Морозная пучинистость грунтов

Связь пучения со скоростью, глубиной промерзания

1. Введение
2. Скорость промерзания грунта
3. Глубина промерзания грунта
4. Заключение
5. Связанные статьи

1. Введение

Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия дневной поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость их промерзания.

Дневная поверхность грунта – жаргонный термин в строительной геологии, обозначающий поверхность современного рельефа. Можно заменить терминами: поверхность земли, уровень земли. В случае если на рассматриваемом участке выполнялась или будет выполняться планировка (насыпь или выемка грунта), то поверхность следует называть «уровень планировки»

Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от большого числа факторов: значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова и динамики изменения этих показателей в течении зимы, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации на конкретный участок поверхности, от смен холодной погоды на оттепели и от положения уровня грунтовых вод.

2. Скорость промерзания грунта

Увеличение объема грунта и величина подъема поверхности земли зависят от скорости промерзания, а скорость, в свою очередь, зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха и теплотехнических свойств грунта.

Экспериментально установлено, что чем меньше скорость промерзания, тем больше величина пучения и, наоборот, при больших скоростях промерзания грунт меньше увеличивается в объеме.

На величину вспучивания оказывает влияние и коэффициент фильтрации глинистого грунта, которой обусловливает подток капиллярной влаги к фронту промерзания. В образцах, замерзающих при большой скорости промерзания, визуально не наблюдается образования ледяных включений в виде прослоек и линз, следовательно, грунт незначительно ухудшает свои физические свойства при оттаивании.

При быстром промерзании в грунте не успевает накопиться влага, поступающая по капиллярам, поэтому он меньше проявляет пучение

При малой скорости промерзания грунта происходит формирование льдистой текстуры за счет постоянного притока влаги по капиллярам из нижележащих слоев талого грунта, сопровождающееся повышенным накоплением ледяных включений в нем. Такие грунты при оттаивании резко ухудшают свои физические свойства. Иногда грунты, имеющие твердую или пластичную консистенцию до промерзания, превращаются в текучее состояние после промерзания и оттаивания.

Наибольшее количество льда в грунтах природного сложения скапливается при промерзании грунта на глубину до 1-1,2 м так как на этих глубинах больше сказывается колебание отрицательной температуры наружного воздуха, например, при смене холодной погоды на оттепели, что позволяет накопить в структуре грунта больше влаги в виде льда

3. Глубина промерзания грунта

Значение глубины промерзания грунтов оказывает большое влияние на вспучивание дневной поверхности грунта. Например, в Забайкалье подъем поверхности грунта достигает 40 см при глубине промерзания суглинистого грунта 2,6-2,8 м, а сильнопучинистый суглинок в Московской области вспучивается на 15 см при глубине промерзания на 1,5 м.

Глубина промерзания грунта может в зависимости от региона РФ и локальных условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м. Максимальные значения глубины промерзания грунтов наблюдаются в Забайкалье, ближе к границе Монголии, преимущественно на песчаных и крупнообломочных грунтах и большей частью на северных склонах.

Наблюдениями за глубиной промерзания грунтов установлено, что влажные глины и суглинки промерзают заметно меньше, чем супеси, пески мелкие и пылеватые, а пески крупные и крупнообломочные грунты промерзают еще больше, чем супеси и пылеватые пески.

Чем более крупные частицы слагают грунт, тем больше будет глубина его промерзания при прочих равных условиях, однако крупнодисперсные грунты не подвержены пучению

Так как глубина промерзания зависит от действительно большого числа факторов, для начала разберемся что на этот счет говорится в нормативной литературе.

В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и типа грунта без учета всех остальных факторов (не учитывается снеговой покров, солнечная радиация, свойства и влажность грунта и пр.).

Действующий на данный момент норматив в области проектирования фундаментов — СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений гласит:

СП 22.13330.2016 п. 5.5.1 Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом: …- глубины сезонного промерзания грунтов. Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

5.5.2 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn, м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что ее следует определять в соответствии с ГОСТ 24847.

5.5.3 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение следует вычислять по формуле

, (5.3)

где d0 — величина, принимаемая равной:

• для суглинков и глин 0,23 м;
• супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28 м;
• песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30 м;
• крупнообломочных грунтов — 0,34 м;

Мt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

Значение d0 для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания. (прим. если промерзает несколько разных слоев то необходимо определять осредненное значение коэффициента d0)

Нормативную глубину промерзания грунта dfn в районах, где >2,5 м, а также в горных районах (где резко изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330.

5.5.4 Расчетную глубину сезонного промерзания грунта df, м, вычисляют по формуле

, (5.4)

где Kh — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений Kh=1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

dfn — нормативная глубина промерзания, м, определяемая по 5.5.2 и 5.5.3.

Примечания:

1. В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетную глубину промерзания грунта для неотапливаемых сооружений следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330. Расчетную глубину промерзания следует определять теплотехническим расчетом и в случае применения постоянной теплозащиты основания, а также, если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т.п.).
2. Для зданий с нерегулярным отоплением при определении Kh за расчетную температуру воздуха принимают ее среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов в течение суток.

dfn — нормативная глубина промерзания, определяемая по СП 22.13330.2016 не учитывает множественные факторы т.к. нормативы нацелены на получение наиболее надежного результата. Эта величина показывает насколько промерзает грунт на свободной от снега поверхности, не прогреваемой солнцем в течении всей зимы (под навесом). Реальная глубина промерзания будет меньше или такой же в зависимости от количества снега и солнечной радиации на поверхности

Таблица 5.2

Для того, чтобы определить реальную глубину промерзания с учетом множества факторов, включая снеговой покров, солнечную радиацию и тепловой режим сооружения необходимо выполнить теплотехнический расчет. Теплотехнические расчеты сложны и трудоемки, а так же требуют большого количества исходных данных. Для отдельных случаев существуют упрощенные расчеты, некоторые из которых приведены в СП 25.13330. Вопросы теплотехники грунтов затрагиваются в этой статье.

4. Заключение

Для правильного учета сил морозного пучения и выбора мер по защите от его воздействия необходимо и достаточно верно определить глубину промерзания грунта. Для этого следует пользоваться расчетами, приведенными в нормативной литературе.

Учет скорости промерзания в расчетах невозможен из-за сложности определения этого показателя и его изменчивости.

Учитывать снеговой покров в надежде что он снизит глубину промерзания не следует, так как после возведения сооружения снег скорее всего будет переноситься ветром от одной части сооружения к другой и с наветренной стороны поверхность грунта будет оголена. Если же сооружение поднято над землей, то под ним будет оголенная поверхность без снега и с температурой наружного воздуха, что так же увеличит глубину промерзания.

Если глубина промерзания грунта больше 2,5 м и если среднегодовая температура в регионе отрицательная, то для определения нормативной глубины промерзания необходимо выполнять теплотехнический расчет.

Так же теплотехнический расчет следует выполнять если, например, применяется утепление грунта.

Для принятия решений по фундаментам используется расчетное значение глубины промерзания, которое в 1,1 больше нормативного для неотапливаемых сооружений и ниже нормативного для отапливаемых сооружений.

5. Связанные статьи

• Теплотехнические расчеты грунтов основания
• Выбор глубины заложения фундаментов
• Физика процесса пучения
• Что такое пучинистые грунты
• Меры борьбы с морозным пучением

Морозное пучение

Смотреть что такое «Морозное пучение» в других словарях:

• МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ — неравномерное поднятие промерзающих почв и рыхлых горных пород из за кристаллизации в них воды и разуплотнения минеральных частиц … Большой Энциклопедический словарь

• Морозное пучение — процесс поднятия поверхности грунта при его промерзании, связанный с кристаллизацией в нем воды, поступающей из подстилающих горизонтов… Источник: РД 51 2 95. Регламент выполнения экологических требований при размещении, проектировании,… … Официальная терминология

• морозное пучение — 3.1 морозное пучение: Внутриобъемное деформирование промерзающих влажных грунтов, приводящее к увеличению их объема вследствие кристаллизации поровой и мигрирующей воды с образованием кристаллов и линз льда. Источник: ГОСТ 28622 2012: Грунты.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• морозное пучение — неравномерное поднятие промерзающих почв и рыхлых горных пород из за кристаллизации в них воды и разуплотнения минеральных частиц. * * * МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ, неравномерное поднятие промерзающих почв и рыхлых горных пород из за… … Энциклопедический словарь

• Морозное пучение — увеличение объёма промерзающих влажных почв и рыхлых горных пород вследствие кристаллизации в них воды (образующей ледяные прослойки, линзы и т. д.) и разуплотнения минеральных частиц. Наблюдается в областях распространения сезонно и… … Большая советская энциклопедия

• МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ — неравномерное поднятие промерзающих почв и рыхлых горн. пород из за кристаллизации в них воды и разуплотнения минер. частиц … Естествознание. Энциклопедический словарь

• морозное пучение грунта — 3.1 морозное пучение грунта: Увеличение объема влажного грунта при замерзании в нем воды, приводящее к подъему промерзающего грунта. Источник: ГОСТ 27217 2012: Грунты. Метод полевого определения удельных касательных сил морозного пучения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Дорожной одежды морозное пучение — неравномерное поднятие поверхности дорожной одежды по причине замерзания влаги, накапливающейся в зоне промерзания. Источник: Справочник дорожных терминов … Строительный словарь

• пучение морозное — Пучение влажного грунта, возникающее вследствие образования и расширения ледяных линз Тематики строительство в целом EN frost boilingfrost heaving DE… … Справочник технического переводчика

• Пучение (морозное) — Процесс поднятия поверхности грунта при его промерзании, связанный с кристаллизацией в нем воды, поступающей из подстилающих горизонтов. Величина пучения определяется количеством привносимой воды в промерзающий грунт, его составом и режимом… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Физико-химическая сущность процесса вспучивания керамзита

• 

Подробности Создано 28.04.2012 00:43 Обновлено 21.05.2012 04:32 Admin

Сущность процесса получения керамзита заключается в ускоренном нагревании глинистых пород до пиропластического состояния (до размягчения) с одновременным образованием и выделением в обжигаемом материале газообразных продуктов, способных произвести вспучивание.

При нагреве глинистых пород происходят следующие процессы: удаление свободной и физически связанной воды (100-150°), химически связанной воды (300-800°); диссоциация карбонатов с выделением свободной CO2 (600-950°); диссоциация сульфатов и сульфидов с выделением SO2 (550-1000°); выгорание углерода (900-1000°); восстановление окислов железа с высвобождением газообразных продуктов (выше 1000°); разложение глинистых минералов (700-900°); разложение минералов магматических пород с выделением конституционной воды (400-800°); одновременно происходит размягчение материала и появление жидкой фазы (эвтектических расплавов) и др.

При медленном нагревании глинистой породы, даже с хорошей вспучиваемостью, не происходит ни вспучивания ее, ни образования мелкопористой структуры, характерной для керамзита. В этом случае образуется пористый черепок. Масса не вспучивалась в результате преждевременного удаления газообразных продуктов — до приобретения ею оптимальной вязкости.

При ускоренной термической обработке глинистых пород температурные интервалы, в которых протекают вышеперечисленные процессы, смещаются в сторону более высоких температур, сближаются и частично накладываются друг на друга, а поэтому и возможно совмещение процесса газообразования с процессом перехода массы в пиропластическое состояние с оптимальной вязкостью, в результате чего происходит ее вспучивание.

Как было показано ранее, возникновение одного процесса газообразования в определенном интервале температур обжига сырья еще недостаточно для вспучивания массы, необходимо также, чтобы она имела оптимальную вязкость в этом интервале (1050-1250°) и достаточный интервал размягчения (не менее 50°).

В связи с этим следует рассмотреть условия размягчения глин, роль отдельных окислов (окислов железа, натрия, калия, кальция и др.). влияние этих окислов и соединении на вязкость расплава, температурные интервалы вспучивания и др.

Сложная смесь минералов и соединении, подвергаясь нагреванию, претерпевает происходящие в пен физико-химические процессы. В начале нагревания состояние глинистой системы характеризуется более многочисленными и менее подвижными атомами. При дальнейшем нагревании в системе появляются более подвижные атомы, обусловливающие влияние диффузных процессов, контактирование с поверхностями других атомов, входящих в полиминеральную массу глин. Вследствие этого между ними начинают протекать химические реакции еще в твердом состоянии. Эти реакции подготовляют систему к переходу в новое агрегатное состояние.

В период нагрева массы до 800-900° в ней появляется жидкая фаза вследствие образования низкотемпературных эвтектических расплавов от взаимодействия щелочных окислов (Na2O, K2O) с другими компонентами (CaO, SiO2). Так, например, трехкомпонентная система Na2О-CaO-SiO2 образует эвтектический расплав уже при 725°, двухкомпонентная система К2О-SiO2 — при 770 и 1045° и др. Количество жидкой фазы непрерывно увеличивается при повышении температуры нагрева как за счет новых звтектик, так и за счет взаимодействия их с кристаллическими составляющими. Появляются эвтектики системы Na2О- SiО2 при 874 и 1089°, FeO-CaO-SiО2 при 1070 и 1117°, FeO-A12О3-SiО2 при 1100 и 1177° и др.

Появление жидкой фазы в массе снижает ее вязкость настолько, что материал лз этой массы под влиянием даже собственного веса может деформироваться. При этом масса располагает еще значительным количеством твердых тугоплавких частиц, не перешедших в расплав.

Такими тугоплавкими компонентами массы, наиболее стойкими к температурным воздействиям, являются Al2O3 и SiO2. Они также повышают вязкость массы, находящейся в пиропластическом состоянии, a Na2O и K2O расширяют температурный интервал пребывания массы в таком состоянии. При наличии последних двух компонентов в количестве 3-5% в расплав переходит более 50% массы.

FeO в процессе размягчения глины играет существенную роль, образуя ряд важных для этого процесса и процесса вспучивания звтектик. Такие эвтектики обусловливают в то же время оптимальную вязкость для порообразования. К ним относятся системы FeO-CaO-SiO, FeO-Al2O3-SiO2 и др.

Органические примеси способствуют восстановлению окислов железа, более раннему накоплению жидкой фазы с участием FeO, снижению нижней границы интервала вспучивания и его расширению.

CaO образует с другими компонентами сравнительно высокотемпературные эвтектики, например системы CaO-АlО3-SiO2 при 1170°. Высокотемпературный обжиг сырья на керамзит, с одной стороны, мало экономичен, а с другой — создается опасность сильно флюсующего действия CaO в коротком интервале температур, в результате чего возникают быстротечная деформация материала, его оплавление и возможность агрегации зерен керамзита в большие куски — «свары». Поэтому содержание CaO, как установлено опытом, не должно превышать 3-5%.

По С. П. Онацкому скорость деформации неоднородного вспучивающегося расплава в общем виде может быть выражена равенством

v = KFn,

где v — скорость деформации; F — сила, преодолевающая вязкое течение; К — постоянный коэффициент; n — показатель, приближающийся к единице но мере перехода в расплав кристаллических частиц.

В некоторых глинистых породах при их термической обработке образуется ‘Недостаточное количество жидкой фазы, вследствие чего они способны претерпевать деформации лишь в слабой степени. Такие породы переходят в весьма вязкие, трудно текучие расплавы и при возникновении внутри них газообразных продуктов почти не вспучиваются.

Наряду с этими имеются глинистые породы, которые при обжиге приобретают малую вязкость и тоже плохо вспучиваются в результате свободного выхода пузырьков газа из легкоподвижной растекающейся жидкости.

За оптимальную вязкость легкоплавких вспучивающихся глин, определенную па вискозиметре «Оргресс», принимается вязкость от 108 до 106 пз. Она зависит в основном от химического и минералогического состава сырья и температуры.

Так как глинистые образования не имеют определенной температуры плавления, то для их характеристики особо важное значение имеет интервал температур, в котором происходит уменьшение кристаллической и нарастание
жидкой фазы и связанный с этим переход материала из твердого в пластическое состояние. Такой интервал называют интервалом размягчения. Он определяет границы области температур оптимального вспучивания.

По мере расширения интервала вспучивания улучшаются условия для порообразования. На пего значительное влияние оказывают следующие компоненты: CaO, SiО2, органические составляющие, Fe2О3 + FeO, AI2O3. Окись кальция сокращает интервал размягчения, окислы натрия и калия, наоборот, расширяют его, делая расплав длинноплавким. На вязкость расплава существенное влияние оказывают Al2O3, SiО2 (повышают), Na2O, K2O, Fe2О3 + FeO, СаО, MgO (понижают). К особенностям действия СаО следует отнести то, что при температуре ниже линии ликвидуса окись кальция повышает вязкость расплава, а при более высоких — понижает ее. С понижением вязкости понижается и поверхностное натяжение расплава. Поверхностное натяжение зависит от вида и соотношения основных фаз, температуры; может быть регулируемо введением в расплав небольших добавок поверхностно-активных веществ, к числу которых относятся Cr2O3, MoO3 и др.

Интенсивность вспучивания зависит от условий, при которых происходит вспучивание. Оптимальные условия для вспучивания создаются при наличии и благоприятном сочетании нескольких факторов: температурных параметров, давления газа в порах, вязкости, поверхностного натяжения и смачиваемости расплава. Для порообразования необходимо наличие газовых пузырьков, которые могут быть эффективными только в том случае, если они. имея еще на стадии образования начальное давление, в состоянии будут увеличиваться в размерах настолько, чтобы превзойти критический радиус.

Возникающие в расплаве пузырьки газа радиусом меньше критического не могут расширяться и произвести эффект вспучивания. В расплавах газы накапливаются и задерживаются только в закрытых порах, а также на поверхности частиц твердых оаз и тем в большей степени, чем меньше смачиваемость твердых частиц.

Точкой А показан нижний предел интервала, характеризующий переход из твердого состояния в состояние минимальной подвижности. Точкой В показан верхний температурный предел интервала, при котором масса переходит в жидкоподвижное состояние. Точки В и Г ограничивают на графиках области оптималыюй вязкости и в то же время температур оптимального вспучивания.

Таким образом к числу наиболее вероятных и важнейших газообразующих веществ н выделяемых лмн газообразных продуктов можно отнести: газообразные продукты восстановления окислов желееа CO2; СО и H2O; газы SO2 и SO3, образующиеся в результате диссоциации сульфатов и сульфидов; углекислый газ CO2, образующийся вследствие диссоциации карбонатных пород; углерод, участвующий в восстановлении окислов железа и в образовании СО, CO2 или H2O: химически связанную воду, высвобождающуюся в результате разложения первичных и вторичных минералов — мусковита, биотита, роговой обманки, акти-нолита, каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др. — и принимающую участие во вспучивании массы оптимальной вязкости.

Вспучиваемость глин зависит также от характера среды, в которой производится обжиг глины на керамзит.

При ускоренной термической обработке глинистого сырья в нем возникают преимущественно восстановительные реакции, которые являются основным источником газообразной фазы при вспучивании глин. Но и сама восстановительная среда печи также выполняет роль интенсивного восстановителя. Вследствие этого вспучиваемость большинства глин в восстановительной среде значительно выше, чем в окислительной или нейтральной.

Строительство фундамента при пучинистых почвах: основные правила, принципы защиты

• Причины пучения в грунтах
• Что нужно знать, чтобы построить фундамент для бани
• Какой фундамент можно строить на пучинистых грунтах?
  • Столбчатый фундамент на пучинистых грунтах
  • Ленточный фундамент на пучинистых грунтах
• Классификация грунтов по степени пучинистости
• Мероприятия против сил морозного пучения почвы
  • Коренные мероприятия
• Заключение, выводы, рекомендации

На сегодняшний день очень активно развивается строительное дело. Для того чтобы построить то или иное здание или сооружение, первым делом потребуется провести подготовительные работы, а затем возвести фундамент. Чтобы здание впоследствии было безопасным, потребуется изучить гидрогеологические особенности территории. Не на всех грунтах можно возводить большие сооружения. Фундамент – это основа любой постройки, от которой во многом зависит ее устойчивость, прочность и долговечность. Нередко в ходе проектирования того или иного здания или сооружения узнают, что грунт имеет пучинистый характер. Что же это означает?

Схема ленточного фундамента.

Пучинистым называется грунт, для которого свойственно морозное пучение. Существует также понятие морозной пучинистости, она показывает, в какой степени почва склонна к пучению. Это означает, что при промерзании грунта на определенную глубину, он увеличивается в объеме. Для того чтобы построить фундамент в пучинистых грунтах, первым делом нужно провести ряд мероприятий. Все это имеет огромное значение. Рассмотрим более подробно, что представляют собой пучинистые грунты, причины морозного пучения почвы, правила, согласно которым нужно возводить фундамент, например для бани.

Причины пучения в грунтах

Схема заглубленного ленточного фундамента.

Для пучинистых почв степень пучения больше 0, 01. Это свидетельствует о том, что при промерзании поверхностного слоя на 1 м, объем земли увеличивается более чем на 1 см. Данная цифра не велика, но она играет большую роль. Почему же все это происходит? В любом поверхностном слое земли есть определенное количество воды. В холодный период года (зимой) она замерзает и превращается в лед. Последний, как известно из физики, имеет меньшую плотность по сравнению с водой, но вода при этом увеличивается в объеме, что и является причиной пучения.

Таким образом, увеличение объема определяется количеством воды в грунтах. Наибольшее количество воды находится в глинистых породах: глине, суглинке и так далее. Дело в том, что они имеют в своем составе множество мелких пор, в силу чего хорошо удерживают воду, но при этом не могут пропускать ее через себя, чтобы она уходила в более глубокие слои. Конечно, в теплых регионах, где никогда земля не промерзает, пучение не наблюдается, но в нашей стране – это не редкость.

Что нужно знать, чтобы построить фундамент для бани

Схема размещения песчаной подушки.

Перед тем как возводить фундамент своими руками, например для бани, нужно тщательно изучить особенности земельного участка. Строительные нормы и правила рекомендуют возводить фундамент, в частности для бани, ниже уровня промерзания грунта. С одной стороны, это хорошо, так как в данном случае на него не будут действовать вертикальные силы пучения в грунтах. Но с другой стороны существуют и касательные силы, которые могут оказывать влияние на боковые части фундамента. При этом сама наружная часть здания может несколько подниматься или сдвигаться в горизонтальном направлении.

Поэтому при таких грунтах специалисты рекомендуют обрабатывать боковые стены фундамента специальными растворами (смесями), которые ухудшают сцепляемость поверхности с почвой. Большое значение имеют и такие показатели, как глубина промерзания и уровень грунтовых вод. Огромное значение имеет тот факт, что нередко грунтовые воды расположены очень близко к поверхности и здание приходится строить очень аккуратно. Обязательными условиями при таких грунтах будет теплоизоляция основания и устройство дренажа. Последний нужен для отвода излишков воды.

Обязательным условием, чтобы построить фундамент для бани в таких условиях, является его армирование. Он должен быть максимально жестким. Все дело в том, что вода в земле замерзает осенью и оттаивает по весне не равномерно. С северной стороны замерзает быстрее, а с южной быстрее оттаивает. Все это способствует нагрузке на фундамент и он может постепенно разрушаться.

Какой фундамент можно строить на пучинистых грунтах?

Схема бетонного фундамента.

На подобных грунтах можно возводить только определенного типа фундамент. В том случае, если конструкция легкая, то даже при возведении основания здания выше уровня промерзания земли, это может быть не эффективным. Если планируется возводить дом из деревянного бруса и фундамент, например для бани, то при этом наиболее оптимальным вариантом будет использование мелко заглубленного армированного, ленточного фундамента.

Если же имеется более тяжелая конструкция, например двухэтажный дом из кирпича или бетонных блоков, то целесообразно применить систему заглубленного фундамента, потому что данное сооружение в меньшей степени будет подвержено силам изнутри. Фундамент может быть плитным, ленточным или свайным. При высоком уровне стояния вод, когда дренажная система не может справиться с работой, рекомендуется организовать мало заглубленный фундамент по типу железобетонной плиты для бани.

Столбчатый фундамент на пучинистых грунтах

Схема устройства песчаной подушки в качестве опорной площадки.

Возводить столбчатый фундамент наиболее целесообразно на пучинистых грунтах. Его можно расположить ниже уровня промерзания. Такой фундамент чаще всего возводят под дома легкой конструкции, не имеющие подвального помещения. Дома могут быть деревянные каркасные. Нередко прибегают к этому варианту при планировании возведения кирпичных стен. Столбы для дома могут быть выполнены из различных материалов: бетона, железобетона, кирпича. Столбы целесообразно устанавливать в местах сосредоточения максимальной нагрузки: в участках пересечения стен, расположения балок, по стойкам каркаса и так далее. Обязательно устанавливаются они под углы дома.

Для того чтобы снизить давление в грунтах очень часто прибегают к использованию фундамента из штучных материалов. В нижней части столбы подобного типа несколько расширяют. Если глубина залегания фундамента более 1 м, то прибегают к использованию столбов из железобетона или бетона. При большой глубине промерзания можно использовать столбчатый анкерный фундамент, преимуществом его является минимальное сечение, что позволяет снизить нагрузку от воды при пучении.

Ленточный фундамент на пучинистых грунтах

Для того чтобы возвести фундамент для бани своими руками, нужно придерживаться следующих правил. Практически для всех легких конструкций, например из дерева или бруса (бань), оптимальным решением будет именно ленточный вариант. Он позволит уменьшить нагрузку на почву. При его обустройстве важно следить не только за тем, чтобы она располагался ниже уровня промерзания, но и чтобы он был частично расположен в малосжимаемых пучинистых грунтах. В зависимости от характера земли , глубина его залегания может быть от 50 до 90 см. Толщину делают не более 40 см, для бани это в самый раз.

Уровень и глубина залегания грунтовых вод.

Ленточный фундамент делают размерами в соответствии с шириной и длиной бани. Первым делом роют по периметру траншею. Делать это можно своими руками лопатой или же при помощи экскаватора. После чего заливают ее бетоном. Качество почвы определяют весной, в апреле-мае. Чем больше в грунтах глины и воды, тем глубже нужно устанавливать фундамент бани или другого здания. При наличии очень вязкой и малосжимаемой почвы потребуется расположить основание здания более низко и увеличить его суммарную площадь. Для этих целей очень часто используются такие устройства, как подушки. Они представляют собой тяжелые бетонные конструкции в виде трапеции в сечении.

На верхнее основание возводится ленточный фундамент, а нижнее закапывается в грунт. Хороший эффект для того, чтобы уменьшить глубину промерзания в грунтах, дает укладка пенополистироловых плит. Они обладают хорошими теплоизоляциоными свойствами и не пропускают влагу. В силу этого можно уменьшить глубину промерзания на 20-30 см. Актуален этот метод и при расположении под земле водопроводных труб. С этой целью плиты утеплителя кладут прямо над ними.

Классификация грунтов по степени пучинистости

Как уже было сказано выше, пере тем как строить фундамент, необходимо изучить характер почвы. Классификация по степени пучинистости основана на влиянии деформаций и расширения воды на конструкцию здания, в частности его основания. Согласно ей, почвы подразделяют на мало пучинистые, средне пучинистые, очень пучинистые и непучинистые. К первой категории относятся супеси, пески, суглинки и глины тугопластической консистенции. Ко второй – супеси, пылевые пески, суглинки с природной влажностью, превышающей показатель консистенции 0,5.

Наиболее опасными в этом отношении являются пылеватые глины, супеси и суглинки при расположении уровня грунтовой воды в слое сезонного промерзания или ниже допустимой глубины промерзания в супесях не более чем, на 0,5 м, в суглинках и глинах – не более чем на 1 м. К непучинистым почвам можно отнести крупнообломочные грунты, пески мелкие и пылеватые, все виды глины твердой консистенции. На степень пучения влияет ряд факторов. Во-первых, это уровень стояния грунтовых вод. Во-вторых, капиллярное поднятие воды в грунтах. В-третьих, большую роль играют такие показатели, как глубина промерзания грунта. Последняя зависит от наличия и толщины снежного покрова на по поверхности земли, наличия покрытий, солнечной радиации, температуры воздуха и других климатических особенностей данной местности.

Мероприятия против сил морозного пучения почвы

Среди всех мероприятий большое значение имеют те, которые направленные против деформации основания конструкции. Они включают в себя инженерно-технические (мелиоративные), конструктивные (по снижению или недопущению повреждения здания и фундамента) и термохимические. Последние необходимы для снижения касательных сил пучения. Особое место среди них занимают конструктивные мероприятия. К ним можно отнести увеличение нагрузки на фундамент, использование столбчатой технологии, применение фундаментов анкерного типа, замена пучинистого грунта на более безопасный, понижение глубины промерзания грунта и многие другие.

Очень эффективным способом является уменьшение сцепляемости почвы с конструкцией. Это достигается следующими основными путями: засыпкой пазух, засолением грунта, нанесением на поверхность фундаментной основы специальной мастики, битумной обмазки и тому подобного. Кроме того, при использовании столбчатого фундамента рекомендуется обертывать его рулонными материалами для утепления и гидроизоляции, например рубероидом.

Коренные мероприятия

Чтобы фундамент для бани простоял долго и не был подвержен негативному влиянию влаги, прибегают к более коренным мероприятиям. Они направлены на исключение хотя бы 1 из следующих факторов: наличия пучинистого грунта, отрицательной температуры почвы и состояния природной влажности. С этой целью применяются технологии по полной замене данной почвы на необходимую глубину насыпным слоем. Важно, чтобы земля была сухая. Неплохой результат может дать комплекс мероприятий, направленных на осушение, использование в таких грунтах дренажной системы и обогрев почвы в холодный период года.

Заключение, выводы, рекомендации

На основании всего вышесказанного можно сделать заключение о том, что правильное обустройство здания, в том числе основания, например для бани, во многом определяется характером почвы. Почва может обладать таким свойствами, как пучинистость. Оно основано на изменении ее объемов при замерзании скопившейся там воды. На таких грунтах возводить сооружения при отсутствии специальных защитных мер очень опасно. Это может стать причиной перекоса не только фундаментной основы, но и всего здания. Со временем это может спровоцировать трещины в потолке и стенах.

Чтобы определить особенности почвы, потребуется тщательно изучить гидрогеологические особенности данной территории. Прямыми признаками пучинистости является высокий уровень стояния грунтовых вод, большая глубина промерзания грунта. Большое значение имеет и такой показатель, как наличие верховодки в верхнем слое земли. Она может затоплять подвалы и котлованы для фундамента, мешая строительству. Не каждый тип фундамента можно возводить в таких условиях. Наиболее оптимальный вариант – столбчатая система, которая позволяет снизить нагрузку воды на конструкцию.

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.