Морозное пучение фундамент глубина промерзания

Морозное пучение грунта: влияние на фундаменты

Фундамент считается самым ответственным элементом любого здания и сооружения, от прочности и надежности которого зависит не только долговечность всего здания, но и безопасность его эксплуатации.

Однако, вопреки распространенному мнению, фундамент не держит дом. Являясь таким же конструктивным элементом, как и другие части здания (стены, перекрытия, крыша), он только выполняет свою основную функцию – передает нагрузку от всего дома на основание (грунт). А уже грунт, выполняющий роль основания, держит весь дом.

Следовательно, основанием называется грунт, который располагается непосредственно под фундаментом здания и воспринимает от него всю нагрузку.

При выборе типа фундамента большое значение имеет, какие грунты являются его основанием. Особенно актуальный для малоэтажного строительства вопрос: являются ли эти грунты пучинистыми и если да, то в какой степени?

Явления пучинистости грунта составляют серьезную опасность для фундаментов малоэтажных зданий. Возникают эти явления, как правило, во влагонасыщенных и влажных пылеватых, мелкопесчаных и глинистых грунтах (супесях, суглинках, глинах) при их сезонном (зимнем) промерзании. Масса грунта, насыщенная водой, при замерзании значительно увеличивается в объёме. Это явление и получило название «морозное пучение грунта».

Морозное пучение грунта: почему оно возникает?

Механизм данного явления следующий:

Замороженная вода увеличилась в объеме

– плотность (объемный вес) воды составляет 1000 кг/м 3 ;

– плотность (объемный вес) льда – 916 кг/м 3 .

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.

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:

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.

Классификация грунтов по степени подверженности пучению

По степени пучинистости грунты делятся:

Грунты сильнопучинистые и чрезмернопучинистые

(пучение около 12%)

К этой группе относятся мягкопластичные глинистые грунты, а также пески пылеватые и мелкие, насыщенные водой.

Пучение у таких грунтов составляет около 12%, а это значит, что при глубине промерзания 1,2 метра пучение для сильнопучинистых грунтов составит: (1,2·12)/100 = 0,144 м, т.е. 14,4 см.

Грунты со средней пучинистостью

(пучение около 8%)

К этой группе относятся тугопластичные глинистые грунты, насыщенные водой гравелистые, крупные и средние пески (при высоком уровне грунтовых вод), а также крупнообломочные грунты с мелким пылеватым заполнением более 30% по массе.

Пучение у таких грунтов составляет около 8%, а это значит, что при глубине промерзания 1,2 метра пучение для среднепучинистых грунтов составит: (1,2·8) /100=0,096 м, т.е. 9,6 см.

Грунты со слабой пучинистостью

(пучение около 4%)

К этой группе относятся полутвердые глинистые грунты (можно копать лопатой в сухом состоянии), средневодонасыщенные пески (гравелистые, крупные и средние), а также крупнообломочные грунты с мелким пылеватым заполнением 10-30% по массе.

Пучение у таких грунтов составляет около 4%, а это значит, что при глубине промерзания 1,2 метра пучение для слабопучинистых грунтов составит: (1,2·4) /100=0,048 м, т.е. 4,8 см.

Практически непучинистые грунты

К этой группе относятся твердые глинистые грунты, маловодонасыщенные пески (гравелистые, крупные и средние), скальные и крупнообломочные грунты (каменистые, галечные и валунные) с заполнением крупнообломочной фракцией более 90%, а также сухие мелкие и пылеватые пески, если в них пылеватых частиц (мельче 0,05мм) менее 15% по массе.

Пучение у таких грунтов практически отсутствует.

Как самостоятельно определить степень пучинистости грунта на участке под застройку, а также уровень грунтовых вод, смотри в материале “ Как своими силами определить степень пучинистости грунта “

Действие сил морозного пучения на фундамент

Силы морозного пучения действуют не только на подошву фундамента, но и на его боковые стенки, так как увеличение грунта в объёме происходит вокруг всего фундамента, а не только под его подошвой.

Следовательно, вся сила морозного пучения грунта раскладывается на две составляющие:

Вертикальная и касательная силы морозного пучения грунта

• нормальная(вертикальная) сила морозного пучения, действующая на горизонтальную подошву фундамента;

• касательная сила морозного пучения , действующая на вертикальные стенки фундамента.

Грунт, находящийся вокруг фундамента, зимой примерзает к его подошве и стенкам. Двигаясь вверх, грунт тянет за собой и весь фундамент.

По мере заглубления фундамента нормальная (вертикальная) сила морозного пучения, действующая на горизонтальную подошву фундамента, уменьшается.

Но, одновременно с тем, увеличивается в размерах и боковая (вертикальная) стенка фундамента, а значит, действующая на неё касательная сила морозного пучения также возрастает.

Причем, сила эта может быть настолько велика (достигать 5-7 тонн на квадратный метр), что способна практически выдавить из грунта фундамент дома, выполненного из легких конструкций, вес которых слишком мал, чтобы противодействовать этим силам.

Следовательно, заглубление фундамента малоэтажного дома на глубину, ниже промерзания грунта, вовсе не гарантирует его устойчивость к силам морозного пучения: не будет вертикальной силы, действующей на подошву, зато многократно увеличится касательная сила, действующая на стенку.

Влияние сил морозного пучения грунта на конструкции зданий

Особенно большую опасность влияние морозного пучения грунта представляет для фундаментов лёгких зданий.

Последствия действия этих сил на дома с различной конструкцией стен:

– в каркасных и панельно-щитовых деревянных домах возникают перекосы стен, дверных проёмов и окон;

– в деревянных домах, сложенных из бруса или бревна – те же последствия, что и в каркасных, но в гораздо меньшей степени, так как такие дома представляют собой довольно жесткую конструкцию;

– в кирпичных домах в стенах могут появиться трещины вследствие того, что фундамент под зданием поднимается неравномерно – с одной стороны больше, с другой – меньше.

Какие же фундаменты применять?

В современном малоэтажном домостроении применяются следующие виды фундаментов:

Фундамент глубоко заглубленный

Глубоко заглубленный фундамент , подошва которого заглублена ниже глубины промерзания грунта на 15-20см. Как правило, ленточный, сборно-монолитный (лента монолитная, стены – из сборных блоков). На его подошву не действуют нормальные (вертикальные) силы морозного пучения, зато на стенку действие касательных сил – максимально.

Применяется для строительства тяжелых 2-3 этажных кирпичных, каменных или бетонных домов, вес которых уравновешивает действие касательных сил морозного пучения, что исключает необходимость армирования вертикальных стенок фундамента и делает возможным применение сборных фундаментных блоков.

Мелко заглубленный фундамент , подошва которого заглублена на 50-60см от поверхности земли. Как правило, ленточный монолитный, армированный или без арматуры.

В этом случае действие на подошву фундамента нормальных (вертикальных) сил морозного пучения – максимальное, зато минимально действие их касательных сил на боковые стенки фундамента. Применяются такие фундаменты для строительства облегченных каркасных, щитовых, брусовых и бревенчатых деревянных домов.

Источник

Что такое морозное пучение и глубина промерзания грунта?

Это понятия, смысл которых стоит понимать любому человеку, решившему самостоятельно возводить фундамент. Так же будет полезным для того, кто решил привлекать специалистов.

Морозное пучение

Морозное пучение — процесс превращения в лед воды, которая содержится в грунте. Всем известно, что вода, превращаясь в лед, увеличивается в объеме. Поскольку поздней осенью вода в грунте содержится в большом объёме из-за дождей и периодически выпадающего и оттаивающего снега, то, промерзая, верхний слой земли увеличивается в объеме (профессионально говорится «вспучивается»). Так как вспучивающемуся грунту необходимо куда то деваться, то он расширяется вверх.

В результате зимой поверхность земли приподнимается в среднем на 5–10 см, максимум может достигать в Московской области 15 см.

Первая неприятность состоит в том, что если фундамент расположен на поверхности грунта (т.е. не заглублен), грунт приподнимает фундамент, а вместе с ним все строение целиком. Главная проблема этой ситуации – неравномерность пучения под домом, то есть один угол фундамента может поднять на 5 см, а другой на 10 см. Почему? Здесь много факторов:
— сам по себе состав грунта под строением может существенно разниться

— один угол получает много солнечного света и тепла, а противоположный наоборот пребывает дольше в тени

— грунт под одним углом дома сильнее увлажняется, чем под другими углами в результате стока воды от дождей или из-за рельефа участка

Вслед за фундаментом деформируется всё строение.

В стенах из кладки образуются трещины (особенно заметно, если нет армопояса, а в доме из бруса не открываются или не закрываются двери и окна, начинаются течи или сквозняки). Весной, когда промерзший грунт оттаивает и лёд снова превращается в воду, поверхность грунта садится обратно, разумеется вместе с фундаментом и строением.

Вторая неприятность заключается в том, что весной, когда грунт оттает и сядет, поверхность земли не будет в точности копировать геометрию прошлого лета. А это означает, что фундамент и строение не займут уже никогда исходную форму и будут всегда существовать с некоторым искривлением, от года к году претерпевая новые деформации. Разумеется, этот процесс изнашивает постройку, существенно сокращая долговечность дома, доставляет неудобства при эксплуатации и проживании. Негативный результат от промерзания может появиться сразу первой зимой, но воздействие промерзания особенно заметно с течением длительного времени.

Но, есть немало примеров, когда лёгкие дома на незаглубленных фундаментах в Московской области не испытывают подобных проблем или испытывают их в приемлемой степени, и это не редкость. Дело в том, что степень пучения может быть разной и зависит от многих факторов, и да же может меняться от год от года. Поэтому, пучинистость грунта делится на 5 степеней:

• непучинистый,
• слабопучинистый,
• среднепучинистый,
• сильнопучинистый,
• чрезмернопучинистый.

Примерную степень пучения на участке может определить любой человек. К слабопучинистым относятся места на возвышенностях, с низким уровень грунтовых вод, и там где залегают песчаные (быстрофильтрующие воду) грунты. У чрезмернопучинистых всё наоборот – это места в низинах, там где есть обводненные, болотистые, водовмещающие глинистые грунты, когда вода стоит на штыке–двух лопаты круглый год. В завершение стоит сказать, что каждый участок может перемещаться в соседнуюю категорию по пучинистости в зависимости от погодных условий конкретного года. Чем меньше осадков было осенью, чем меньшее количество раз таял снег за осень и зиму – тем менее вспученным будет грунт. В таблице ниже вы сможете найти общие рекомендации по заглублению фундаментов в зависимости от типа грунта:

Ниже в таблице вы найдёте процент расширения грунта в зависимости от его типа (песчаные грунты в таблице не представлены, поскольку в большинстве случаев не являются пучинистыми)

Глубина промерзания грунта

Глубина промерзания грунта — это та глубина, на которую может промерзнуть грунт зимой. Эта глубина определяет границу, ниже которой рекомендуется располагать подошву фундамента (Подошва фундамента — это низ монолитной части без подбетонки) или «анкерные» элементы фундаментов (уширение свай ТИСЭ, лопасти винтовых свай и т.д.). Есть нормативная глубина промерзания, представленная на карте.

Но, фактическая глубина промерзания может быть значительно меньше или больше указанной на карте. Рассмотрим причины:
1. В первую очередь важна разновидность грунта, залегающего на участке. Ниже приведена таблица с глубиной промерзания различных типов грунтов, в частности для городов Московской области.

Появляется логичный вопрос – почему, принимается 140 см для Московской области, когда в таблице присутствуют куда большие значения? Дело в том, что глубоко промерзают именно песчаные грунты, которые пучинистыми не являются и не представляют для конструкции фундамента опасности. Песчаным грунтам свойственно быстро фильтровать воду, при том чем крупнее размер частиц (фракция), тем, как правило, быстрее происходит фильтрация. Поскольку из песчаных грунтов влага удаляется быстро, то и степень проявления пучения в них несущественна, а само промерзание проходит глубоко в результате открытых пор. Неприятной ситуацией может быть наличие водоупора под песком на глубине одного-двух метров, поскольку это может приводить к застаиванию влаги в верхней толще и к её вспучиванию; это ситуации-исключения.

В глинистых грунтах наоборот. Фильтрация воды очень медленная и в результате заполненных пор глубокого промерзания не происходит. В результате, к заморозкам поры глинистого грунта не успевают освободиться от воды, что приводит к значительному вспучиванию, которое может повредить фундамент постройку. Именно исходя из этих соображений принимается величина 140 см. Из глинистых грунтов стоит отдельно выделить грунты с консистенцией “Твёрдый”. Это водоупоры, грунты с очень плотной структурой, и они не насыщаются водой. Этим грунтам присуща низкая степень пучения и малое промерзание. К сожалению, в Московской области твёрдые глинистые грунты или крупные пески в верхней толще земли встречаются редко.
2. Помимо типа грунта на глубину промерзания так же влияют погодные условия конкретного года (температура зимой, толщина снежного покрова, количество выпавших осенью и зимой осадков).
3. Локация конкретного участка. Очевидно, что участкам в низинах, вблизи болот свойственно быть более влажными, чем участкам на холмах и вдали от водоёмов.

4. Профилактические мероприятия по снижению увлажнения и промерзания (о них будем говорить ниже).

Виды «противопучинистых» фундаментов и мероприятий.

Степень проявления морозного пучения необходимо учитывать при выборе типа фундамента. «Противопучинистыми» вариантами являются фундаменты по технологии ТИСЭ, винтовые сваи, заглубленные ленты с монолитной широкой подушкой (именно с подушкой, т.к. без неё лёгкие дома на ленте так же подвержены вспучиванию), монолитная плита расположенная ниже границы промерзания грунта.

Разумеется, уширения свай ТИСЭ, лопасти винтовых свай и монолитную полушку заглубленной ленты необходимо расположить ниже границы промерзания для придания им функции «якоря». К противопучинистым типам фундаментов не относятся столбчатые фундаменты без уширения, мелкозаглубленные ленты, плавающие плиты, а так же прямые заглубленные ленточные фундаменты без широкой монолитной подушки (на практике наша компания знает много случаев, когда стенки заглубленной ленты вспучившимся грунтом обжимаются настолько сильно, что грунт вслед за собой тащит вверх фундамент вместе с домом).

Способы защиты от морозного пучения.

Есть немало современных способов, позволяющих почти полностью, либо частично устранить воздействие морозного пучения.
1. Круглогодичное отопление строения. Не стоит путать с ситуацией, когда хозяева приезжают в дом пару раз за зиму. Речь идет о доме, в котором температура круглый год не падает ниже +15 градусов. В этом случае уместно рассмотреть плавающую плиту или мелкозаглубленную ленту. Суть метода в том, чтобы сперва возвести закрытый по периметру непродуваемый цоколь (фундамент без «щели»), а затем важно правильно утеплить его. Стоит утеплить два места:
— фундамент утепляется по наружному периметру, вертикально. В качестве материала чаще всего используется ЭППС (экструдированный пенополистирол), он бывает уже встроен в некоторые отделочные фундаментные панели. Толщину ЭППС следует принимать не менее 50 мм, а лучше 80 или 100 мм для Московского региона.

— необходимо утеплить отмостку. Для этого нужно в толще отмостки проложить ЭППС той же толщины, что и при утеплении фундамента. Ширина утепления в отмостке должна составлять не менее 1,2 метра (в идеале не менее глубины промерзания). Если данные рекомендации выполнены правильно, то пучение грунта под домом будет устранено как минимум на 80-90%, что является вполне достаточным.
Полученная система будет работать следующим образом: зимой часть тепла будет выходить из дома через нижнее перекрытие. Если цокольное пространство является замкнутым и потеря тепла через стены фундамента минимальна, то будет прогреваться земля под домом. Этого прогрева будет вполне достаточно, чтобы остановить промерзание и вспучивание. Утепление отмостки необходимо для того, чтобы избежать потерь тепла через промерзший грунт с наружной стороны фундамента (т.е., чтобы не отапливать грунт снаружи дома). Это не очень дорогой, но действенный метод. Главный его минус – зависимость от беспрерывного зимнего отопления.

2. Дренаж — это отдельная тема для статьи, но дренажи направленные на осушение участка и отведение воды от дома, являются одним из способов по снижению сил морозного пучения.

3. Ливневая система (ливневка). В данном разделе мы поговорим об отведении ливневой воды от дома комплексом водных стоков. Этот комплекс включает в себя водосточную систему, отмостку и ливневые желоба, идущие вдоль отмостки, и, уводящие ливневую воду от строения.

Если, отмостку делать нет средств, но у Вас есть правильное желание отводить от строения воду с кровли и стен, то Вы можете воспользоваться временным вариантом “скрытой” отмостки.

4. Армопояс (в каменном доме). Очень важный, но к сожалению многими не выполняемый элемент. Ранее уже было отмечено то, что при воздействии морозным пучением на строения со стенами из кладочных материалов (кирпич, блоки любых видов) в стенах образовываются трещины. Они могут иметь различную ширину раскрытия и приносить разную степень неудобства владельцам здания. Для предотвращения возникновения трещин требуется армопояс. Армопояс — это монолитная балка в теле стен, стягивающая все стены строения между собой как бандаж и тем самым препятствует появлению трещин. Выполняется армопояс как минимум по всему периметру, при этом неразрывно (это важно!). Если внутри строения есть несущие стены, то желательно сделать пояс по всем несущим стенам. Чаще всего устраивается армопояс под каждым межэтажным перекрытием, при этом он одновременно исполняет вторую важную функцию — служит поясом для опирания тяжелых перекрытий из бетона, либо деревянных лаг. Армопояс должен обязательно крепиться к кладке анкерами, чтобы при возникновении деформаций армопояс не мог съехать вдоль блоков по касательной. Анкерами могут являться простые арматурные стержни с шагом 500 мм, заходящие в кладку не менее 200 мм и подходящие к верху армопояса.

Это важнейший элемент несущей конструкции, рекомендованный всем каменным строениям, независимо от типа фундамента и силы воздействия морозного пучения. Такой пояс повысит важнейшие свойства дома — прочность, надежность и долговечность.

Источник