Как влияет глубина промерзания грунта на фундамент

Обновлено: 08.07.2024

Cмысл этих понятий стоит понимать любому человеку, решившему строить фундамент для дома.

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, то есть 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 соседнюю 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.

Глубину заложения фундамента на месте будущего строения, определяют по типу существующего грунта, расчётной глубине промерзания, в зависимости от нагрузок элементов конструкции здания, а также положением грунтовых вод. Для выяснения типа грунта в нескольких точках участка на разной глубине, в границах промерзания, нужно взять несколько образцов земли и их исследовать. Опираясь на данные таблицы 1, можно предположить пучинистый грунт либо нет.

Глубина промерзания грунтов.

Глубину промерзания грунтов можно взять из схематической карты нормативных глубин промерзания, а более точно получить не сложным расчётом.

Насколько важно значение глубины промерзания? Выталкивающие силы в пучинистых грунтах, при промерзании, могут достигать 10-15 т на один квадратный метр, часто превышая вес здания (рис. 1) Действуя снизу- вверх они поднимают фундамент, а иногда и разрывают его конструкцию на части. При глубине промерзания 1-1,5 м подъёмная деформация почвы достигает 10-15см. Пренебрегать такой динамикой нельзя.

Глубина заложения фундамента.

При определении толщины фундамента можно слегка отклониться от существующих норм и уменьшить глубину заложения, но тогда необходимо предусмотреть устройство утепления верхних слоёв земляного покрова от промерзания.

На пучинистых, глубоко промерзающих грунтах, возведение ленточного фундамента заглублением более 1 м экономически неоправданно, нужно рассмотреть варианты в виде столбов (столбчатые опоры в грунте). В таких грунтах делают элементы фундамента с увеличенной площадью основания, дабы избежать проявления выталкивающих касательных сил, возникающих при зимнем пучении. Эта площадка не позволит подниматься фундаменту из земли. Армирование такого фундамента обязательно. В соседних строениях обратите внимание на стойки ворот, заборов, если они стоят не параллельно или может, их верхние части находятся в разных горизонтальных плоскостях, относительно друг друга, это действие сил морозного пучения, грунт здесь пучинистый. Поспрашивайте хозяев и можете узнать причину появления таких метаморфоз. Вот яркий пример пучения:

Виды и строение фундаментов.

Ошибочно мнение, что чем ниже глубина заложение фундамента в подверженных пучению почвах, тем надёжным он является и обеспечивает строению высокую устойчивость. Да, он лежит ниже границы промерзания и выталкивающие силы на него не действуют, но касательные силы запросто подымут всю конструкцию фундамента заодно с промёрзшей почвой. Эти силы разорвут его, образовав верхнюю и нижнюю части, особенно если строение лёгкое и фундамент не монолитный и без армирующего каркаса. Что бы этого не произошло, фундамент следует закладывать ниже глубины промерзания грунта с уширенной подошвой в виде анкера. Для большей жёсткости в тело фундамента закладывают каркас из арматуры. Если фундамент из камней или кирпича и без арматуры, то тогда его делают в виде трапеции с суженными телом фундамента вверху. Такая конфигурация, с обязательно сглаженной поверхностью, не подвергается действию выталкивающих сил в пучинистых почвах, (рис. 2). Для снижения действия касательных сил используют скользящие материалы, которыми покрывают стенки фундамента, например полиэтиленовая плёнка, битум.

Если грунт неподвижен, т.е. не подвержен пучению, в малоэтажном строительстве целесообразно применять простейшие фундаменты на песчаной подушке, (рис. 3). В таких конструкциях верхнюю часть можно выполнять из неорганического материала — щебень, бетон, кирпич, камень, а нижняя, основание, из крупнозернистого песка. Фундаменты такого типа довольно надёжны и долговечны при условии, что будут защищены от дождевых и паводковых вод. Их можно применять для любых типов зданий малой этажности и с любой глубиной промерзания грунтов. Уровень грунтовых вод (УГВ) должен быть не выше границы промерзания грунта. Если вода поднимется выше этой отметки, то грунт станет пучинным, а фундамент подвижным, что повлечёт за собой разрушение целостности стен строения.

В грунтах, подверженных пучению, фундаменты проектируют с учётом действия выталкивающих касательных сил морозного пучения. На (рис. 2) приведены виды конструкций, которые делать можно в грунтах с неглубоким промерзанием и при отсутствии воды в траншеях и ямах в момент выполнения работ.

Для конструкций с глубиной заложения фундамента более 1 м применение ленточного вида (если конечно не строите подвальную часть) экономически не выгодно. Здесь рекомендуется применять столбы фундамента из монолитного железобетона, металлических или асбестоцементных труб, (рис. 4). Если в яме отсутствует грунтовая вода, то на дно укладывают монолитный бетон в виде плиты непосредственно перед установкой столбов, при этом концы столбов должны иметь выпуски арматуры, которые будут утапливаться в бетон. Если УГВ выше нижней части фундамента, то его монтаж выполняют столбами, которые заранее изготовлены вместе с плитой опоры, рисунок 5.

Уровень грунтовой воды определить можно так: рядом с местом строительства осенью или в начале зимы бурят скважину и по глубине стоящей воды определяют УГВ.

Необходимо обращать внимание и на устойчивость грунта, его сопротивление продавливанию. В малоэтажном строительстве просадка ленточного фундамента посредством действия нагрузок от здания явление редкое, т.к. опорная площадь конструкции фундамента намного больше расчетной. Если же здание возводят на слабых неустойчивых грунтах (подверженных просадке от собственного веса или веса строительной конструкции при повышении влажности – лёссы, глина, некоторые виды супеси, глинистые насыпные грунты, промышленные отходы, отложения пепла и т.д.) или используют столбы фундамента в зданиях с тяжелыми стенами, то рекомендуется площадь соприкосновения подошвы с грунтом в местах сосредоточения нагрузок проверить расчетом. При необходимости можно увеличить площадь подошвы фундамента, уширить его, а в столбчатых еще и сократить расстояние между столбами.

Глубина заложения фундамента исходя из гидрогеологических условий.

Если Вы строите дом с тяжелыми (кирпичными, блочными) стенами, бетонными перекрытиями, или подземным помещением, то нужно применять ленточный фундамент. Его глубина заложения, т.е. нижняя точка, при определённых условиях, должна находиться ниже глубины промерзания грунта. Рассмотрим эти условия.

Если расстояние от границы промерзания до расположения грунтовых вод, назовём её Н, больше расчетной глубины промерзания более чем на 2 м, то глубину заложения ленточного фундамента для любого грунта делаем независимо от глубины промерзания, но не менее 0,5 м. Для супеси, пылеватой супеси, глинистого грунта, мелкого песка: если Н превышает расчетную глубину промерзания грунта менее чем на 2 м, то глубину расположения фундамента одно и двухэтажного зданий принимают не менее ¾ расчетной глубины промерзания, но не менее 0,7 м, а если Н менее расчетной глубины промерзания, то глубина заложения фундамента должна быть не менее нормативной глубины промерзания грунта.

Основная причина разрушения, деформации и неустойчивости здания – воздействие силы морозного пучения грунта на фундамент. Сила морозного пучения грунта зависит от глубины его промерзания и глубины грунтовых вод в районе строительства.

Сила пучения иногда настолько сильна, что может нарушить постройку. Эта сила составляет от 10 до 15 т/м². На площадь в 10 м² действует сила пучения в размере 100 – 150 т. Грамотное возведение фундамента – единственное, что может противостоять такой силе.

Перед тем, как возводить фундамент, необходимо знать:

тип грунта;
глубину промерзания почвы;
уровень грунтовых вод.

Характеристика типов грунта

Скалистый – самый удобный вид грунта. Он не вспучивается, не размывается и не проседает. Возводить фундамент можно на поверхности скалистого грунта, без заглублений и вскрытия.
Хрящеватый – в этом виде грунта присутствуют обломки камней, прожилины гравия. Для строительства фундамента необходимо заглубление в 1,5 м.
Песчаный – такой вид грунта подвержен проседанию (сильному уплотнению под нагрузками). Однако он не восприимчив к пучению при промерзании, так как не задерживает в себе воду. Закладывать фундамент рекомендуется на глубине от 40 до 70 см.
Супеси и суглинки – нечто среднее между песчаными и глинистыми. В них содержится от 3 до 30% глины. Супесь – грунт, в котором содержится менее 10% глины. Суглинки – грунт, содержащий в себе 10 – 30% глины.
Глинистые – самые неподходящие виды грунта для строительства фундамента. Такие грунты вспучиваются, размываются и проседают. При строительстве на глинистых грунтах фундамент закладывают на всю глубину промерзания.

Грунтовые воды – подземный слой воды, первый от поверхности почвы, находящийся выше водоупорного слоя (слой грунта не пропускающий воду, и не дающий ей просочиться глубже). Уровень грунтовых вод пополняют близлежащие озера и реки, таяние снега и осадки. Глубина их залегания, мощность и количество непостоянны, и меняются в зависимости от времени года и количества осадков.

Уровень грунтовых вод – один из ключевых факторов при строительстве фундамента. Чем выше этот уровень, тем меньшая несущая способность фундамента. Так же возникают проблемы в строительстве подвалов и цокольных этажей (существует постоянная опасность затопления). При высоком уровне влажности внутри помещений появляется плесень, которую сложно вывести.

Перед возведением фундамента нужно узнать глубину залегания грунтовых вод на вашем участке.

Глубина залегания до 2 м считается высокой. Высокий уровень характерен для болотистой местности, берегов рек и озер, низин склонов.

Низкий уровень, это залегание грунтовых вод глубже 2м. Такой уровень хорошо подходит для возведения фундамента любой глубины.

Уровень грунтовых вод можно определить несколькими простыми способами:

По уровню воды в соседних колодцах. Это самый точный метод (колодцы 5 – 15м в глубину черпают воду с грунтовых вод, потому уровень воды в таком колодце будет соответствовать общему уровню грунтовых вод на участке).
Просверлив грунт садовым буром на глубину 2-2,5 м. Если вода в лунке скапливается – уровень грунтовых вод высокий. Если лунка сухая – можно смело возводить фундамент.

Важно: если на участке высокий уровень грунтовых вод, эту проблему можно обойти рядом действий для понижения этого уровня. Нужно обустроить сточные канавы и дренажные системы, по которым вода будет отводиться за территорию участка.

Силы, которые действуют на фундамент

Летом фундамент подвержен двум силам:

давление здания на фундамент;
сопротивление грунта.

Зимой схема влияния силы на фундамент меняется. Кроме нагрузки на фундамент со стороны здания и сопротивления грунта, на фундамент действует сила морозного пучения, которая вредит фундаменту и всему зданию. Замерзая, грунт увеличивается в объеме. Начинается выпирание частей фундамента, заклинивание дверей, перекос стен и их наружное растрескивание.

Виды фундаментов:

Ленточный – фундамент прямоугольной формы с поперечным сечением по периметру стен строения. Фундамент подходит для строения на неоползневых, непросадочных грунтах.
Столбчатые – недорогой и распространенный вид фундаментов. Подходит зданиям с легкими стенами. Столбчатые фундаменты дешевле в 1,5 – 2 раза, чем ленточные. Основа такого фундамента – столб. Он может быть железобетонным, бетонным, кирпичным, каменным и деревянным.
Плитные – сооружаются на просадочных и пучинистых грунтах. Состоят из монолитной железобетонной плиты, расположенной по всей плоскости строения. Плитный фундамент выравнивает любые горизонтальные и вертикальные перемещения почвы.
Свайный – самый дорогой вид фундамента. Используется на оползневых и просадочных грунтах. Главная составляющая этого фундамента – свая. Сваи бывают: задавливаемые, буроинъекционные, буронабивные и забивные.

Заключение

Выбирая участок под застройку, соберите максимально возможное количество сведений о характере грунта, глубине промерзания и глубине залегания грунтовых вод. Если выбор фундамента вызывает сомнения, проконсультируйтесь с профессионалом.

В интернете можно встретить рекомендации по выбору фундамента в зависимости от материала стен дома. Часто с подобными вопросами обращаются к профессиональным строителям или инженерам, для них такие формулировки кажутся бессмысленными, так как невозможно выбрать абстрактный фундамент по материалу стен. Основание дома должно не только передавать нагрузки на грунт, но и должно соответствовать условиям конкретной местности. В этой статье мы рассмотрим информацию, которую надо собрать перед тем, как обращаться к проектировщику для разработки фундамента.

В другой статье на нашем сайте мы разбираем самые распространенные ошибки, которые допускают при строительстве фундамента статью об ошибках 12 ошибок при строительстве фундамента.

Глубина промерзания

Чтобы понять значение глубины промерзания для фундамента, надо подробнее разобраться в морозном пучении. Этот процесс связан с замерзанием воды внутри грунта, в результате этого образуются ледяные включения в виде линз и прослоек. Процесс сопровождается расширением и деформацией почвы. Если эти процессы идут под фундаментом, то это может привести к повреждению всей конструкции дома. Напряжения могут возникнуть в отдельных зонах, что вызовет неравномерное поднятие отдельных частей фундамента.

Ключевым параметром при выборе фундамента будет глубина и скорость промерзания. На определенной глубине в толще земли всегда сохраняется положительная температура, то есть вода там не замерзает. Глубина промерзания зависит от ряда факторов: толщины снежного покрова, климата и плотности почвы. СНиПами предусмотрены нормативы, в которых фиксируется глубина промерзаний для разных территорий. Например, в Москве глубина промерзания составляет 1,2 м на глинах и суглинках, на песчаных грунтах – 1,32 м.

Чтобы силы морозного пучения не действовали на фундамент его опускают ниже глубины промерзания, такие основания называют фундаментами полного профиля. В некоторых регионах глубина промерзания настолько велика (более 2 м для сибирских регионов), что конструкции полного профиля становятся невыгодными, тогда используют утепление экструдированным пенополистиролом, чтобы разместить фундамент в замерзающей зоне. Утеплитель не даст грунту под домом замерзать.

Глубина залегания грунтовых вод

Увлажнение грунта и территории вокруг фундамента нежелательно, поэтому перед строительством важно установить глубину залегания грунтовых вод. Грунтовые воды по- разному воздействуют на различные типы грунтов. Есть почвы с высоким коэффициентом фильтрации, они легко пропускают воду и не задерживают ее. К таким почвам относятся различные виды песчаных и каменистых грунтов. Глины, суглинки и супеси, наоборот, имеют свойство впитывать воду, что влияет на их пучинистость.

Коэффициент фильтрации для разных типов грунтов

Высоким расположением грунтовых вод считается уровень меньше 2 метров. Это означает, что будет происходить капиллярный подсос из нижних слоев грунта к верхним, в результате этого основание фундамента будет подвергаться влиянию воды. Для отвода грунтовых вод под фундаментом предусматривают дренаж.

Уровень грунтовых вод можно определить и своими силами.
Например, это можно сделать, замерив уровень воды в колодце или в скважине.
Замеры надо производить с разной периодичностью, так как уровень воды зависит от разных факторов: осадков, таяния снегов, уровня воды в ближайших водоемах.
Более полную картину можно получить, если обратиться за профессиональными исследованиями.

Геология грунта

Геология грунта – это комплексное исследование почв в пятне застройки. Многие проектировщики не возьмут заказ на проект фундамента без этих данных. Геология грунта обычно включает целый ряд параметров.

Определить тип грунта можно и своими силами,
хотя геологическое исследование даст более полную картину.
Подробнее о самостоятельных геологических изысканиях читайте в отдельной статье.

Зная геологию, можно определить степень пучинистости грунтов, по этому параметру почвы подразделяются на сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые и непучинистые.

Соотношение уровня грунтовых вод и степени пучинистости

Максимальная глубина грунтовых вод, расположенных ниже нормативной глубины промерзания.

Читайте также: