Морозное пучение

Морозное пучение грунтов – это враг номер один для строительных конструкций, а его причина это вода и мороз. Методы борьбы с пучением сводятся к устранинию факторов его вызывающих.

Что такое пучение грунта

Перекошенные дверные коробы, трещины на стенах и щели в оконных коробах – следствие деформационных влияний, оказываемых грунтом на основание дома.

Деформационные нагрузки почвы на основание происходят в результате сезонного промерзания грунта – так называемого морозного пучения.

Трещины в цоколе - характерный признак воздействия сил пучения на фундамент дома
Рис 1.1: Трещины в цоколе – характерный признак воздействия сил пучения на фундамент дома

Пучениеэто изменение объема почвы, происходящее в следствии замерзания грунтовых вод, которыми она пропитана.

Совет эксперта! Расширение объема почвы обуславливается тем, что номинальная плотность воды в жидком состоянии составляет 1000 килограмм на кубометр, тогда как плотность льда – 917 кг/м3.

При наступлении сезонных морозов происходит следующее: согласно законам физики масса жидкости после замерзания остается неизменной, однако ее объем расширяется почти на 9%, в результате это расширения влага оказывает давление на почву – поскольку движение почвы вниз невозможно, из-за высокой плотности нижерасположенных слоев грунта, грунт движется вверх и поднимает фундамент здания.

Почва, увеличившаяся в объеме в результате морозного пучения
Рис. 1.2: Почва, увеличившаяся в объеме в результате морозного пучения

Выделяют два характера воздействий морозного пучения на основание дома:

  • Вертикальное выталкивающее воздействие – происходит вследствие пучения слоев почвы, расположенных под основанием здания;
  • Касательное пучение – это выталкивающее воздействие, которое происходит вследствие пучения грунта, контактирующего с боковыми стенками фундамента.

 Морозное пучение грунта: почему оно возникает?

Механизм данного явления следующий:

voda uvelitilas v obeme

Замороженная вода увеличилась в объеме

– плотность (объемный вес) воды составляет 1000 кг/м3;

– плотность (объемный вес) льда –  916 кг/м3.

А это значит, что при одинаковой первоначальной массе вода    занимает меньший объём, чем лёд, примерно на 9%.

При отрицательных температурах содержащаяся в  водонасыщенном грунте вода превращается в лёд.

При этом масса льда осталась такой же, что и у воды. За счет разной плотности (объемного веса) превратившаяся в лёд вода значительно увеличивается в объёме, создавая тем самым  давление на грунт.

Испытывая колоссальное давление со стороны льда, грунту ничего не остается, как начинать двигаться. Вниз – не может, там достаточно плотные, ненарушенные слои, продавить их он не в состоянии. Остается один путь – вверх. Поэтому грунт наверх и выдавливается.

Стадии угрожающего явления

Территория Российской Федерации проходит по всей северной части Евразийского материка. По этой причине зимой всегда минусовая температура. В зависимости от конкретного региона, грунт может находиться в замершем состоянии в период от 2 до 9 месяцев.

Причины пучения грунтов

При этом можно различить несколько стадий пучения грунта:

  • I – предварительная. При этом грунт охлаждается до температуры, пока еще не равной для кристаллизации воды.
  • II – основанная. В этом случае вода уже начинает переходить в иное свое агрегатное состояние, превращаясь в лед. Соответственно, происходит ее объемное расширение, что, как нам известно, не сулит ничего хорошего.
  • III – переохлаждение. Здесь уже под воздействием мороза грунт сжимается. Впоследствии это приводит к резкому снижению температуры.

Только стоит учитывать, что перечисленные состояния носят условный характер, так как переход из одной стадии в другую происходит очень медленно. В то же время можно выделить еще один этап в процессе оттаивания грунта – его просадку.

Как правило, явление пучения наблюдается преимущественно в зимний период. По этой причине этот сезон не подходит для строительства, в особенности массового характера. Это обусловлено серьезной опасностью – очень высок риск, что возведенное строение будет разрушено очень быстро.

В особенности силу пучения грунта следует учитывать тем, кто проживает на Крайнем Севере. В этой местности нижние слои почвы промерзают намного сильнее, нежели в других широтах.

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.

Воздействие пучения грунта на плитный фундамент

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%
  • Твердая глинистая почва;
  • Гравелистые грунты не насыщенные водой;
  • Пески крупных и средние;
  • Грунты с большим содержанием горных пород.
Грунты, слабо подвергающиеся морозному пучению;
Расширение объема от 1 до 3.5%
  • Глинистая почва средней плотности;
  • Мелко-песчаные грунты;
  • Пылеватая глинистая почва с вкраплением горных пород в пределах 10-30% от массы глины.
Грунты со средней склонностью к пучению; Расширение объема от 3.5 до 7%
  • Пластичная глинистая почва;
  • Глинистая почва, суглинок и супесь с вкраплением горных пород свыше 30% от массы.

Грунты с высокой склонностью к пучению;

Расширение объема от 7%

  • 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

Что означает понятие «морозное пучение грунта»?

Морозное пучение – это процесс неравномерного поднятия насыщенной водой почвы вследствие увеличения ее в объеме при замерзании. При этом влага, находящаяся внутри грунта, значительно расширяется и разрывает изнутри структуру почвы.

Для того чтобы определить, присутствует ли на участке пучинистость грунта, приближенно вычисляют степень пучения по следующей формуле:

E = (H-h)/h,     где                    

Opredelenie stepeni puchinistosti grunta

Определение степени пучинистости грунта

E – степень пучинистости грунта;

H – высота грунта после вспучивания;

h – высота грунта до замораживания

В том случае, если значение E превышает 0,01, то можно говорить, что на данном участке пучинистость грунта присутствует.

Факторы, способствующие пучению грунта

Основные факторы влияющие на процесс расширения грунта:

  • Насыщенность водой. Чем выше уровень грунтовых вод на участке, тем более сильно проявляет себя пучение. Необходимо понижать уровень грунтовых вод если это возможно.
  • Количество осадков.
  • Глубина залегания подземных вод.
  • Температура и длительность заморозков.
  • Важно учитывать глубину промерзания грунта, которая во всех регионах разная.
  • Влажность воздуха.
  • Рельеф участка.
  • Тип грунта на участке. Это немаловажный фактор, так как сила морозного давления зависит от состава почвы и ее способности удерживать влагу.

Таблица: Глубина заложения фундамента с учетом видов грунта.

Виды грунтов Расстояние от поверхности планировки до уровня грунтовых вод в период промерзания Глубина заложения фундамента от поверхности планировки
Скальные и крупнообломочные грунты, а также пески гравелистые, крупные и средней крупности Любое Не зависит от расчетной глубины промерзания
Пески мелкие и пылеватые, а также супеси мелкой консистенции Превышает расчетную глубину промерзания на два метра и более
Пески мелкие и пылеватые, а также супеси независимо от их консистенции Менее расчетной глубины промерзания или превышает ее менее чем на два метра Не менее расчетной глубины промерзания
Супеси пластичной и текучей консистенции Любое
Суглинки и глины с твердой консистенцией Превышает расчетную глубину промерзания на два метра и более Не зависит от расчетной глубиныпромерзания
Суглинки и глины мягкопластичной консистенции Может назначаться менее расчетной глубины промерзания при условии защиты грунтов основания от увлажнения поверхностными водами, а также от промерзания в период строительства и эксплуатации
Суглинки и глины текучепластичной и текучей консистенции Любое Не менее расчетной глубины промерзания
Суглинки и глины независимо от их консистенции Менее расчетной глубины промерзания или превышает ее менее чем на два метра

Другие причины пучения грунтов

На интенсивность пучения могут оказывать влияние различные факторы, среди которых можно упомянуть и такие:

  • Продолжительность зимнего периода и его интенсивность (суровость).
  • Толщина снега.
  • Характеристики грунта.
  • Количество осадков за сезон.
  • Уровень влажности воздуха.
  • Характер рельефа местности.
  • Растительность.
  • Глубина залегания подземных вод.
  • Расположение местности по отношению к южной стороне.

Поскольку строения могут получить очень серьезный урон от пучения, то возведение его фундамента должно производиться ниже глубины промерзания грунта. Данная величина находится в прямой зависимости от той местности, где планируется строительство домов.

Стоит отметить, что средиземная влажность грунта является основополагающим фактором, который в большей степени оказывает влияние на интенсивность пучения. В то же время не следует скидывать со счетов и плотность нижних слоев грунта. А ведь от этого параметра также многое зависит.

Деформация от пучения грунта

Чем плотнее почва, тем меньшей деформации будет подвергнуто здание. В противном случае морозное пучение грунтов будет происходить более интенсивно, что не сулит ничего хорошего.

Чем пучение почвы опасно для фундамента

Пучение грунта приводит дом в аварийное состояние

При проектировании зданий необходимо учитывать величину и интенсивность пучения. Эти факторы имеют важное значение для регионов, где промерзающий слой достигает значительной глубины. Чтобы произвести расчет основания дома и выбрать подходящий тип фундамента необходимо провести инженерно-геологическое обследование участка. Для изучения копается шурф и выполняется забор почвы. Оценивается состав грунта, его свойства, несущая способность.

Замерзшая почва прочно прикрепляется к основанию дома. Ее воздействие на боковую часть фундамента называется касательной силой пучения. Увеличение размеров поверхности соприкосновения и рост промерзшего слоя может привести к перемещению основания вместе грунтом. Боковое давление приводит к сдвигу по горизонтали.

Вертикальное воздействие заставляет конструкцию подниматься. После оттаивания движение возобновляется в обратном направлении. Если фундамент построен без учета этих факторов, за несколько сезонов стены покрываются трещинами, перекрытия деформируются, перекашивается кровля. Дом приходит в аварийное состояние.

В группе риска легкие деревянные и каркасно-щитовые постройки. Их нагрузка уступает приложенным природным силам пучения. Разрушительное действие хорошо заметно при устройстве монолитных ленточных фундаментов и столбчатых фундаментов без армирования. Лента может треснуть, разорваться, столбы наклониться. На пучинистых грунтах специалисты советуют обязательно устраивать армирующий каркас, усиливающий основание.

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.

Схема уплотняющей подсыпки под ленточный фундамент

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.

Комплексная защита фундамента от пучения грунта

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.

Способы минимизации ущерба

Теперь нам ясно, что величину пучения грунта не следует недооценивать. Но как избежать неприятных последствий, которые могут представлять серьезную угрозу для жизни людей? Для этого существует несколько способов. Но поскольку пучение почвы во многом связано с воздействием на фундамент, то большая их часть подразумевает способы его укрепления либо изоляции. Рассмотрим оптимальные варианты решения такой непростой проблемы.

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.

Строительно-конструктивные методы

Свайный фундамент

Бороться со вспучиванием можно, приспосабливая конструкцию фундамента к сложным условиям. Такие меры обоснованны, когда другими способами невозможно или очень дорого справляться с действием пучения.

Строительство свайного фундамента

Свайное основание – распространенный вариант для морозоопасных грунтов. Опорные элементы для него бывают металлические, бетонные и железобетонные. По способу установки они делятся на:

  • винтовые;
  • забивные;
  • набивные.

Сваи устанавливаются на глубину ниже точки промерзания, что нивелирует действие вертикального вспучивания. Наибольшее распространение получили винтовые элементы, отличающиеся доступной стоимостью и скоростью монтажа.

Правильная глубина заложения

Отметка заложения фундамента на глинистой почве и суглинках должна находиться ниже уровня промерзания. Показатель по всем регионам России можно найти в специальной справочной таблице. Противоположный вариант – мелкозаглубленный фундамент. Конструкция не сопротивляется силам пучения, а двигается с ними. Такое основание называют плавающим. Они закладываются на небольшую глубину – от 30 до 70 см.

Обработка конструкции

Боковая поверхность столбчатого основания и стен подвала покрывается специальным составом, уменьшающим примерзание почвы. Это может быть битумная мастика, вещества, образующие полимерную пленку, рубероид. Гладкая поверхность без шероховатостей менее подвержена сцеплению с грунтом. Процедура позволяет уменьшить касательное действие сил пучения.

Морозное вспучивание негативно воздействует на конструктивные части зданий, вызывая деформацию и повреждения. Чтобы сократить расходы на ремонт, необходимо заранее принять меры по защите фундамента от пучинистого грунта.

Процедура замены грунта

Данный способ работает только при заложении фундамента – под основание укладывается песочная подушка. Причем она должна быть заметно шире самого фундамента здания. Затем она хорошо трамбуется и уплотняется. Благодаря такой подушке обеспечивается равномерное распределение всей нагрузки на основание. К тому же слой пучинистого грунта снижается, следовательно, и сила природного явления тоже становится слабее. Вдобавок песчаная подушка обладает амортизационными свойствами.

Вот на что способна сила природы – пучение грунта

Ко всему прочему специалисты рекомендуют во избежание деформации от пучения грунта засыпать непучинистым грунтом область между опалубкой после ее снятия и почвой. Такая мера позволит избежать примерзания грунта к стенкам фундамента.

Только спустя какое-то время песок в обратной засыпке (включая подушку) может смешаться с глиняными частичками, теряя свои непучинистые свойства. Во избежание этого песчаная подушка и обратная засыпка должна быть отделена пленкой, рубероидом или фильтрующей тканью.

Монолит

Формирование плитной конструкции позволит утяжелить здание, что, в свою очередь, позволит свести к минимуму воздействие грунта на фундамент. Конечно, полностью исключить влияние морозного пучения на монолитную плиту высотой более 200 мм, утопленной в землю, не получится. В то же время в результате пучения грунта основание будет просто равномерно подниматься на малую высоту в зимнее время. С потеплением фундамент вернется в исходное положение.

С технической точки зрения реализация плитного фундамента несложна. Определенные трудности обычно возникают при операции армирования. К тому же способ этот довольно затратный.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...