Пучение грунта
Сезонные механические колебания, вызванные промерзанием земли в холодное время года, называется пучением грунта. Изучение данного процесса очень актуально при проектировании и возведении фундаментов, так как подвижки грунтов у основания строения при неверных расчетах могут быть критичными для целостности конструкций.
Промерзая, грунт начинает увеличиваться под действием расширения находящейся в нем влаги. И чем больше содержание воды в почве, тем больше вероятность ее пучения во время заморозков. При этом стоит учитывать, что из-за разнообразия типов грунтов, они по разному подвержены механическим изменениям.
Механизм увеличения объема грунта
Пучение грунта — это изменение его объема, происходящее в следствии замерзания содержащихся в слоях грунтовых вод. Другими словами, расширение обуславливается тем, что номинальная плотность воды в жидком состоянии составляет 1000 килограмм на кубометр, тогда как плотность льда — 917 килограмм на кубометр. То есть, согласно законам физики, при переходе из жидкого состояния в твердое объем воды увеличивается ориентировочно на 9%. В результате это расширения влага оказывает давление на почву и грунт движется вверх, поскольку в обратном направлении движение невозможно из-за высокой плотности ниже расположенных слоев.
Таблица: Классификация пучинистости разных видов грунтов согласно ГОСТ № 25100.
ВИДЫ ГРУНТА | КЛАСС ПУЧИНИСТОСТИ, % |
|
Грунты, не подвергающиеся морозному пучению. Расширения объема менее 1%. |
|
Грунты, слабо подвергающиеся морозному пучению. Расширение объема от 1 до 3.5%. |
|
Грунты со средней склонностью к пучению. Расширение объема от 3.5 до 7%. |
|
Грунты с высокой склонностью к пучению. Расширение объема от 7%. |
Изменение объемов грунта может происходить не только зимой. Например, этот процесс вполне можно наблюдать и в переходных периодах, когда нет сильных морозов. Подвижки происходят, когда одна сторона строения находится под постоянным воздействием лучей солнца, а другая — в тени. А если при этом еще и идут дожди, переувлажняющие почву, и ночью начинает холодать, то резкий перепад температуры приведет к промерзанию скопившейся в земле жидкости. Это может повторяться многократно и приводить к износу фундамента и строения, установленного на нем. Весной, в результате такого воздействия, дом может подвергаться усадке на несколько сантиметров. Зимой последствия могут быть более критичнвми, а износ здания будет происходить быстрее и с большими повреждениями, так как сила промерзания в этот период выше.
Факторы, способствующие пучению грунта
Основные факторы влияющие на процесс расширения грунта:
- Насыщенность водой. Чем выше уровень грунтовых вод на участке, тем более сильно проявляет себя пучение. Необходимо понижать уровень грунтовых вод если это возможно.
- Количество осадков.
- Глубина залегания подземных вод.
- Температура и длительность заморозков.
- Важно учитывать глубину промерзания грунта, которая во всех регионах разная.
- Влажность воздуха.
- Рельеф участка.
- Тип грунта на участке. Это немаловажный фактор, так как сила морозного давления зависит от состава почвы и ее способности удерживать влагу.
Таблица: Глубина заложения фундамента с учетом видов грунта.
ВИДЫ ГРУНТОВ | РАССТОЯНИЕ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ПЛАНИРОВКИ ДО УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД В ПЕРИОД ПРОМЕРЗАНИЯ | ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА ОТ ПОВЕРХНОСТИ ПЛАНИРОВКИ |
Скальные и крупнообломочные грунты, а также пески гравелистые, крупные и средней крупности | Любое | Не зависит от расчетной глубиныпромерзания |
Пески мелкие и пылеватые, а также супеси мелкой консистенции | Превышает расчетную глубину промерзания на два метра и более | |
Пески мелкие и пылеватые, а также супеси независимо от их консистенции | Менее расчетной глубины промерзания или превышает ее менее чем на два метра | Не менее расчетной глубины промерзания |
Супеси пластичной и текучей консистенции | Любое | |
Суглинки и глины с твердой консистенцией | Превышает расчетную глубину промерзания на два метра и более | Не зависит от расчетной глубиныпромерзания |
Суглинки и глины мягкопластичной консистенции | Может назначаться менее расчетной глубины промерзания при условии защиты грунтов основания от увлажнения поверхностными водами, а также от промерзания в период строительства и эксплуатации | |
Суглинки и глины текучепластичной и текучей консистенции | Любое | Не менее расчетной глубины промерзания |
Суглинки и глины независимо от их консистенции | Менее расчетной глубины промерзания или превышает ее менее чем на два метра |
Показатель давления грунта и его влияние на фундамент
Данный показатель означает давление паутинистого грунта, в частности — на фундамент постройки. Лед в земле может достигать огромных масс, которые способны вымещать фундамент на поверхность. Выделяют два вида типа выталкивающего воздействия на основание дома:
- Вертикальное выталкивающее воздействие. Оно происходит вследствие пучения слоев почвы, расположенных под основанием здания.
- Касательное выталкивающее воздействие, происходящее вследствие пучения грунта, контактирующего с боковыми стенками фундамента.
Вертикальная сила наносит меньше вреда фундаменту. Деформации незначительные, и их можно заранее предотвратить. Для этого необходимо использовать для устройства фундамента только качественные компоненты, и делать основание строения ниже глубины промерзания.
При воздействии касательной силы, грунт не просто поднимается вверх, но и расслаивается. Это может повлечь полноценное разрушение здания, стоящего на нем. Особенно опасно такое явление, если дом имеет небольшую массу.
Схематически воздействие выталкивающих сил на основание дома представлено в следующей таблице:
А — давление фундамента на грунт. Б — сопротивление грунта. В — выталкивающие силы. Г — касательные боковые силы. УГВ — уровень грунтовых вод. УПГ — уровень промерзания грунта. | |
Неправильный способ закладки фундамента. Фундамент, заложенный выше уровня промерзания грунта, выталкивают силы вспучивания, поднимая его на высоту (а). | Правильный способ закладки фундамента. Фундамент, заложенный ниже уровня промерзания грунта, не испытывает давления промерзлого грунта. |
Видео по теме:
Минимизация последствий пучения в частном строительстве
Если грунт на вашем участке подвержен сезонным подвижкам, то при строительстве на такой основе нужно позаботиться о дальнейшей безопасности целостности конструкций. Для этого нужно соблюдать несколько базовых правил:
- Необходимо знать тип грунта.
- Знать глубину промерзания для вашего региона.
- Заглублять основание ниже глубины промерзания для борьбы с выталкивающими силами.
- Минимизировать касательные боковые силы. Этого можно добиться обмазкой фундамента специальными составами или уменьшением площади бокового контакта (свайные фундаменты).
- Подбирать оптимальный тип фундамента исходя из проекта дома и свойств почвы на участке.
- Проводить дополнительные мероприятия по утеплению участков близлежащих к фундаменту. В данном случае утепляется грунт вокруг дома, что предотвращает промерзание.
- Бороться с искусственным переувлажнением почвы. Для этого сооружается отмостка для защиты основания дома от осадков. Можно также использовать дренажную систему (более дорогостоящее решение).
Любой из этих способов эффективен в борьбе с морозным пучением грунта. А их комбинация только усилит эффект. Начиная строительство дома, заранее позаботьтесь об этом и минимизируйте нежелательные последствий от возможных деформаций фундамента.