Пучинистые грунты что это
Пучинистый грунт
Где E – степень пучинистости, H – высота мерзлого (вспучившегося) грунта, h – высота грунта до замерзания.
Степень пучинистости показывает, на какую величину изменяется объем грунта при промерзании. Пучинистыми называют грунты, у которых степень пучинистости больше 0,01, т.е. это такой грунт, который при промерзании на глубину 1 м увеличивается в объеме более чем на 1 см.
Какие грунты пучинистые?
Пучение происходит из-за того, что содержащаяся в грунте влага замерзает, а, как известно, лед имеет меньшую плотность, нежели вода, и поэтому занимает больший объем. Увеличение объема воды при замерзании и приводит к пучению, поэтому какие грунты пучинистые, а какие нет, зависит от содержания в них воды: чем ее больше в грунте, тем сильнее он вспучивается. К пучинистым относятся все глинистые грунты: глины, суглинки и супеси. В отличие от песка, глина имеет много пор и хорошо удерживает в себе влагу, вода не просачивается между мельчайшими частицами глины и не уходит в более глубокие слои земли. Поэтому, чем больше содержание глины, тем более пучинистым является грунт.
Строительство фундамента на пучинистом грунте
Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому строительство фундамента на пучинистом грунте нужно вести только с принятием мер против пучения. Самый радикальный путь – это заменить грунт на непучинистый гравелистый или крупный песок. В этом случае роют большой котлован на глубину больше глубины промерзания, убирают пучинистый грунт и вместо него засыпают и хорошо утрамбовывают песок, который является отличным основанием для фундамента, не удерживает в себе влагу и имеет высокую несущую способность. Этот способ, пожалуй, самый надежный, но и самый затратный – он предполагает очень большой объем земельных работ.
Другой способ строительства устойчивого фундамента на пучинистом грунте – это заложение его на глубину ниже глубины промерзания. В этом случае на основание фундамента не будут действовать силы пучения, но на боковую поверхность пучение действовать будет. И хотя это воздействие на порядок меньше, оно способно создать проблемы: пучинистый грунт будет примерзать к боковой поверхности фундамента и при движении вверх/вниз будет тащить его за собой. Касательная сила пучения может достигать 5 тонн на квадратный метр поверхности. Заложенный на глубину 1,5 м ленточный фундамент дома 6 м на 6 м будет иметь суммарную площадь боковой поверхности 36 м2, а общая касательная сила пучения может поднимать до 180 т. Этого будет достаточно, чтобы поднять деревянный дом, потому что его вес не сможет уравновесить действие пучения. Поэтому заложение фундамента на пучинистом грунте ниже глубины промерзания используется при строительстве тяжелых кирпичных и монолитных железобетонных домов.
Третий способ снизить влияние пучинистого грунта на фундамент – это утепление. Этот вариант больше всего подходит для строительства мелкозаглубленных фундаментов под легкие дома и заключается в том, чтобы избежать замерзания влаги в пучинистом грунте. Укладывая на грунт слой утеплителя, можно добиться того, чтобы грунт вокруг фундамента никогда не промерзал. Ширина полосы утеплителя должна соответствовать глубине промерзания: если земля промерзает на 1,5 м, то утеплять надо вокруг фундамента полосу шириной 1,5 м. Толщина утеплителя зависит от его теплоизоляционных свойств и от климатических условий.
Читайте так же:
Глубина промерзания грунта
Промерзание грунта приводит к его пучению и негативному воздействию на фундамент здания. Глубина промерзания зависит от типа грунта и климатических условий.
Уровень грунтовых вод
Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.
Силы морозного пучения грунтов
Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки и способны выдавить фундамент дома из грунта.
Расчет фундамента для дома: нагрузка на фундамент и грунт
На этапе проектирования будущего дома в числе прочих расчетов необходимо выполнить расчет фундамента. Цель этого расчета – определить, какая нагрузка будет действовать на фундамент и грунт, и какой должна быть опорная площадь фундамента. Для того, чтобы определить суммарную нагрузку на фундамент, необходимо посчитать вес будущего дома со всеми эксплуатационным нагрузками (проживающими там людьми, мебелью, инженерным оборудованием и т.п.)
Несущая способность грунтов Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.
Свойства пучинистых грунтов и их классификация
Пучинистые грунты — проблема номер один для строителей. Зимой, когда приходят холода, они увеличиваются в размерах, сжимая фундаменты и приподнимая их. Вследствие чего, на конструкции последних появляются трещины. Борются с этим явления по — разному, но чтобы начать борьбу, нужно понять, что это такое.
Что такое пучинистый и не пучинистый грунт — вопрос, ответ на который можно дать, если понимать, за счет чего внутри почвы происходят такие процессы. Все дело в том, что распирание (пучение) происходит за счет замерзших внутри почвы капель воды. А значит, она должна эти капли в себе задерживать.
Поэтому основные свойства грунта, которые приводят к пучению, это капиллярная активность и способность фильтровать воду. Если почва рыхлая, к примеру, с большим содержанием песка, то вода через нее легко проходит в нижние водные горизонты, не задерживаясь. Такие грунты не относятся к категории пучинистых.
А вот те типы почв, в которых вода задерживается, относятся к категории «пучащие». Это глина, суглинок и супеси. Но тут есть момент, связанный с капиллярной активность. У песчаных типов она ниже, потому что песок втягивает в себя атмосферные осадки на глубину 30 — 40 см. При этом глиняные типы постепенно всасывают влагу на глубину до 1,5 м. Поэтому в первом случае можно обойтись отмостками вокруг фундамента с шириною 1 м, во втором величину придется увеличить до 1,5 — 2,0 м. Это к вопросу, как бороться с пучинистостью.
При высоком уровне расположения грунтовых вод, даже непучинистые почвы могут дать расширение. Поэтому к вспучиванию грунта надо относиться с точки зрения наличия или отсутствие факторов, которые приводят к такому свойству земли. Сюда же можно добавить и расположение дома. Если он возводится на участке с уклоном, то велика вероятность, что такой рельеф приведет к пучению некоторых отрезков, особенно расположенных внизу.
Не забываем и о регионе, где строится дом. Если это юг, где уровень промерзания почвы невелик, то можно о пучении не говорить. Даже глиняные основы, покрытые стандартной отмосткой, легко противостоят низким температурам зимой. На севере это выражается ярче. В некоторых северных регионах земля промерзает до 2 — 2,5 м, а значит, пучение грунта имеет место быть в независимости от типа почвы.
Классификация
Классификация грунтов по типу вспучивания делит виды на несколько подгрупп. К пучинистым относятся:
И отдельно стоят непучинистые грунты.
Последнее определение можно назвать чисто условным, потому что нет такой земли, которая бы не промерзала и не взбухала. Все зависит от влажности почвы и от температуры ее охлаждения. Конечно, можно сказать, что чисто каменный грунт вспучиваться не будет. Но такая разновидность встречается в местах проживания людей крайне редко. Обычно это горы.
То есть, получается так, что тип земли не сильно влияет на морозное пучение. Главными причинами выступают влажность почвы и температура воздуха. Поэтому вопрос, как определить, какие грунты пучинистые, а какие нет, ставится неправильно. Все они в какой-то степени могут вспучиваться.
Правила борьбы
Самый простой способ борьбы с пучением грунта — залить фундаментную конструкцию ниже глубины промерзания земли. Так как грунт давит на фундамент со всех сторон, то самое опасное давление — это вертикальное. Чтобы его избежать, надо залить конструкцию так, чтобы снизу на нее ничто не давило. А так как заглубленный фундамент заливается ниже уровня промерзания, соответственно в нижней его части морозное пучение грунтов отсутствует. Соответственно конструкция не будет приподниматься.
Есть и другие способы борьбы:
На фундамент в процессе пучения действуют и горизонтальные нагрузки, которые создают давление на изгиб. Опасный фактор, который, если неправильно провести строительные операции, разорвет конструкцию. Избежать данной неприятности помогает армирующий каркас из металлической арматуры. Здесь важно провести точный расчет, учитывая размеры металлического профиля и габариты самого каркаса.
Проще, если под дом заливается мелкозаглубленный фундамент, который сооружается выше уровня промерзания грунта. Для его защиты от пучения надо всего лишь заложить отмостки с утеплением и провести теплоизоляцию цоколя. При высоком уровне грунтовых вод проводится и дренаж. Если здание сооружается в северных регионах, то фундамент надо утеплять весь: от подошвы до верхнего края цоколя.
Видео
Заключение по теме
В любом случае пучение грунта — это именно давление. Поэтому к его ослаблению надо подходить комплексно. То есть, сооружать отмостки, укладывать армирующий каркас в опалубку фундамента перед заливкой бетонного раствора, проводить мероприятия по гидро — и теплоизоляции, собирать дренажную систему отвода атмосферных осадков в первую очередь, а во вторую понижать уровень грунтовых вод.
Относиться к этому свойству земли можно по — разному, но пренебрегать им нельзя ни в коем случае. Упустили что — то, получите трещины по всей конструкции фундамента, что ослабит основу здания.
Какие грунты считаются пучинистыми, а какие нет
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.
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:
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:
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).
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.
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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.
Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.
Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.
Пучение грунта
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 пучение грунта
Рис. 1.2: Почва, увеличившаяся в объеме в результате морозного пучения
Выделяют два характера воздействий морозного пучения на основание дома:
Какие виды почвы подвергаются пучению
Пучение характерно для большинства видов почвы, особенно данной проблеме подвергаются следующие типы грунта:
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
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.
Грунты с высокой склонностью к пучению;
Расширение объема от 7%
Таблица 1.1: Классификация пучинистости грунтов
Узнай почему свайный фундамент помогает избежать проблем с морозным пучением: узнать
Чем пучение почвы опасно для фундамента
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
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.
Способы уменьшения влияния пучения грунта на фундамент
Строительство ленточных и плитных фундаментов на пучинистых грунтах должно обязательно сопровождаться обустройством уплотняющей подсыпки.
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.
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.
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.
SGround.ru
Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов
Что такое пучинистые грунты
Обзорная статья о морозном пучении грунтов
Оглавление:
1. Введение
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).
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.
Бугры пучения
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.
2. 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:
* — 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.
3. 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:
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.
4. 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.
При замерзании даже всей поровой воды в грунте увеличение его объема не превышает 3…4% (в закрытой система). В то же время в природном залегании объем грунта при его промерзании увеличивается на 10—50 и даже 100%. Пучение грунта достигает таких показателей вследствие кристаллизации в порах грунта воды и поступления дополнительной влаги по капиллярам (миграции) к фронту промерзания из еще не промерзших нижележащих слоев (открытая система). Это сопровождается резким увеличением влажности грунта с образованием в нем льда в виде линз, прослоек, кристаллов и др. структур.
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.
5. 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.
6. Чем опасно морозное пучение грунтов
К сожалению многие, даже опытные строители, недооценивают опасность морозного пучения из-за того что его влияние проявляется не сразу, растянуто во времени и слишком сложно предсказуемо. А зря… Ведь именно непредсказуемость морозного пучения делает его учет при проектировании и строительстве обязательным.
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
В этом видеоролике интересный пример воздействия морозного пучения на деревянный дом:
7. 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.
8. 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
И помните — если фундамент не выдерживает все нагрузки и воздействия на него, то после завершения строительства, как правило, уже ничего не исправить. И сэкономленные на фундаменте деньги обернутся грандиозными затратами…