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.
В статье мастер сантехник расскажет о особенностях строительства на пучинистых грунтах.
Особенности пучинистых почв
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. 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».
Варианты пучения:
- Если влага распределяется равномерно по вертикали почвы, пучение проявляется на уровне 3%;
- Неравномерное движение потоков ведет к увеличению набухания до 10-25%.
Конструкции фундаментов поднимаются от вздутия грунта, но весной при оттаивании не могут осаживаться вместе с землей в обратном направлении, возникает эффект выпучивания опор (столбов, монолитных и сборных лент). В торфяниках возникают долговременные бугры вспучивания, которые образовываются разными способами.
При зимней оттепели мигрируют грунтовые воды, которые впоследствии замерзают. Такое явление повторяется многократно и ведет к появлению объемных ледяных шаров. Бугры растут со скоростью до 10 – 20 см за год. Рыхлые грунты зимой смерзаются с телом вкопанного фундамента, а весной поднимают его. Полость под опорой наполняется жидкостью или разжиженным грунтом. Процесс повторяется несколько лет и ведет к обрушению дома т.к. фундамент теряет все свои несущие свойства.
Как определить тип почвы
Полевые изыскания грунта включают инструментальные исследования и наблюдения за поведением закрепленных глубинных маркеров (реперов). Применяют приборы (пучиномеры), которые содержат в конструкции термоизоляционный контейнер для грунта с образцом опоры и датчики измерения сдвига.
Склонность земельного слоя к вздутию называют степенью морозной пучинистости. Ее находят по формуле:
F = (R – r) / r
Где:
- F — степень пучения;
- R — высота набухшего слоя;
- r — высота образца до замерзания.
К пучинистым относят почвы, показатели которых больше 0,01, такие породы увеличивают объем больше чем на 1 см при глубине промерзания 1 м.
Оценка грунта заключается в исследовании опытного фундамента с анкерными элементами для противодействия пучению. Измерительный прибор имеет пружинистый элемент, деформации которого показывают уровень вздутия. Линейные размеры сдвига фиксируют датчики и детекторы.
Есть методы определения степени пучинистости грунта без нарушения целостности образцов под действием сил деформации. Информативные датчики не вводят в землю, приборы не контактируют со слоем почвы.
К таким исследованиям относят:
- Гаммаскопию;
- Ультразвуковой рентген;
- Лазерный способ.
Такие приборы фиксируют сдвиги и перемещения минеральных частиц при деформации на расстоянии, но для считывания и работы с показателями требуются специальные технические знания и умения.
При возведении частного дома заказывают лабораторное изучение образца земельного слоя на участке. Анализ занимает некоторое время, но в результате выдается официальное заключение и сертификат о составе и свойствах грунта в месте строительства, что помогает правильно возвести фундамент.
Есть грубая оценка, которая по гранулометрическому строению заведомо определит непучинистый грунт. Среднее тестирование проводят по формулам. Точный результат получают по итогам полевого изыскания или лабораторного исследования.
Классификация грунтов по типу вспучивания
Зимой вспучивание имеет такую мощность, что поднимает опорное основание вместе со зданием, при этом весной приподнятое строение не возвращается в привычное положение. Плотность ледяного вкрапления составляет 916 кг/м³, аналогичный показатель воды — 1000 кг/м³. Это говорит о том, что объем льда больше кубатуры воды на 9%, поэтому создается дополнительная нагрузка на структуру земляного слоя. Грунт движется под действием силы давления, но не может сдвинуть глубоко лежащие пласты, а поднимает верхнюю часть вместе с постройкой.
Классификация пучинистых грунтов:
- Непучинистые;
- Слабопучинистые;
- Среднепучинистые;
Перечень основывается на размере показателей текучести и коэффициента содержания влаги. Слаботекушие имеют предел текучести 0 – 0,25, коэффициент содержания воды — 0,6 – 0,8. В категорию попадают крупнообломочные породы с песчаным наполнителем, которого должно быть не больше 30% от массы.
К среднепучинистой группе грунта относят глины, супеси со значением текучести 0,25 – 0,5, пылеватый и мелкий песок — текучесть 0,8 – 0,93 и обломки пород, в которых есть больше 30% песчаного заполнителя. Сильно пучинистые представлены грунтами с текучестью глины свыше 0,5, степенью пучинистости больше 0,07 и влагонасыщенными песками с коэффициентом воды свыше 0,95.
Мороз вспучивает больше всего глины, которые увеличивают объем до 15%. Пески, особенно скальных и каменистых пород, практически не вздуваются при заморозках. Разница состоит в том, что глина удерживает воду внутри структуры, а песок пропускает ее между мелкими частицами.
Склонность к вздутию зависит от химического и минерального состава. Каолинитовые породы менее подвижные, чем монториллонитовые почвы. Грунты с большим содержанием калия являются хорошим основанием под фундаменты.
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:
- Гидроизоляция. Она не только защищает фундамент от негативного воздействия влаги, но и создает между грунтом и бетонной конструкцией промежуточный слой, который ухудшает сцепление. В этом случае грунт будет частично скользить по поверхности фундамента, а значит, снизится и давление на него.
- Теплоизоляция. Это все тот же промежуточный слой.
- Дренаж. Эффективный способ понизить уровень пролегания грунтовых вод, что снизит концентрацию влаги внутри грунта на глубине заливки фундаментной конструкции.
- Отмостки. Здесь не только надо выдерживать их ширину, но и попробовать провести утепление. К примеру, засыпать под бетонный раствор слой керамзита толщиною не меньше 15 — 20 см. Отмостки выполняют функции отвода атмосферных осадков, утеплитель будет сдерживать проникновение низких температур.
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.
Типы оснований
При уровне воды в грунте ниже высоты промерзания почвы, используют монолитный ленточный фундамент с увеличенной подошвой. Площадь опирания становится больше, что позволяет равномерно распределить давление. От ленточных оснований необходимо отвести воду, посредством укладки песчаной подушки и дренажных труб.
Еще одним вариантом является мелкозаглубленный ленточный фундамент. Такой тип основания лучше применять под легкие дома из дерева. Почва должна содержать минимальное количество глинистых частиц и уровень грунтовых вод располагаться ниже основания. Этот тип фундамента связывают в жесткую конструкцию, для распределения воздействия грунта по всей длине ленты. При данном варианте возникают большие усилия на изгиб, поэтому устраивают два арматурных пояса. Мелкозаглубленное ленточное основание представляет собой общую плавающую систему, невосприимчивую к незначительным воздействиям от почвы.
При большом давлении от будущего дома, наличием пучинистых грунтов и не высоким залеганием грунтовых вод, выбирают плитный фундамент. В большинстве случаев он является дорогим, но и самым устойчивым. Этот тип основания представляет собой плавающую плиту, на которой возможно строительство большого дома. Возможно выполнение плавающей плиты в виде бетонной ленты.
Плавающий фундамент хорошо подходит для строительства на глине. Нагрузка от дома равномерно распределена, и при размытии или сдвиге земли будет смещаться вся плита полностью. Плавающая плита устраивается не глубоко, но обязательно на песчано-гравийной подушке.
Для фиксации сваи связывают брусом или швеллером. Брус применяют для деревянных домов, стены которых изготовлены из бревна или бруса. Если стены кирпичные или из пенобетона, то применяют швеллера. На сваи надевают специальный оголовок, и брус связывают с помощью отверстий в нем.
Выбрать плавающий столбчатый фундамент под здание на глине решается не каждый. Его можно применять только для деревянных домов. Вместо монолитной конструкции применяют блоки ФБС или кладку из стеновых блоков. Из-за малой опорной поверхности бревна, нижние венцы сруба делают из бруса, уменьшают шаг столбов, предотвращая смятие древесины. Для данной конфигурации применяют как плавающую плиту, так и бетонную ленту.
Большое распространение получило строительство дома из пеноблоков. Его можно отнести к легким материалам, с минимальным давлением на почву по сравнению с кирпичом или бетоном. Для домов из пеноблоков фундамент применяют мелкозаглубленный ленточный и свайный.
В продолжение темы посмотрите также наш обзор Как поднять уровень земли на участке