замены.