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 домаПучение — 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.
Классификация
Классификация грунтов по типу вспучивания делит виды на несколько подгрупп. К пучинистым относятся:
- Чрезмерно или очень пучинистые.
- Сильно пучинистые.
- Средней степени.
- Слабой степени.
И отдельно стоят непучинистые грунты.
Последнее определение можно назвать чисто условным, потому что нет такой земли, которая бы не промерзала и не взбухала. Все зависит от влажности почвы и от температуры ее охлаждения. Конечно, можно сказать, что чисто каменный грунт вспучиваться не будет. Но такая разновидность встречается в местах проживания людей крайне редко. Обычно это горы.
То есть, получается так, что тип земли не сильно влияет на морозное пучение. Главными причинами выступают влажность почвы и температура воздуха. Поэтому вопрос, как определить, какие грунты пучинистые, а какие нет, ставится неправильно. Все они в какой-то степени могут вспучиваться.
Расчет для мелкозаглубленного фундамента
Следует привести пример расчета мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах. Например, строится одноэтажный дом с такими размерами:
- высота – 4 метра;
- ширина – 5 метров;
- длина – 10 метров.
Конструкция включает две несущие внутренние стены с высотой каждой в 4 м и длиной в 3 м. Пол не опирается на фундамент, заливается бетоном. Основание будет иметь форму ленты с шириной подошвы в 40 см и глубиной в 70 см. Выполнен фундамент из армированного бетона, для чего применяется арматура с диаметром в 12 мм. Каркас будет иметь два пояса, каждый из которых состоит и пяти прутьев, перемычек с длиной в 25 см. Такие перемычки ставятся с шагом в 50 см.
Чтобы узнать массу, которую будет иметь ленточный фундамент, необходимо определить такие значения:
Схема мелкозаглубленного фундамента с гидроизоляцией на печанной подушке.
- геометрические размеры конструкции;
- плотность используемого строительного материала.
Геометрические размеры узнать довольно просто. Так, длина фундамента равна периметру будущего здания, то есть надо просто вычислить сумму его сторон:
10+10+5+5+3+3=36 метров.
Ленточный фундамент будет заливаться не только под наружными фасадными стенами, но и под внутренними несущими, поэтому учитывают их тоже.
Теперь можно найти объем исходя из того, что высота ленты равна 70 см, а ширина – 40:
V=36×0,4-0,7=10,08 метра кубического.
Но это общий объем, из которого необходимо вычесть арматуру, чтобы узнать количество бетона. Зная, что ленточный фундамент имеет два пояса по пять прутков с перевязкой, считают длину для каждого:
10-0,5-0,5=9 метров.
Длина всех поясов будет равна:
2×(9×2+4×2+2,5×2)=62 м.
Каждый пояс имеет по пять прутьев, значит, общая их длина составляет: 62×5=310 м.
Теперь определяют длину необходимых перемычек для армирования:
Схема армирования мелкозаглубленного фундамента.
9/0,5+1=19 шт.,
4/0,5+1=9 шт.,
2,5/0,5+1=6 шт.
Для одного верхнего пояса количество перемычек составляет:
19×2+9×2+6×2=68 штук,
Так как длина одной перемычки составляет 0,25 метра, то общая длина составляет:
68×0,25=17 метров.
Для всех горизонтальных перемычек для каркаса длина составляет:
17×2=34 метра.
Для вертикальных перемычек учитывают, что с одной стороны их идет 68 штук и с другой столько же. То есть получается 136 штук с длиной одной в 40 см. Общая их длина составляет:
136×0,4=54,4 м.
Теперь вычисляют общую длину арматуры, которую требует мелкозаглубленный фундамент:
310+34+54,4=388,4 м.
Чтобы узнать площадь сечения для арматуры, используют формулу площади круга:
Схема приготовления раствора бетона для фундамента.
3,14×0,000036=0,00011 кв. метра.
Для получения объема используют формулу:
0,00011×388,4=0,04 куб. метра.
Теперь получают объем только для арматуры:
10,08-0,04-0,04=10 куб. метров.
Значение 0,04 берется из расчета, что мелкозаглубленный фундамент будет армироваться и по углам.
При помощи такого не слишком сложного расчета определяют, что требует:
- 10 куб. метров цемента (при плотности 2500 кг на кубометр);
- 0,08 куб. метра металлической арматуры (при плотности 7800 кг на кубометр).
То есть общая масса всего основания, которое возводится на пучинистых грунтах в виде ленточного фундамента, будет составлять:
10×2500=25000 кг,
0,08×7800=624 кг,
25000+624=25624 кг.
То есть ленточный фундамент имеет массу в 25624 кг.
Строительство дома на пучинистых грунтах не является самым оптимальным вариантом. Но если другого выхода нет, то необходимо тщательно рассчитать будущее основание, чтобы после его сооружения конструкция не выталкивалась из почвы по время зимнего пучения. Сделать это не так сложно, но необходимо проявлять внимательность, чтобы при эксплуатации не произошли деформации фундамента, а значит, и самого дома.
Распространение пучинистых грунтов на территории России
Так как песчаные и глинистые основания распространены повсеместно, то можно считать, что расположение грунтов с пучинистыми свойствами охватывает почти половину территории России. Сюда входят:
- западные области РФ: Калининградская, Псковская и Ленинградская области и Республика Карелия;
- средняя полоса РФ: Владимирская, Калужская, Ивановская, Костромская, Рязанская, Московская, Смоленская, Тверская, Тамбовская, Тульская, Ярославская, Белгородская, Брянская, Вологодская, Воронежская, Кировская, Курская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Ульяновская области, Чувашская Республика;
- южные части Архангельской и Мурманской областей, Хабаровского края, Республики Якутия, Красноярского края, Иркутской и Тюменской области, Республики Коми;
- Амурская, Читинская, Новосибирская, Омская, Кемеровская области, Республики Бурятия, Коми, Тыва, Алтай, Свердловская область, Республики Татарстан и Башкортостан, Волгоградская область, Ростовская область, Республика Калмыкия;
- северные части Краснодарского и Ставропольского краев.
Точно так же неактуальна проблема морозного вспучивания для регионов, где в основании зданий залегают в основном грунты скальные и крупнообломочные – это все северокавказские республики и южная часть Ставропольского края.
Кроме того, проблема пучинистости не имеет значения для территорий, где основания практически не промерзают – это южная часть Краснодарского края и Республика Дагестан.
Глубина промерзания наряду с уровнем расположения грунтовых вод является определяющими факторами, влияющими на величину возможного вспучивания основания. Например, в регионах, близких к Байкалу, где глубина промерзания может достигать 2,5 м, подъем поверхности при вспучивании может достигать 30-40 см, в Подмосковье при глубине промерзания 1,5 м подъем поверхности составляет 15-18 см.
Как происходит пучение
Так как плотность воды больше чем у льда, то в процессе ее замерзания ее объем изменяется в большую сторону. Исходя из этого влага, находящаяся в почве, становится причиной расширения ее массы. Отсюда и появилось такое понятие, как силы морозного пучения, то есть – силы, влияющие на процесс расширения грунта. Сама же почва в этом случае называется пучинистой.
Полезно! Уровень расширения грунта обычно составляет 0,01. Это означает, что если верхний слой земли будет промерзать на глубину 1 м, то объем почвы увеличится на 1 см и больше.
Само морозное пучение происходит по нескольким причинам:
- Из-за глубины залегания верхнего водоносного слоя. Если вода расположена близко к поверхности, то даже при условии замены глины на гравелистый песок будет неэффективна.
- Исходя из глубины промерзания земли в холодный период в конкретном регионе.
- В зависимости от типа почвы. Больше всего воды содержится в глине и суглинках.
Исходя из состава почвы и климатических условий, выделяют пучинистые и непучинистые грунты.
Чем отличаются пучинистые и непучинистые основания
Согласно ГОСТ 25100-2011 существует 5 групп грунтов, которые отличаются по уровню пучения:
- Чрезмерно пучинистые (уровень расширения грунта составляет более 12%);
- Сильнопучинистые – 12%;
- Среднепучинистые – порядка 8%;
- Слабопучинистые – около 4%;
- Непучинистые – менее 4%.
Последняя категория считается условной, так как почвы, в которой не содержится воды, практически нет в природе. К таким основаниям можно отнести только гранит и крупнообломочные породы, но в наших условиях такие грунты встречаются крайне редко.
Говоря о том, что такое пучинистый грунт и как его определить, стоит учитывать его состав и УГВ.
Тип фундамента, подходящий при пучинистом грунте
При более тщательном изучении этого вопроса следует, что застройщики в основном всегда рекомендуют углублять подошву фундамента до такого уровня, который находится немного ниже той точке, на которой промерзает почва. Этого же требуют и нормы по проектированию.
Такое заглубление основы дома избавит стены от деформирующих сил пучения, которые действуют только вертикально. Однако, из-за достаточно большой площади боковых поверхностей, на основание здания также будут действовать и силы касательные. Их величина может быть достаточной для того, чтобы поднять фундамент и даже сместить его по горизонтали.
При наличии подобных условий заливается фундамент на насыпном грунте (этот тип не должен быть подвержен пучению) или боковые поверхности основания проходят обработку специальными материалами, которые способны уменьшить сцепление с грунтом.
Но самым распространенным вариантом является постройка дома достаточного веса, способного своей нагрузкой уравновешивать негативное воздействие грунта.
Плитные фундаменты
Плитный фундамент на пучинистых грунтах
Плитные фундаменты – это конструкции, где под зданием установлена монолитная железобетонная плита, установленная непосредственно на грунт.
Это разновидность мелкозаглубленного основания, отличается высокой прочностью, надежностью и массой.
Но на его возведение нужно затратить большое количество бетонного раствора и арматуры, а также использовать дополнительную опалубку.
Через свою массу и большой расход строительных материалов, монолитные плитные конструкции используются при небольшом частном строительстве, особенно при строительстве на слабых почвах. Бывает две разновидности фундаментов-плит:
- Собственно, плитный фундамент;
- Мелкозаглубленный ленточный монолитный фундамент с подвесными полами по грунту.
В случае подвесного пола, плита сама не участвует в передаче нагрузки от здания на грунт, а выполняет задание плиты перекрытия подвала или первого этажа. Она рассчитывается на нормативную нагрузку перекрытий, отличается прочностью и дополнительно армируется. Грунт тут используется как временная опалубка при установке плиты перекрытия. После высыхания бетона, грунт убирают.
Типы фундамента
Непучинистый грунт – отличный вариант при строительстве здания. При любом промерзании и влажности не нужна глубокая заливка. Неподвижная основа позволит возвести несущие конструкции с минимальными затратами сил и финансовых вложений.
Непучинистый грунт из габаритных скальных осколков или крупной гальки помогает создать крепкий и надежный фундамент. Снимают верхний растительный слой, вырывают неглубокую канавку (до 20 см), которую заливают строительным бетоном. После затвердения массы можно приступать к возведению строения.
Как обустроить основуИсточник sdelai-lestnicu.ru
Заглубленный фундамент для непучинистого грунта подойдет для дачного дома. На участке создают траншею, глубиной в 70 см. Яму наполняют крупным песком, тщательно утрамбовывают. Рассыпчатое сырье укладывают слоями, каждый из которых обильно орошают водой. Основу заливают бетоном, после высыхания приступают к возведению цоколя и стен.
Если грунт пучинистый сухой или подземные источники расположены ниже 2 м, то можно уменьшить расход стройматериалов, используя в котловане песок или гальку. На поверхности почвы ставят опалубку, в траншею высыпают рассыпчатые компоненты, потом выливают бетон.
При близком прилегании подземных источников пучинистого грунта придется создавать надежную конструкцию. Часто используют сваи (железные, винтовые), которые вбивают на уровень промерзания почвы. Для хозяйственных построек применяют столбчатый метод, для домов – бетонный ленточный.
Сооружение различных видов оснований
Если в месте заложения фундамента близко грунтовые воды, то, прежде чем приступить к сооружению плитного основания, потребуется подготовить по всему периметру будущего здания канавы. Лучше, если это будет траншея шириной 20-30 см и высотой (глубиной) не менее 50 см. Канавы будут наполняться дождевой или талой водами, и таким образом будет осуществляться дренирование. Подробнее о предпочтительном типе фундамента смотрите в этом видео:
Для защиты стенок фундамента, обработайте их гидроизолирующим мастиками
«Плавающая» плита лежит не на глинистой почве, а на созданной из песка и гравия подушке. Такой тип фундамента нужно заливать, соорудив его на насыпном грунте. Перед заливкой монтируют дренажную систему, укладывая дрены под уклоном не менее 5 см на каждый метр трубы. Для защиты плиты необходимо внутреннюю поверхность основания выслать гидроизоляционными материалами. Чаще всего используют рубероид, укладывая полотна внахлест по 10-15 см шириной. Крепеж выполняют с помощью битума.
На гидроизоляцию укладывают армирующий каркас и заливают его бетоном, наполнителем для которого служит мелкофракционный гравий. Лучше залить все основание за один день.
Ленточный фундамент требует тщательной подготовки траншей котлована. Они должны быть достаточно глубокими и широкими, чтобы превысить глубину промерзания земли и позволить качественно собрать опалубочную конструкцию.
Заливают монолитную ленту, позаботившись о правильной отсыпке ее дна, качественной трамбовке и обустройстве гидроизоляции. Внутрь опалубки устанавливают каркас, связанный из арматурных стержней различного сечения. Бетон заливают послойно с обязательной трамбовкой каждого слоя. Полезные советы при строительстве дома на почве с высоким УГВ смотрите в этом видео:
Свайный ростверковый фундамент признан наиболее надежным при возведении построек на участках с высоким УГВ
Делая такое основание, важно следовать почвенным показателям, в зависимости от которых устанавливается размер каждой из используемых свай. Сваи используют:
- винтовые;
- буронабивные;
- забивные.
Самостоятельно без привлечения тяжелой строительной техники монтируют винтовые конструкции. После установки всех свай на них собирается ростверк или укладывается балка, необходимая для того, чтобы связать всю конструкцию воедино.
->
геодезию будем заказывать в ближайшее свайный, но вроде дорого…но если привести пример на колодце — то первое кольцо земля, со 2 по 4 глина, а с 5 пошли земля камни и вода — нам даже не советовали туда ничего сыпать -вода чистая…сейчас на участке есть дачный дом 6*6, под ним погреб — весной полный воды, он не очень глубокий…хотим нанимать рабочих под контролем своего человека, который сам может от фундамента под крышу…просто одному тяжело..а фирмы что-то цены ломят- в голове не укладывается…уже готовы параметры дома уменьшить до 9.0*9.0, все равно индивидуальный будет…а про теплоблоки не знаете — лучше газо-пено-блоков?
Высокие грунтовые воды: фундамент столбчатый
Устройство фундамента при высоком уровне грунтовых вод – это самый важный вопрос, возникающий при строительстве подземной части здания. Он требует правильного ответа, от которого будет зависеть не только комфортность эксплуатации, но и долговечность постройки.
Морозное пучение грунта: почему оно возникает?
Механизм данного явления следующий:
Замороженная вода увеличилась в объеме
– плотность (объемный вес) воды составляет 1000 кг/м3;
– плотность (объемный вес) льда – 916 кг/м3.
А это значит, что при одинаковой первоначальной массе вода занимает меньший объём, чем лёд, примерно на 9%.
При отрицательных температурах содержащаяся в водонасыщенном грунте вода превращается в лёд.
При этом масса льда осталась такой же, что и у воды. За счет разной плотности (объемного веса) превратившаяся в лёд вода значительно увеличивается в объёме, создавая тем самым давление на грунт.
Испытывая колоссальное давление со стороны льда, грунту ничего не остается, как начинать двигаться. Вниз – не может, там достаточно плотные, ненарушенные слои, продавить их он не в состоянии. Остается один путь – вверх. Поэтому грунт наверх и выдавливается.
Теплоизоляция фундамента как способ избежать морозного пучения | ДОМ ИДЕЙ
Перекосы фундаментов, вызывающие трещины в стенах, которые обычно появляются в весенний период, доставляют владельцам множество неприятностей. Цена устранения подобных дефектов весьма высока.
Решение актуальной проблемы
В практике строительства и эксплуатации зданий довольно часто встречаются случаи повреждения конструкций силами морозного пучения грунта.
Большую часть наших грунтов составляют суглинки и глины. Они способны накапливать в себе воду, которая, замерзая, увеличивается в объеме.
Это влечёт за собой увеличение объема находящегося под фундаментом грунта. В результате возникают неравномерно распределённые по периметру конструкции усилия, выталкивающие фундамент. При оттаивании водонаполненные грунты становятся более пластичными, вызывая проседание фундаментов и, как следствие, перекосы стен подвала, появление трещин и локальных разрушений.
Особенно страдают от этого малозаглублённые фундаменты домов и различных пристроек, наружных лестниц и веранд, а так же отмостка и площадки перед домом. Подобные деформации могут происходить регулярно, из года в год, приводя к полному разрушению конструкций.
Традиционно для предотвращения подобных пучинистых явлений предпринимают дополнительные меры. Эти мероприятия предусматривают устройство под фундаментом песчаной и использование для обратной засыпки непучинистого грунта. Обычно подобную засыпку выполняют шириной м от стен в пределах глубины промерзания, составляющей в наших условиях в среднем 1,8-2 м.
При этом вблизи самой поверхности земли, под отмосткой стараются использовать материал, обладающий некоторой теплоизолирующей способностью, например, шлак. Стоимость подобных мер невысока, но полностью избавиться от проблемы, как правило, не удаётся.
Совсем исключить воздействие сил морозного пучения можно только путем ликвидации самой причины их возникновения, то есть промерзания грунта. Для этого нужно просто теплоизолировать грунт по всему периметру здания.
К подобной теплоизоляции предъявляются повышенные требования. Материал должен быть водонепроницаем, водостоек и достаточно прочен. Для подобных целей идеально подходит экструзионный пенополистирол, выпускаемый в виде строительных плит различной толщины.
С помощью подобной плитной теплоизоляции можно поддерживать положительную температуру грунтов, находящихся в основании здания и тем самым избежать воздействия пучинистых явлений на элементы фундаментов.
Применение экструзионного пенополистирола является предпочтительным из-за высоких прочностных характеристик самого материала, практически нулевого водопоглощения и, как следствие, продолжительной эффективной работе (более 50 лет) в грунтовых условиях.
Технология утепления фундамента и отмостки
Вокруг дома откапывают грунт на глубину 50-60 см. Ширина траншеи должна обеспечить укладку утеплителя. Исходя из того, что глубина промерзания грунта на Урале составляет примерно 1,8-2 м, рекомендуемая ширина полосы утеплителя в зависимости от типа грунта должна быть 1,5-2 м.
На схеме обозначены:
Внешняя стена.
Гидроизоляция.
Облицовка цоколя.
Отмостка.
Фундамент.
Экструзионный утеплитель.
Песчаная подушка
Обратная засыпка.
Первым делом на дно траншеи насыпают слой песка толщиной не менее 20 см, устраивают небольшой уклон песчаной подушки в сторону от фундамента и тщательно утрамбовывают. На песок укладывают плиты экструдированного пенополистирола.
Следует заметить, что помимо способности сохранять высокие теплозащитные характеристики в грунтовой среде, экструдированный пенополистирол является материалом, способным воспринимать достаточно большие нагрузки, даже дорожного покрытия вместе со стоящим на нём автомобилем.
Толщина плит принимается в зависимости от коэффициента теплопроводности утеплителя. Лучше взять с запасом, от 100 мм, укладывая плиты в два слоя.
Уровень потерь тепла через наружные углы значительно превышает теплопотери через прямолинейные поверхности, поэтому в зоне углов на расстоянии 1,5-2 м от угла укладывают утеплитель толщиной в 1,5 раза большей, чем по периметру.
Сверху утеплитель засыпают слоем песка толщиной не менее 30 см.
Немаловажное значение имеет тот факт, что предлагаемая технология может быть реализована как при возведении новых домов, так и в процессе эксплуатации существующих построек, причем размещение теплоизоляционного материала по периметру здания позволяет не только защитить грунт от промерзания, но и утеплить подвальные помещения и тем самым значительно снизить неоправданные потери тепла
Что такое пучинистые грунты и чем они опасны
Пучение — это процесс увеличения объема грунта, вызванный расширением замерзшей воды. Пучинистые грунты содержат достаточное количество влаги, чтобы она смогла повлиять на их состояние в зимнее время.
Примечательно, что на территории России большинство участков обладают таким типом грунта, что выдвигает особые требования к технологии строительства.
Наличие влаги делает эти грунты нестабильными в холодное время года. Вода замерзает, расширяется и начинает выдавливать грунт вверх или в стороны наименьшего сопротивления.
При этом, величина нагрузок пропорциональна количеству влаги и в разных точках имеет собственные значения, которые постоянно меняются.
Критерии выбора типа фундамента
- Высокий уровень надежности
- Повышенная прочность
- Возможность работы с любым типом зданий
- Возможность выполнения строительства в короткие сроки
Основные минусы:
- Длительный период времени на земляные работы
- Большая масса материалов
- Высокая стоимость материалов
- Сложность работы
При установке фундамента на сваях надо учитывать его основные положительные и отрицательные особенности.
Плюсы:
- Минимальное количество используемых строительных материалов
- Доступная стоимость
- Низкая усадка материалов
- Простота исполнения
- Возможность установки на самых трудных участках
Минусы:
Из основных недостаток можно выделить только один – при проведении работ требуется использовать специализированное оборудование.
В качестве материала для установки свай можно брать дерево, бетон, а также железобетонное полотно.
Типы свай. Разделяются в зависимости от способов установки в землю:
- Забивной тип свай. Предварительно изготавливаются и затем опускаются в почву.
- Набивной вид. Установка производится непосредственно в земле в специальном канале.
Также сваи классифицируются по способам состояния в почве:
- Стойка. Устанавливается в плотную землю. Оказывает дополнительное давление на грунт
- Висячий вид. Устанавливается в случаях низкой плотности грунта.
Для достижения высокой экономичности рекомендуется использовать деревянные сваи. Однако при их установке следует учитывать характеристики грунта. При постоянной его влажности произойдет быстрая порча оборудования, и снизится срок его эксплуатации.
Для увеличения срока службы и достижения наибольшей прочности рекомендуется использовать сваи из железобетона. Они не подвержены разрушениям из-за влажности, но находятся в высокой ценовой категории.
Приложение А (рекомендуемое). Форма журнала испытаний грунта для определения степени пучинистости
Приложение А (рекомендуемое)
Объект | ||
Номер выработки | ||
Глубина отбора образца | Дата отбора | |
Лабораторный номер образца | ||
Наименование грунта | ||
Строение грунта | ||
Условия проведения испытаний | ||
Диаметр образца d | Высота образца h | |
Площадь образца A | Влажность образца | |
Плотность образца | ||
Дата испы- тания | Время отсчета, ч | Вертикальная нагрузка | Вертикальная деформация пучения hf, мм | Толщина промерзшего слоя di, мм | Относительная деформация пучения εfh, д.е. | Степень пучинис- тости | |
Нагрузка на рычаг F, МН, или показание динамометра | Давление в образце Fn/A, МПа | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
n- отношение плеч рычага. |
Руководитель лаборатории |
подпись, фамилия, инициалы |
Ответственный исполнитель |
должность, подпись, фамилия, инициалы |