Как избавиться от пучения грунта

Обновлено: 05.10.2024

Морозное пучение относится к агрессивным факторам природного характера, наносящим существенный вред фундаменту и зданию, вызывая разрушительные процессы.

Морозное пучение

Выбор типа и закладка фундамента очень ответственный и важный этап любого строительства. Здесь необходимо учесть разные факторы и нюансы, от которых зависит прочность и долговечность будущего строения. Об основе здания специалисты заботятся еще в процессе проектировочных работы, тщательно выбирая его тип, материалы и конструкцию.

Однако перед этим требуется тщательное изучение местности, на которой планируется возведение дома. С этой целью проводятся геолого-геодезические изыскания, позволяющие определить характер почвы, глубину промерзания земли, уровень залегания водоносного подземного пласта и другие важнейшие детали. Перечисленные показатели являются жизненно важными в деле выбора и закладки основания, от которых зависит надежность строения.

Природные факторы

Различают разные виды почвы, в зависимости от состава, уровня влажности и других факторов. Кроме состава на фундамент воздействуют разные природные явления. Это паводки, высокий УГВ, морозы, осадки и т.д. Сухая почва, содержащая минимальное количество влаги, не подвержена влиянию низких температурных показателей. Однако на болотистых или слишком увлаженных участках под воздействием низких температур происходит морозное пучение. Обледеневшая вода вызывает рост объемов грунтового слоя до 11%. Данное явление влияет на прочность и долговечность основания, вызывая деформации и постепенное разрушение.

Одно или двухпроцентное содержание влаги не вызывает вспучивание земли, опасное для конструкций. Но подземный водоносный пласт простирается под землей на большой площади. Следовательно, морозное пучение вызывает поднятие верхнего слоя на целые сантиметры. А это сказывается на основании очень сильно, приводя со временем к полной амортизации помещения.

Сила вспучивания

Морозное пучение имеет огромную силу, вызывая разрушение бетонных или кирпичных сооружений. Как показывают исследования, давление замерзшей влаги на см/кв составляет 2500 кг. После обильных осадков вода глубоко просачивается в почву. Часто она не успевает впитаться в почве и преодолеть точку промерзания. Под влиянием низких температур, она превращается в лед и начинается морозное пучение. Данное явление пагубно сказывается на основе помещения. Сила вспучивания зависит от количественного содержания влаги в почве. Если ее слишком много, последствия будут тяжелыми.

Глубина промерзания

Состав и характер земельного участка предопределяет выбор стройматериалов и типа фундамента. Вспучивание характеризует разные варианты грунта. Наиболее опасными в этом отношении считаются:

Характерной особенностью перечисленных разновидностей почвы является наличие пыльных частиц в своем составе. Если в песке нет таких мельчайших частиц и она состоит из гравия или же крупных фракций, сезонному вспучиванию он фактически не подвержен. Мельчайшие частицы удерживают просочившиеся в землю осадки и связывают их. Аналогичное касается и подземных вод. После замерзания этой влаги, происходит увеличение объемов в диапазоне 9-12 процентов. Именно такое расширение сдавливает основу постройки и выталкивает их наружу.

Ситуация усугубляется под воздействием различных сопутствующих факторов. Обильные атмосферные осадки осенью приводят к интенсивному пропитыванию почвенных слоев водой. Это также приводит к деформационным явлениям основания. Особой опасности подвергнуты местности с высоким залеганием подземного водоносного пласта. Влага в подобных местах поднимается капиллярным способом, захватывая все новые площади. В столице и области более 82 процентов разновидностей грунтов считается пучинистыми.

В чем опасность?

Кроме вспучивания фундаменты разных типов подвержены воздействию процесса оттаивания. С заморозками атмосферная температура падает до минусовых показателей. Земля в это время замерзает на глубину 1-2 метров. Это приводит к расширению грунта и образованию выталкивающего давления на основу помещения. Оно деформируется вертикально, вызывая разрушительные процессы. Когда наступает оттепель, происходит оттаивание обледеневшей земли. Плотность грунта пропадает, а объемы начинают уменьшаться.

Это явление приводит к излишней усадке базиса. Самым опасным по мнению специалистов, считается неравномерное морозное пучение. Данное явление зависит от толщины покрова снега. Если толщина слишком большая, граница промерзания повышается. В результате происходит расширение ареала вспучивания.

Схема промерзания

Пучинистые процессы зависят от схемы промерзания, которая на каждом земельном участке является уникальной. Это не раз доказывала строительная практика. Поэтому важным требованием к любому строительству является тщательное изучение участка, анализ почвенных слоев, учет климатических особенностей региона, а также точное определение точки промерзания.

От полученных в результате подобных исследований данных зависит прочность базиса здания. Чтобы не допустить ошибок, лучше воспользоваться услугами опытных специалистов-инженеров, использующих специальный инструмент и оборудование.

Каким зданиям грозит самая большая опасность?

Наиболее уязвимыми в этом отношении считаются легкие постройки, отличающиеся небольшим весом и хрупкостью конструкции. Это касается пенобетонных, древесных или же каркасно-панельных сооружений. Под давлением вспучившейся земли такие здания легко поддаются выталкивающим процессам. Недостаточный вес не может противостоять подобному явлению.

Кирпичные или блочные здания имеют достаточный вес, чтобы предотвратить выталкивающее давление почвы. Под воздействием большой массы, произойдет уплотнение земли. Это значительно ослабит морозное пучение и выталкивающий эффект.

Решение проблемы

Сегодня в строительстве используются разные виды фундаментов, выбор которых зависит от разных факторов и особенностей участка. Наиболее распространенными являются традиционные типы — ленточный, монолитный или столбчатый основания. Однако для пучинистых местностей такие конструкции не подходят. Под воздействием огромного давления они легко деформируются, растрескиваются и разрушаются. Лучшим выбором для таких участков является свайный вариант, прекрасно выдерживающий воздействие вспученного грунта и имеющий длительный эксплуатационный срок.

Преимущества свай на пучинистых участках

Морозное пучение сваям, изготовленным в соответствии с действующими технологическими нормами и правилами, не грозит. Это крепкие изделия, выдерживающие огромные нагрузки, не подверженные коррозионным процессам и разрушению. Существует два вида опор — железобетонные и металлические винтовые изделия, имеющие разные эксплуатационные характеристики. Однако по показателям прочности и долговечности, они практически идентичны. Следовательно, оба вида опор сегодня широко применяются в строительстве, особенно на проблемных стройплощадках.

Железобетонные сваи

Чтобы разобраться в свойствах ЖБ-свай, необходимо разобраться в технологии производства. Такие изделия выпускаются по особой технологии, с использованием передовых достижений инженерии и строительных инноваций. В производстве ЖБИ используются особо прочные марки бетона, начиная с М300 (на производстве Эндбери — от М400). Из такого сырья получает наиболее прочные и стойкие к агрессивным средам изделия, эксплуатационный срок которых превышает полвека. Отличаются данные изделия довольно простым устройством. Различают два вида железобетонных опор — полые и цельные. По форме они бывают:

Круглыми;
Прямоугольными;
Квадратными.

Нижний конец стержней заострен. Для увеличения несущей способности производители используют армированный металлический каркас. Идеально подходят данные жб-изделия для закладки оснований на склонах и участках с неоднородным рельефом.

Широко применяется свайная технология в малоэтажном строительстве из любых материалов. Свайные фундаменты закладываются для:

Хозяйственных построек;
Гаражей;
Банных сооружений.

Широко применяется данный вид основания в промышленном строительстве. Опоры из железобетона допустимо применять в любой климатической зоне. Эксплуатационный срок армированных конструкций достигает полутора века.

Специфика монтажа

Выемка грунта для установки железобетонных стержней не требуется. Монтаж выполняется с использованием спецтехники путем забивания или постепенного вдавливания. Однако перед этим требуется проведение ряда мероприятий и тщательный расчет свайного поля. Следовательно, доверить такие работы лучше специализированной компании. Среди преимуществ данных изделий необходимо отметить:

Влагоустойчивость;
Огнестойкость;
Устойчивость к воздействию химических веществ;
Хорошую несущую способность;
Наличие армокаркаса, повышающего прочность;
Высокие скорости установки;
Независимость от погодных условий;
Доступную стоимость.

Забиваются такие стержни глубоко под землю, за чертой точки промерзания земли. Они прочно фиксируются в твердых пластах грунта, не давая даже малейшего крена. Следовательно, морозное пучение им не грозит.

Деформации железобетонные свайные основания не подвержены. Они обладают отличной несущей способностью и выдерживают даже повышенные нагрузки. Однако к выбору таких изделий следует отнестись с особым вниманием. Прежде всего выполняется геологическое обследование местности. Полученные данные необходимы для определения следующих параметров:

Типа;
Длины;
Вида использованной арматуры;
Диаметра;
Толщины;
Количества продольных стержней;
Расстояния между ними.

Использование избыточного количества материалов приведет к дополнительным расходом. Следовательно, заранее разрабатывается и проектируется свайное поле, по которому затем выполняется монтаж.

Винтовые сваи

В отличие от железобетонных аналогов винтовые образцы устанавливаются путем ввинчивания в земельные пласты. Они преодолевают уровень промерзания почвы и якорятся в твердых слоях грунта. Когда начинается морозное пучение и воздействию поднимающегося/опускающегося грунта подвержены лишь боковые поверхности изделий. При этом положение фундамента остается неизменным.

Однако цоколь обустроить на грунтовой поверхности не рекомендовано. Вспучивание приведет к деформации цокольной конструкции и дальнейшему ее разрушению. Следовательно, лучше оставить небольшой зазор между поверхностью земли и первым этажом.

Конструкционные особенности

Трубы;
Монтажное технологическое отверстие;
Оголовок; .

Чтобы предотвратить образование ржавчины, производители используют специальное антикоррозионное покрытие.

Благодаря этому эксплуатационный срок металлических стержней даже на обводненных участках достигает пятидесяти лет. Выбор осуществляется с учетом следующих параметров:

Качеству стали;
Длине;
Типу;
Наружному диаметру;
Параметрам наконечника;
Способу производства;
Марке стали.

В местностях с сезонным промерзанием используется ВСЛ-тип. А на вечномерзлых участках устанавливают ВСЛМ-сваи. Важным параметром при выборе является диаметр трубы. А лопасти бывают сварными или же литыми.

Область использования

Винтовые образцы рекомендуется использовать с учетом природных особенностей местности и типа грунта. Устанавливаются они на участках с неоднородным рельефом. Специалисты советуют использовать технологию в зонах, где наблюдается значительное понижение температуры. Особенно это касается участков с большой глубиной промерзания. Длина металлических опор обеспечивает глубокое якорение, благодаря которому морозное пучение им не грозит. Кроме этого винтовые опоры подходят для следующих видов грунтов:

Глинистых;
Плывунах;
Торфяниках.

Плотные слои на таких участках находятся глубоко. Данный тип фундамента подходит и для регионов с высоким расположением грунтового водоносного слоя. Свайно-винтовое основание идеально подходит для достижения гармоничного сочетания природного ландшафта и будущего строения.

Сферы использования

Винтовые сваи идеально подходят для малоэтажного строительства. Несмотря на достаточную несущую способность металлических опор, рекомендовано использовать легкие стройматериалы. Фундаменты по данной технологии закладываются для:

Небольших особняков; ;
Дачных домиков; ;
Террас; ; .

Производители выпускают такой металлопрокат в соответствии с действующими нормами ТУ. Монтаж допускается на любом типе грунта. Выбор длины, диаметра и толщины стенок осуществляется с учетом особенностей участка. Следовательно, чтобы не допускать ошибок, лучше заранее заказать геолого-геодезические изыскания в специализированной фирме. Полученные подобным образом данные помогут инженерам в точности определить подходящий тип винтовых свай, установить точку промерзания, чтобы морозное пучение не повредило фундамент и спроектировать свайное поле

Из данного материала вы узнаете, что такое морозное пучение грунта и какую опасность оно представляет для фундамента. Мы рассмотрим классификацию пучинистости грунтов согласно строительным нормативам и разберемся, какие меры необходимо принимать, чтобы уменьшить негативное воздействие пучения почвы на основание дома.

Виктор, 29 лет, г.Москва
"Здравствуйте! Нуждаюсь в совете квалифицированных специалистов - недавно мне удалось приобрести небольшой земельный участок в Подмосковье, на котором я планирую возвести одноэтажную дачу из сруба. Опыт в практических строительных работах у меня имеется, однако осуществляя проектирование фундамента я зашел в тупик. Новые соседи говорят, что в нашей местности очень сильно проявляется морозное пучение грунта - большинство из них потратило на укрепление фундаментов баснословные деньги, а некоторые дома стоят перекошенные с трещинами. Подскажите пожалуйста, чем грозит морозное пучение легкому дому из сруба и существуют ли какие-либо способы уменьшения воздействия сил пучения на фундамент здания?"

Мы решили ответить Виктору полноценной статьей, посвященной проблеме морозного пучения и способами борьбы с ней.

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.

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

Пучение - это 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.

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.

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.

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.

Твердая глинистая почва;
Гравелистые грунты не насыщенные водой;
Пески крупных и средние;
Грунты с большим содержанием горных пород.

Глинистая почва средней плотности;
Мелко-песчаные грунты;
Пылеватая глинистая почва с вкраплением горных пород в пределах 10-30% от массы глины.

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

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.

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.

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.

Морозное пучение один из наиболее опасных и непредсказуемых факторов воздействия на фундамент. Действие морозного пучения грунтов и выпучивание фундаментов ухудшает условия эксплуатации и укорачивает сроки службы зданий и сооружений, вызывает их повреждения и деформации. Это приводит к большим затратам на ремонт повреждений и неудобствам в эксплуатации (перекошенные и заклинивающие двери и ворота, лопнувшие стекла в окнах, трещины в стенах и фундаментах, разрушение крылец и др.).

Если грунты в основании сооружения пучинистые, а мероприятия по предотвращению воздействия морозного пучения на фундамент не были предусмотрены или были выбраны неверно, то сооружение обречено на постепенное снижение своих эксплуатационных характеристик, вплоть до разрушения. Бороться с морозным пучением, которое уже воздействует на фундаменты очень сложно.

Сваи под опору ЛЭП, изначально погруженные до одинаковых отметок с годами оказались неравномерно выпучены

В этой статье будут рассмотрены основные меры по предотвращению воздействия на фундамент морозного пучения, без погружения в расчеты.

О расчетах фундаментов на воздействие пучения будет написана отдельная статья.

2. Основные направления по предотвращению воздействия пучения на фундаменты

Первое направление – воздействие на грунты в зоне промерзания и их характеристики с целью уменьшения или исключения их пучинистых свойств.

Явление морозного пучения имеет место при единовременном наличии нескольких условий – грунт должен быть пучинистым, должна быть отрицательная температура и определенная влажность грунта. Если одно из этих условий отсутствует, то пучения не будет. Исходя из этого основные методы воздействия на грунт основания делятся на:

Методы, связанные с устранением свойств пучинистости грунта. Сюда относят замену грунта на непучинистый, введение в грунт противопучинистых добавок, введение веществ, снижающих температуру замерзания грунта, уплотнение и изменение структуры грунта.
Методы, направленные на снижение влажности грунта. К таким методам относятся например выполнение дренажа, искусственное снижение уровня грунтовых вод, подъем участка строительства за счет отсыпки грунтом (вертикальная планировка), обеспечение естественного стока атмосферных вод и др.
Методы, направленные на недопущение замерзания грунта или уменьшения глубины промерзания. К таким относятся, например, утепление грунта вблизи фундаментов отапливаемых сооружений, искусственный подогрев грунта коммуникациями, выделяющими тепло, или греющим кабелем.

Второе направление — приспособление фундамента и сооружения в целом к восприятию усилий от морозного пучения или снижение смерзания грунта и фундамента. Это направление в основном предусматривает решения по модификации фундаментов и несущих конструкций.

Это направление применяется, когда гарантированно устранить пучинистость грунта не представляется возможным или слишком дорого. Тогда специальными мерами добиваются такого состояния: грунт возле фундамента при промерзании вспучивается, но это не оказывает влияния на фундаменты. К таким мерам относят:

Правильный выбор глубины заложения фундаментов для исключения воздействия лобовых сил морозного пучения, т.к. эти силы имеют огромные величины и бороться с ними очень тяжело (по крайней мере в малоэтажном строительстве). Для этого необходимо чтобы подошва фундамента находилась ниже глубины промерзания. Эта мера обязательна всегда кроме случая с малозаглубленными фундаментами, которые изначально предполагают воздействие на них лобовых сил пучения.

Конструктивные меры – уменьшение сечения фундамента в пределах промерзающего слоя, применение обратного уклона боковых граней фундамента, увеличения расстояния между фундаментами для увеличения нагрузки на них и др;
Применение покрытий боковой поверхности свай и столбчатых фундаментов (окраска, обмазка, оболочки), снижающих силы смерзания с грунтом в пределах промерзающего слоя; Поднимающиеся от пучения грунты просто будут проскальзывать вдоль сваи, не воздействуя на нее;
Применение винтовых свай и свай с уширением в нижней части (сваи РИТ, буронабивные сваи с камуфлетной пятой и др.), грибовидных фундаментов и фундаментов с развитой подошвой для создания большого сопротивления выдергиванию; Поднимающиеся от пучения грунты тянут фундамент вверх, но удерживающая сила больше выпучивающей, поэтому перемещения фундамента не происходит;
Увеличение длины сваи или глубины фундамента из расчета на морозное пучение (так чтобы сила, удерживающая сваю от выпучивания, была больше силы морозного пучения) без создания уширения в нижней части.

Иногда в малоэтажном строительстве имеет смысл делать незаглубленные или малозаглубленные фундаменты, заранее полагая что они будут подвержены пучению, и рассчитывать их на восприятие соответствующих усилий. Этот подход неоднозначный и применим далеко не всегда. Отдельно читайте о малозаглубленных фундаментах в статье.

При применении любых конструктивных методов следует учитывать что если всё сделано верно то подъем поверхности грнута за счет пучения все равно будет как и раньше, просто фундаменты при этом не будут смещены. Поэтому необходимо оставлять зазоры до ростверков, стен и др. чтобы при подъеме поверхности грунта она не достигала их и не оказывала негативного воздействия.

Касательно выбора глубины заложения фундаментов для исключения воздействия лобовых сил морозного пучения читайте эту статью.

Далее рассмотрим более подробно отдельные методы борьбы с пучением:

3. Методы устранения пучинистых свойств грунта

Самый простой и надежный метод исключения свойства пучинистости это замена пучинистого грунта на гарантированно непучинистый – песок средний, крупный или гравелистый (или щебень/гравий). При этом в песчаных и щебенистых грунтах не должно быть примесей глинистых частиц более 15% и желательно обеспечить защиту от заиливания глинистым грунтом разделив слои геотекстильными материалами.

При этом следует учитывать, что ширина пазухи котлована, заполняемой непучинистым грунтов должна быть не менее: 0,2 м при глубине промерзания d_f равной 1,0…1,5м; не менее 0,3 м при глубине промерзания d_f равной 1,5…2,0м; пазухи должны быть шириной не менее 0,5 м при глубине промерзания до 2,5 м. Желательно обеспечить отвод воды из непучинистого дренирующего грунта и перекрыть поверхность засыпки водонепроницаемой отмосткой.

Для свай пазуха образуется выполнением лидерной скважины большого диаметра на глубину сезонного промерзания грунта. Стойки в грунте устанавливаются в сверленые котлованы большого диаметра с последующей засыпкой пазух песком или песчано-гравийной смесью (ПГС).

— Засаливание грунта. Временная мера, например на период строительтсва. Выполняется технической поваренной солью или хлористым калием. Расход около 30 кг на 1 м 3 грунта. Вводится перемешиванием с грунтом обратной засыпки слоями около 10 см. Засоляется грунт с глубины 0,5 м до глубины 1,0 м. Засаливание может негативно сказаться на долговечности материала фундамента.(п. 5.1 Руководства)

— Обработка грунта нефтяным раствором. Выполняется для слоя грунта толщиной 5-10 см. на контакте с фундаментом. Состав раствора – диз. топливо 54%, высокоокисленный битум – 20%, окись кальция 20%, НЧК (алкиларилсульфонат) – 4% и вода 2% по массе. (п. 5.2 Руководства)

Обработка грунта выполняется перемешиванием его с нефтяным раствором в количестве 5-10% раствора от веса сухого грунта. Контактный слой устраивается при обратной засыпке пазух котлована. (необходимо соблюдать экологические нормы).

Исследованы так же варианты введения криотропных полимерных добавок в грунт – полимерные гели с верхней критической температурой растворения (описано в научной статье). Результаты получили замечательные, правда о сути материала и способе его введения информации почти нет.

4. Методы уменьшения влажности грунта в зоне промерзания

Основная причина пучения грунта – наличие в нем воды, переходящей в лед при промерзании, поэтому осушение грунтов с удалением из них воды являются наиболее эффективными.

Сюда входят следующие меры:

устройство постоянного дренажа поверхностных атмосферных вод;
вертикальная планировка с уклоном не менее 5% для отвода поверхностных вод;
подъем отметок планировки насыпью непучинистым грунтом из расчета обеспечения необходимого расстояния до максимального уровня грунтовых вод;
постоянное водопонижение;
водонепроницаемые отмостки по периметру зданий и сооружений шириной не менее 1,0 метра;
тщательное уплотнение обратных засыпок;
специальные меры по предотвращению замачивания грунтов при прорыве водонесущих коммуникаций;
удаленность от источников увлажнения не менее 20 м (колонки водоснабжения, места мойки машин и др.).

Инженерно-мелиоративные меры (дренаж и водопонижение, отвод поверхностных вод) являются коренными если они обеспечивают осушение грунтов в зоне сезонного промерзания и на глубину 2-3 метра ниже нее. Однако очень часто обеспечить такое снижение уровня грунтовых вод не представляется возможным или слишком дорого, тогда эти меры применяются в сочетании с другими для уменьшения деформации грунта при промерзании.

5. Методы уменьшения глубины промерзания грунта

Сюда следует отнести следующие теплоизоляционные мероприятия:

— Временное утепление поверхности грунта природными материалами (торф, снег, опилки, солома) на период строительства, или постоянное утепление материалами типа пенополистирол, керамзит, шлак и др направлено на уменьшение глубины промерзания грунта или его исключение. Наиболее эффективно при утеплении грунта вблизи фундаментов отапливаемых зданий с подвалом или полами по грунту – утеплитель укладывается под отмостку и смещает зону промерзания грунта наружу от фундаментов, обеспечивая их защиту.

Схема распределения температур в грунте. Справа градиент температур при наличии утеплителя под отмосткой, слева — без утеплителя

Предпочтение следует отдавать материалам, не теряющих своих свойств при воздействии влаги, т.к. в осенний период перед замерзанием зачастую происходит водонасыщение утепляющего слоя. Наиболее эффективным является экструдированный пенополистирол. Возможно так же применение для отмостки керамзитобетона, полистиролбетона и др. с защитой поверхности от разрушения.

Глубина промерзания грунта, м	Размеры отмостки из керамзитобетона 800-1000 кг/м3, м
толщина	ширина
До 1,0	0,15	0,7
1,5	0,2	1,0
2 и более	0,3	1,5

Источник — Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах НИИОСП им. Н.М. Герсеванова 1979 г.

Фото: отмостка с утепелнием

6. Применение покрытий боковой поверхности фундаментов

Эти методы применяются, когда гарантированно устранить пучинистость грунта не представляется возможным или слишком дорого.

Боковая поверхность сваи или фундамента в зоне промерзания для уменьшения касательных сил пучения должна быть гладкой настолько, насколько это возможно. Наличие выступов и шероховатостей резко увеличат касательные силы морозного пучения.

Для дальнейшего уменьшения сил смерзания грунта с фундаментом применяют лакокрасочные, обмазочные, или ленточно-листовые покрытия.

По покрытию поверхностей фундамента битумными мастиками см. рекомендации в п. 5.3 Руководства

Сейчас некоторые производители ЛКП заказывают испытания на снижение касательных сил пучения и указывают полученные данные в паспортах – можно попробовать поискать информацию.

Смазки уменьшают удельные касательные силы выпучивания на 50-60%, эмали — на 25-40%. Смазки предлагают применять типа БАМ-3 или БАМ-4, защищаемые полимерными пленками, и кремнийогранические эмали КО-11112 или КО-174.

Фото: свая с покрытием кремнийогранической эмалью в верхней части (в зоне промерзания)

Подробное описание методов, технологий, выбор материалов, описание эффективности методов смотрите в самих рекомендациях.

Из своего опыта могу сказать, что метод со смазками хоть и дает хорошие результаты, и это подтверждено экспериментально, но на практике практически не применяется из-за сложно технологии, требующей аккуратности и ответственности, которой у застройщика как правило нет. А вот эмали КО применяю часто, они очень удобны в работе и достаточно эффективны.

Фото: сваи с покрытием термоусаживаемой оболочкой из полимерного материала

В целом можно уверенно говорить, что даже покрытие боковых поверхностей фундаментов битумной мастикой снижает силы смерзания с грунтом, однако нет данных о том насколько именно снижает и насколько долговечна такая мера.

7. Применение фундаментов с уширением в нижней части и удлиненных свай

Очень эффективная мера по предотвращению выпучивания фундаментов – это устройство уширения фундамента в нижней части.

К фундаментам с уширением относятся: грибовидные фундаменты, винтовые сваи, сваи с камуфлетной пятой и сваи РИТ (разрядно-импульсная технология), фундаменты ТИСЭ, столбчатые фундаменты с развитой подошвой и др.

Фундаменты по технологии ТИСЭ с уширением в нижней части

Верхняя поверхность уширения должна находиться ниже максимальной расчетной глубины промерзания, тогда несущая способность фундамента при расчете на морозное пучение резко увеличивается. Кроме того, необходимо стремиться к уменьшения поперечного сечения (если быть точнее – площади поверхности) фундамента в верхней части – в пределах глубины промерзания.

Схема: к расчету анкерного фундамента на морозное пучение

Как видно из расчетной схемы при наличии уширения в нижней части фундамента оно работает как анкерная плита, не давая выдернуть фундамент из земли, а в самом фундаменте возникают большие растягивающие усилия. Чтобы снизить негативные эффекты полезно дополнять решения обработкой боковых поверхностей фундамента в зоне промерзания покрытиями, снижающими силы смерзания с грунтом.

Так же для свайных фундаментов возможен вариант удлинения из расчета на морозное пучение – длину увеличивают только для восприятия касательных сил морозного выпучивания, несмотря на то что для восприятия нагрузок от самого сооружения достаточно и меньшей длины сваи. Этот метод как правило экономически не обоснован и может применяться только как часть комплекса мер.

Фото: фундаменты с обратным уклоном боковых граней

Согласно экспериментальным данным обратный уклон боковых граней фундамента под углом в 1,5° к вертикали в пределах глубины промерзания грунта снижает касательные силы морозного пучения почти в 2 раза. Обусловлено это тем что поверхность смерзания начинает работать не только на сдвиг, а в значительной степени и на отрыв, а на отрыв прочность смерзания меньше, при этом снижается так же механическое трение. Теоретическое расчетное обоснование такого мероприятия в борьбе с пучением приведено в статье – тут речь идет о двуконусных сваях, кстати очень интересный вариант решения для свай, работающих только на сжатие.

Особые формы фундаментов: двуконусные сваи упоминались чуть выше по тексту, применяют так жесваи открытого сечения, такие как крестовые и двутвровые сечения, однако применение их не совсем стандартное – крестовые сваи применяют в районах распространения вечной мерзлоты т.к. из-за их малого поперечного сечения они могут быть погружены в мерзлый грунт забивкой без лидерной скважины. При этом погружают их так чтобы верх сваи оказался ниже глубины промерзания (лидер большого сечения на глубину оттаивания) так чтобы морозное пучение на них вообще не действовало. И используют в основном как анкерные сваи для усиления фундаментов, которые уже оказались аварийными из-за выпучивания– цепляют к ним при помощи мощных тяжей усиливаемые сваи чтобы увеличить удерживающую силу. Мера эта правда не всегда работает из-за больших усилий выпучивания – отрываются довольно мощные крепежные детали и элементы.

Схема анкеровки сваи при помощи анкерных свай открытого сечения

Есть разработки многогранных свай с уклоном граней в верхней части и прямолинейные в нижней части. Практического применения пока не встречал, но теоретически конструкция хорошая.

СХЕМА СВАЯ С УКЛОНОМ ГРАНЕЙ

9. Заключение

Из мер по снижению касательных сил выпучивания основными (наиболее надежными) являются воздействие на грунт и его характеристики для предотвращения проявления его пучинистых свойств или их полного исключения (замена грунта на непучинистый, снижение влажности грунта, введение противопучинных добавок, недопущение замерзания грунта и др.). Часто полностью гарантированно исключить пучинистые свойства грунта невозможно поэтому такие мероприятия являются частью комплекса мер.

Далее следуют меры по приспособлению фундаментов к воздействию морозного пучения за счет снижения сил смерзания боковых поверхностей фундамента с грунтом (применение покрытий боковых граней фундамента, обратный уклон граней фундамента, уменьшение сечения фундамента в пределах глубины промерзания) или увеличения удерживающих фундамент сил (фундаменты с уширением в нижней части, удлиненные сваи из расчета на пучение).

Любое покрытие боковых поверхностей фундаментов, даже покрытие битумной мастикой снижает силы смерзания с грунтом.

Для достижения наилучшего результата в деле защиты фундаментов от выпучивания следует использовать комплекс мер на основе технико-экономического сравнения вариантов.

При отрицательной температуре вода переходит в твердое состояние и расширяется.

Из статьи вы узнаете опасно ли пучение грунта, нужно ли с ним бороться и как предотвратить его.

Почему пучит грунт и основание

Грунт – это смесь различных веществ. В большинстве регионов России грунт состоит из глины, суглинков, песка и перегноя.

На глубине 30-300 метров ниже поверхности протекают подземные (грунтовые воды). Во влажных и болотистых почвах грунтовые воды поднимаются к самой поверхности. Возле водоемов и рек почва насыщена водой, ведь ее питают подземные, грунтовые воды и поверхностные источники. После дождя или таяния снегов большая часть воды уходит в реки и озера, но небольшое количество впитывается в землю, увеличивая вероятность пучения.

Когда температура опускается ниже нуля градусов, поверхность почвы охлаждается. Тепло глубоких слоев земли нейтрализует холод из атмосферы, в результате грунт промерзает. Известны случаи промерзания грунта на глубину 9,5 метров (Норильск, Салехард и другие северные города), но в большинстве регионов России глубина промерзания грунта не превышает двух метров.

Что происходит во время пучения грунта

Если грунт сухой или с минимальным количеством воды, то снижение температуры ниже нуля градусов никак не влияет на его прочность и состояние. Если содержание воды в грунте велико (влажный и болотистый грунт), то, превращаясь в лед, вода увеличивается в размерах на 11 процентов.

Если слой воды толщиной 1-2 см, то пучение не причинит вреда. Но слой воды в грунте простирается на десятки метров, поэтому при вспучивании поверхность поднимает на несколько сантиметров.

Сила пучения настолько велика, что разрушает не только основание тротуаров, но и стены из кирпича и бетона. Согласно исследованиям, давление при переходе воды из жидкого в твердое состояние достигает 2500 кг на сантиметр квадратный.

Во время ливня, дождя или наводнения под плитку попадает вода. Она просачивается сквозь основание и впитывается в землю. Если вода не успела впитаться в землю и опуститься ниже уровня промерзания, при снижении температуры она замерзает и вспучивает грунт и основание. Чем больше воды задержалось в материалах основания и грунте, тем тяжелей последствия пучения.

Опасно ли пучение грунта

Это зависит от основания замощенного участка и вида мощения. Для мощеных диким камнем садовых дорожек (укладка на грунт или тонкий слой щебня/песка) пучение не опасно. Основание и покрытие такого мощения не имеют жесткой структуры, поэтому свободно поднимаются и опускаются вслед за пучением. Также не опасно пучение верхнего слоя песка под тротуарной плиткой, в этом случае плитка поднимается на 0,5-3 мм и после оттаивания песка возвращается на место.

Если у вас песчано-щебенчатое основание под тротуарную плитку, то пучение вызовет сдвиги в основании и приведет к образованию пустот. В результате основание и плитка, просядут, образуя яму. Еще более опасно пучение для бетонных подушек и керамической (клинкерной) плитки и керамогранита. Подъем вспученного грунта даже на 1 см приводит к разлому подушки и трещинам в плитке.

Глубина промерзания грунта

Как предотвратить пучение грунта

Чтобы предотвратить пучение, необходимо обеспечить качественное отведение поверхностной воды и предотвратить снижение температуры ниже нуля градусов. О том, как сделать качественное водоотведение, читайте в статье (Схемы дренажа дождевых и талых вод). Способы утепления грунта и основания вы найдете в статье (Как сделать основание для укладки тротуарной плитки на болотистых и влажных почвах).

Несмотря на то, что пучение не опасно для садовых дорожек из дикого камня, желательно даже для них утеплять грунт. Ведь каждое вспучивание будет увеличивать пустоты в грунте и песчаном (щебенчатом) слое и через 5-10 лет возможен перекос отдельных плит.

Утепление грунта пенопластом

Пучение грунта и основания снижает надежность и срок службы отмостки, поэтому необходимо предотвращать возможность пучения. Увеличение стоимости работ на 3-10 процентов – намного меньше, чем траты на полную переделку отмостки. Из статьи вы узнали, почему вспучивает грунт и основание и каким образом предотвращают пучение.

Читайте также: