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.
Типы грунтов.
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).
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.
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.
Замена грунта: выход из положения?
Схема замены пучинистого грунта песком.
Поскольку из-за пучения грунта происходит деформация фундамента и строения в целом, то многие просто заменяют его, но действительно ли это является эффективным? Как было сказано выше, нижние слои почвы, которые представлены песком, не промерзают настолько сильно, чтобы это негативным образом сказалось на состоянии постройки и его основы. Поэтому замена грунта является отличным выходом. Соответственно, потребуется в ходе проведения таких работ использовать песок. К нему можно подмешать немного щебня.
При этом специалисты рекомендуют использовать гравелистый песок для создания подушки. С ним замена грунта будет намного эффективнее, соответственно негативное воздействие от пучения будет снижено во много раз. Такой вид песка представлен крупными фракциями. Поэтому этот материал обладает высокой устойчивостью к сжатию. А значит, усадка песчаной подушки будет минимальной. Желательно приобретать гравелистый материал речного происхождения, потому как он обладает более высокими эксплуатационными характеристиками.
Чтобы сделать песчаную подушку потребуется следующее:
Схема фундамента с дренажной системой на гравийно-песчаной подушке.
- гравий;
- вода;
- геотекстиль;
- строительный уровень;
- лопата;
- трамбовка;
- песок;
- гидроизоляционный материал.
Начинать проведение работ нужно с создания траншеи или котлована, все здесь зависит от того, какой тип фундамента вы решили выбрать для своего жилища. Глубина ямы должна зависеть от величины промерзания грунта.Когда она будет создана, потребуется тщательным образом произвести ее выравнивание. После чего выкладывается геотекстиль. Он необходим для того, чтобы защитить сыпучий материал от проникновения влаги из нижних слоев грунта. Желательно выстилать геоткань в несколько слоев. Потом можно засыпать песок.
Делать это необходимо небольшими слоями. Создав первый, производится его увлажнение и трамбовка, после чего выкладывается щебень, а далее вновь песок – и так до тех пор, пока не будет создана подушка необходимой высоты. В ходе этого необходимо обязательно следить за тем, чтобы слои получались максимально ровными. Трамбовка должна быть выполнена таким образом, чтобы на поверхности подушки не оставались следы от подошвы обуви. Что касается ее оптимальной толщины, то специалисты в области строительства рекомендуют делать ее высотой в 10-20 см.
Когда песчаная подушка будет создана, можно будет выстилать гидроизоляционный материал, например рубероид. Затем на него укладываются кирпичи, осуществляется армирование, монтирование опалубки и заливка бетона.
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.
Как защитить МЗЛФ от пучения на глинистых грунтах
Самый распространенный способ борьбы с пучинистыми почвами — заложение подошвы фундамента ниже отметки промерзания (определяется по СП 22.13330.2011). Но во многих регионах эта отметка находится слишком глубоко, стоимость строительства сильно увеличивается.
Комплекс мероприятий по защите МЗЛФ от пучения.
При устройстве мелкозаглубленного ленточного фундамента на пучинистых глинистых грунтах выполняют защитные мероприятия в комплексе. Руководствуются при этом п.11 СП 45.13330.2012
Важно одновременно предотвратить воздействие холода и влаги. Защита МЗЛФ выполняется в следующем порядке:
Подушка под фундамент из непучинистого материала. Назначается толщиной 30—50 см. Выполняется из крупного или среднего песка. Песок используют также для засыпки пазух по бокам фундамента. Такой подход позволит устранить действие пучинистых грунтов на боковую поверхность конструкции. Под песчаную подушку укладывают слой геотекстиля для предотвращения заиливания.
Устройство дренажа в уровне подошвы фундамента. Труба закладывается на расстоянии не более 1 м от боковой стенки ленты. Глубина назначается на 20—30 см ниже подошвы фундамента. Уклон дренажной трубы зависит от диаметра ее сечения.
Гидроизоляция и утепление вертикальной поверхности ленточного фундамента. Функцию изоляции для тепла и влаги может взять на себя экструдированный пенополистирол (например, пеноплекс). Материал крепят на всю высоту ленты, в том числе и цоколь. Использовать вместо пеноплекса более дешевый пенопласт запрещено. Он обладает гораздо меньшим ресурсом.
Утепленная отмостка. Этот элемент также выполняет функцию гидроизоляции, предотвращая попадание к фундаменту атмосферной влаги. Уложив под наружный слой отмостки пеноплекс, удастся предотвратить промерзание грунта в непосредственной близости от здания.
Ливневая канализация
При благоустройстве территории важно предусмотреть эффективный отвод лишней влаги с участка.
Необходимый уклон дренажных труб в зависимости от диаметра.
Устройство фундамента на глинистом пучинистом грунте выполняют в летний период
Важно загрузить конструкцию до наступления холодов. При вынужденной остановке строительства необходимо выполнить полный комплекс мер по консервации
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.
Теплоизоляция фундамента как способ избежать морозного пучения | ДОМ ИДЕЙ
Перекосы фундаментов, вызывающие трещины в стенах, которые обычно появляются в весенний период, доставляют владельцам множество неприятностей. Цена устранения подобных дефектов весьма высока.
Решение актуальной проблемы
В практике строительства и эксплуатации зданий довольно часто встречаются случаи повреждения конструкций силами морозного пучения грунта.
Большую часть наших грунтов составляют суглинки и глины. Они способны накапливать в себе воду, которая, замерзая, увеличивается в объеме.
Это влечёт за собой увеличение объема находящегося под фундаментом грунта. В результате возникают неравномерно распределённые по периметру конструкции усилия, выталкивающие фундамент. При оттаивании водонаполненные грунты становятся более пластичными, вызывая проседание фундаментов и, как следствие, перекосы стен подвала, появление трещин и локальных разрушений.
Особенно страдают от этого малозаглублённые фундаменты домов и различных пристроек, наружных лестниц и веранд, а так же отмостка и площадки перед домом. Подобные деформации могут происходить регулярно, из года в год, приводя к полному разрушению конструкций.
Традиционно для предотвращения подобных пучинистых явлений предпринимают дополнительные меры. Эти мероприятия предусматривают устройство под фундаментом песчаной и использование для обратной засыпки непучинистого грунта. Обычно подобную засыпку выполняют шириной м от стен в пределах глубины промерзания, составляющей в наших условиях в среднем 1,8-2 м.
При этом вблизи самой поверхности земли, под отмосткой стараются использовать материал, обладающий некоторой теплоизолирующей способностью, например, шлак. Стоимость подобных мер невысока, но полностью избавиться от проблемы, как правило, не удаётся.
Совсем исключить воздействие сил морозного пучения можно только путем ликвидации самой причины их возникновения, то есть промерзания грунта. Для этого нужно просто теплоизолировать грунт по всему периметру здания.
К подобной теплоизоляции предъявляются повышенные требования. Материал должен быть водонепроницаем, водостоек и достаточно прочен. Для подобных целей идеально подходит экструзионный пенополистирол, выпускаемый в виде строительных плит различной толщины.
С помощью подобной плитной теплоизоляции можно поддерживать положительную температуру грунтов, находящихся в основании здания и тем самым избежать воздействия пучинистых явлений на элементы фундаментов.
Применение экструзионного пенополистирола является предпочтительным из-за высоких прочностных характеристик самого материала, практически нулевого водопоглощения и, как следствие, продолжительной эффективной работе (более 50 лет) в грунтовых условиях.
Технология утепления фундамента и отмостки
Вокруг дома откапывают грунт на глубину 50-60 см. Ширина траншеи должна обеспечить укладку утеплителя. Исходя из того, что глубина промерзания грунта на Урале составляет примерно 1,8-2 м, рекомендуемая ширина полосы утеплителя в зависимости от типа грунта должна быть 1,5-2 м.
На схеме обозначены:
Внешняя стена.
Гидроизоляция.
Облицовка цоколя.
Отмостка.
Фундамент.
Экструзионный утеплитель.
Песчаная подушка
Обратная засыпка.
Первым делом на дно траншеи насыпают слой песка толщиной не менее 20 см, устраивают небольшой уклон песчаной подушки в сторону от фундамента и тщательно утрамбовывают. На песок укладывают плиты экструдированного пенополистирола.
Следует заметить, что помимо способности сохранять высокие теплозащитные характеристики в грунтовой среде, экструдированный пенополистирол является материалом, способным воспринимать достаточно большие нагрузки, даже дорожного покрытия вместе со стоящим на нём автомобилем.
Толщина плит принимается в зависимости от коэффициента теплопроводности утеплителя. Лучше взять с запасом, от 100 мм, укладывая плиты в два слоя.
Уровень потерь тепла через наружные углы значительно превышает теплопотери через прямолинейные поверхности, поэтому в зоне углов на расстоянии 1,5-2 м от угла укладывают утеплитель толщиной в 1,5 раза большей, чем по периметру.
Сверху утеплитель засыпают слоем песка толщиной не менее 30 см.
Немаловажное значение имеет тот факт, что предлагаемая технология может быть реализована как при возведении новых домов, так и в процессе эксплуатации существующих построек, причем размещение теплоизоляционного материала по периметру здания позволяет не только защитить грунт от промерзания, но и утеплить подвальные помещения и тем самым значительно снизить неоправданные потери тепла
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.
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.
