Морозное пучение грунтов и его влияние на фундамент

Грунт имеет свойство пропускать и накапливать влагу, которая при замерзании превращается в лед. При этом может возникать такое неприятное явление как морозное пучение — деформация грунта под влиянием сил, образующихся в результате расширения воды. Посредством грунта эти силы агрессивно воздействуют на фундамент и строительное сооружение. Если основание и строительная конструкция недостаточно тяжелые и прочные, возможны подвижки и разрушения, который порой приводят к самым плачевным последствиям.

Морозное пучение в разных видах грунта

Пучение грунта — явление физическое, возникающее в холодное время года, при минусовых температурах. Оно особенно опасно в водонасыщенных почвах, содержащих большой объем влаги. Чем больше воды, тем сильнее проявляется расширение и тем выше поднимается грунт. При потеплении лед превращается обратно в воду и грунт оседает. Но, поскольку грунтовая масса редко бывает однородной, то и подъем-оседание грунта происходит неравномерно. Силы давления по-разному воздействуют на части фундамента, отчего происходят деформации.

Не всегда морозное пучение заметно и разрушительно. В пористых грунтах негативное влияние нивелируется тем, что силы давления распространяются в горизонтальном направлении. Оттого воздействие на фундамент бывает минимальным. В сильно пористых почвах пучение и вовсе отсутствует — в том случае, если вода свободно уходит вглубь ниже уровня промерзания.

Глинистые грунты, как правило, сильно насыщены влагой. Вода в них распределена неравномерно, особенно если глина перемежается с песчаными и другими прослойками. В подобных условиях пучение наверняка способно оказать вред строительному сооружению, если его фундамент недостаточно мощный и глубокий.

Меры борьбы с пучением и предохранение грунта

Эффективным способом преодоления негативного воздействия сил морозного пучения считается создание тяжелого фундамента, устанавливаемого на достаточную глубину — ниже уровня промерзания. Причем этот уровень в разных регионах может значительно различаться, поэтому при проектировании строительства важно знать специфику местного климата.

СНиП рекомендуют принимать во внимание уровень промерзания для всех регионов. По строительным правилам, глубина заложения фундамента должна быть ниже глубины промерзания грунта, поэтому ниже будут приведены данные для близлежащих регионов:

— уровень промерзания в Москве и Московской области составляет 120 см;

— для Красноярска и Красноярского края уровень промерзания составляет 210 см, а если это пески средней и большой крупности, тогда до 230 см.

— для Иркутска и Иркутской области эта величина составляет 250 см.

— для Омска — 220 см.

— для Республики Бурятия уровень промерзания составляет 250 см.

— для Забайкальского края 220-260 см.

Одного лишь большого заглубления фундамента в грунт недостаточно. Дело в том, что силы пучения действуют не только вертикально, но и по касательной.

Происходит это следующим образом: грунт примерзает к внешним стенкам фундамента и, тем самым, давит на него, провоцируя деформацию. Сила давления достигает 5-7 тонн на 1 м2. Вот почему основание здания должно быть тяжелым и прочным: его заливают бетоном, а внутри устраивают армирующий каркас.

Альтернативные способы предохранения грунта от промерзания:

теплоизоляционные работы;
рыхление грунта.

Чтобы предохранить землю от промерзания зимой, до наступления холодов производят утепление грунта. Для этого может осуществляться утепленная отмостка: по всему периметру фундамента укладывается теплоизоляционный материал (например, пенопропилен), а сверху делают бетонную стяжку. Благодаря этому площадь под зданием лучше прогревается сверху, а уровень промерзания значительно сокращается. В результате строительные конструкции не испытывают большого давления снизу. Это позволяет закладывать мелкозаглубленные фундаменты (40-50 см) даже в условиях сурового климата.

Еще один способ защитить грунт от морозов — предварительное рыхление. Земля разрыхляется плугами на глубину 35 см, а также боронуется. В дальнейшем возможно укрытие разрыхленного грунта снежными массами, что обеспечивает максимальный эффект теплоизоляции при таком подходе.

Пучение грунта

Пучение грунта — что это
Какие виды почвы имеют склонность к пучению
Негативные влияния пучения грунта на фундамент
Как уменьшить влияние пучения на фундамент дома

Вы узнаете что такое пучение грунта, какие почвы склонны к пучению, а так же подробно о негативном влиянии пучения на грунт и как его уменьшить. Подробно о пучении грунтов на странице.

Пучение грунта — что это

Пучение — это сезонное увеличение объема грунта, спровоцированное заледенением грунтовых вод, которыми он пропитан.

Читайте: Как украсить ванную комнату своими руками

В результате воздействия сил пучения на основание дома происходит выталкивание постройки из грунта, что становится причиной деформации стен — перекашивания дверных и оконных проемов, их растрескивание, разрушение цокольного перекрытия и самого фундамента.

При промерзании грунтовых вод влага, не меняя своего удельного веса, увеличивается в объемах на 2-9.5%, вместе с ней расширяется и грунт. Поскольку глубинные пласты почвы имеют высокую плотность, и под воздействием давления они не сжимаются, единственный способ расширения для пучинистого пласта грунта — движение вверх. Под воздействием такого расширения фундамент, если силы пучения не уравновешиваются массой самого здания, попросту выжимается из грунта.

Все нагрузки от пучения почвы, которые переносит фундамент, в зависимости от характера воздействий классифицируются на две группы:

Вертикальные нагрузки — передаются на опорную подошву фундамента от расположенного под ней пласта почвы;
Касательные нагрузки — передаются на боковые стенки фундамента от соприкасающейся почвы.

Какие виды почвы имеют склонность к пучению

К почве, подверженной морозному пучению, относятся все виды грунта, в составе которых содержатся мелкие пылеватые частицы, склонные к связыванию и удерживанию грунтовой либо поверхностной влаги. В целом, чем более водонасыщенным является грунт, тем сильнее будет его пучение.

Представляется вашему вниманию классификацию пучинистости почвы в соответствии с ГОСТ №25100:

· Сухие гравелистые породы;

· Песчаная почва средних и крупных фракций;

· Почва с большим количеством каменистых вкраплений.

· Мелкофракционная песчаная почва;

· Глинистый пылеватый грунт с каменистыми вкраплениями 15-30% от общей массы;

· Пылеватый песчаный грунт насыщенный водой.

Отметим, что силы пучения могут быть дополнительно увеличены сторонними факторами, такими как сезонное поднятие грунтовых вод либо обильные атмосферные осадки в осеннее время, в результате которых влагой пропитывается более толстый пласт почвы.

Негативные влияния пучения грунта на фундамент

Деструктивное воздействие на основание дома оказывают не только выталкивающие нагрузки, провоцируемые морозным пучением, но и возвращение грунта к своим первоначальным объемам, которым сопровождается оттаивание влаги.

При наступлении холодов содержащаяся в почве влага замерзает и увеличивает свой объем, что приводит к выталкиванию фундамента на поверхность и его деформации. Когда морозы заканчиваются вода оттаивает, плотность почвы уменьшается и она сседается до объемов, на 1-2% меньше первоначальных, из-за чего здание дополнительно просаживается.

Как уменьшить влияние пучения на фундамент дома

Зная , что на отведенном под строительство участке доминирует пучинистый грунт, крайне важно правильно подойти к выбору фундамента. Как уже было сказано, наибольшее деструктивное воздействие на основание дома оказывают вертикальные силы пучения, которые передаются на опорную подошву фундамента от расположенных под ней пластов почвы.

Пучению подвергается поверхностный шар грунта, промерзающий в зимний сезон. Для каждого региона глубина промерзания почвы будет разной, как правило она не превышает 1.5-2 м. Чтобы свести к нулю воздействие вертикального пучения на основание, опорную подошву фундамента необходимо закладывать ниже промерзающего пласта грунта.

Рис. 1.5: Карта промерзания почвы на территории России

В таком случае на фундамент дома будут действовать лишь касательные силы, которые уравновешиваются нагрузкой, исходящей от массы самого здания.

Проблема в том, что закладка ленточного либо плитного фундамента ниже глубины промерзания почвы — крайне затратный в финансовом плане процесс, поскольку на ленту высотой в 2 метра требуется огромное количество расходных материалов — бетона и арматуры.

В низко и среднепучинистых грунтах допустимо закладывать фундаменты ленточного и плитного типа, однако их обустройство должно в обязательном порядке сопровождаться формированием под опорной подошвой основания уплотняющей подушки из песка и гравия.

Данная подсыпка заменяет пласт пучинистой почвы на грунт, не склонный к увеличению своего объема, что уменьшает силы действующего на фундамент вертикального пучения. Толщина подсыпки подбирается исходя из степени пучинистости почвы, она может варьироваться в пределах от 20 до 50 см.

Чтобы уменьшить касательные нагрузки на фундамент в сильнопучинистом грунте, расширение которого превышает 7% от первоначального объема, производится замена почвы по контуру стенок фундамента на песок. Ширина заменяемого пласта — от 50 до 100 см. При этом стенки и дно котлована, в который засыпается песок, устилаются гидроизоляционным материалом — стеклохолстом либо геотекстилем, что предотвращает пропитывание подсыпки грунтовой влагой.

Читайте: Как обустроить квартиру, если в семье появилась кошка

Полезные материалы

Устройство свай

В данной публикации приведена информация о технологии обустройства фундаментов из буронабивных , буроинъекционных , винтовых и забивных свай .

Несущая способность грунта

Такое свойство грунта как его несущая способность — это первоочередная информация, которую необходимо выяснить на подготовительном этапе строительства фундамента.

Устройство фундамента на пучинистых грунтах

Строительство на пучинистых грунтах всегда требует особого подхода к выбору фундамента. Силы пучения грунта способны разрушительно воздействовать.

Как бороться с морозным пучением в строительстве

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

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.

Методы борьбы с пучением

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

Назначение глубины заложения

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

Карта глубины промерзания, может использоваться для справки, в настоящее время глубина заложения рассчитывается с помощью специальной методики.

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

Читайте: Срок высыхания виниловых обоев после поклейки

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

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

Тип почвы	Залегание УГВ на глубине более 2 м от поверхности	Залегание УГВ на глубине менее 2 м от поверхности
Условно непучинистый:

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

Дренаж

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

Дренаж вокруг фундамента.

Замена грунта

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

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

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

Утепление

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

вертикальная защита наружной части фундамента;
теплая отмостка.

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

Теплая отмостка включает в себя следующие слои:

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

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

Гидроизоляция

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

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

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