Силы морозного пучения грунта и фундамент

Пучинистые грунты — проблема номер один для строителей. Зимой, когда приходят холода, они увеличиваются в размерах, сжимая фундаменты и приподнимая их. Вследствие чего, на конструкции последних появляются трещины. Борются с этим явления по — разному, но чтобы начать борьбу, нужно понять, что это такое.

Технические характеристики измерителей степени пучинистости грунта

Наименование характеристик Н «Грунт»
Цена, рублей (НДС не облагается) прибор с одним термоконтейнером 297 000
дополнительный термоконтейнер 132 000
Диапазон измерения перемещения, мм 0 … 15
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения перемещения, мм ± 0,1
Диапазон измерений температуры, °С — 9,5 … +2
Погрешность измерения температуры, °С ± 0,2
Количество одновременно испытуемых образцов, шт 1…6
Напряжение питания 220 В (50 Гц)
Потребляемая мощность, Вт
— блоком управления 18
— термоконтейнером 15
Габаритные размеры, мм, не более :
— термоконтейнера 230х230х430
— блока управления 270х220х100
Масса, кг, не более
— блока управления 2
— термоконтейнера 9

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ И ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ГРУНТОВ

«Геотехника», Том XI, №4/2019

АННОТАЦИЯ Сезонное промерзание-оттаивание может служить причиной изменения водопроницаемости грунтов. Для исследования этого явления создан прибор, позволяющий определять водопроницаемость образца после заданного числа циклов промерзания-оттаивания. Фильтрационный поток может направляться через образец в радиальном и осевом направлениях, то есть по нормали или параллельно фронту промерзания. Прибор включает цилиндрическую обойму, составленную из колец с двойными стенками. Камеры между стенками в каждом из колец разделены на четыре сектора. Два сектора с перфорированными внутренними стенками предназначены для подачи и отвода воды, фильтрующейся через образец в горизонтальном направлении, а два других — со стенками без перфорации — для размещения трубок с водой. Определение параметров фильтрационного потока выполнено путем численного моделирования в программно-вычислительном комплексе PLAXIS 3D. Эксперименты проведены на трех типах грунтов — супеси пластичной, суглинке тугопластичном и техногенном грунте, гранулометрический состав которого соответствует пылеватому песку. Первые два грунта относятся к ледниковым отложениям, их образцы ненарушенной структуры отбирались в Онежском и Приморском районах Архангельской области. Испытания техногенного грунта, представляющего собой отходы алмазодобывающей промышленности, проводились на образцах нарушенной структуры. Морозное пучение всех грунтов оказалось примерно равным и составило 3,3–3,6%. Водопроницаемость определялась до промерзания образцов, сразу после их оттаивания и через трое суток после второго испытания. Оказалось, что промерзание-оттаивание глинистых грунтов приводило к возрастанию коэффициента фильтрации в 2,7–5,5 раз и снижению начального градиента напора в 2,3–2,4 раза. По мере закрытия каналов, возникших при таянии прослоек льда, коэффициент фильтрации снижался практически до исходных значений, тогда как начальный градиент напора восстанавливался не в полной мере. У техногенного грунта увеличение коэффициента фильтрации было существенно меньше, чем в глинистых грунтах.

Читайте также:  Правильный монтаж металлоконструкций согласно СНИП

Влияние пучения на строительство

Морозное пучение является серьезным препятствием при освоении территорий – подверженные ему грунты нельзя использовать в качестве основания для основных типов строительства (как зданий, так и трасс), так как возведенные на них сооружения подвергаются неравномерной деформации. Для выявления морозного пучения заказывают инженерные изыскания для строительства.

Возведение фундамента в пределах глубины промерзания чревато его вверх, ниже глубины промерзания – опять же поднятием вверх для легких домов (деревянных, каркасных). Наиболее проблемна просадка фундамента при оттаивании грунта – она происходит неравномерно, что приводит к разрушению фундамента и перекосам конструкции здания.

Воздействие морозного пучения на мелкозаглубленные фундаменты происходит снизу, а на ленточные фундаменты также и сбоку. В результате дом поднимается полностью либо частично. Для построек из кирпича, газосиликатов или пеноблоков подобные подвижки чреваты появлением трещин, а через несколько лет и полным разрушением. Для деревянных домов перекосы менее заметны, однако и в них порой лопаются стеклопакеты и рвется сайдинг. Во всех случаях появление трещин является крайне неприятным явлением, ведь, как правило, само строительство дома обходится в несколько миллионов рублей. Об актуальности проблемы для нашей страны можно и не говорить.

Как действуют силы морозного пучения?

Грунт, залегающий в основании фундамента, зачастую содержит большое количество влаги. Одно из уникальных свойств воды заключается в том, что при охлаждении она расширяется. Наибольший объем вода занимает при температуре 40С. Следовательно, при замерзании почвы она начинает увеличиваться в объёме, выталкивая при этом сваи и другие элементы фундамента. Силы морозного пучения, действующие на фундамент, нарушают его целостность и могут стать причиной трещин, расколов и деформаций несущих элементов конструкции.

Читайте также:  Как построить террасу своими руками: пошаговая инструкция

Морозное пучение пористых грунтов для фундаментов не столь опасно, так как при замерзании грунт расширяется в сторону пор, заполняя собой пустоты. От степени пористости почвы напрямую зависит возможность ее морозного пучения. К непучинистым породам относят крупные и средние пески, гравий. А к пучинистым – глину, суглинки и супеси.

Морозное пучение грунтов, как правило, действует неравномерно. После нескольких циклов замерзания и таяния воды, фундамент перемещается вверх-вниз и принимает неправильное положение. Постоянные деформирующие нагрузки разрушают стены и перекрытия, следствием чего становится аварийное состояние дома. Наибольшей опасности подвергаются здания, возведенные на фундаменте без армирующего пояса (например, монолитный ленточный фундамент). Расчет на морозное пучение – один из важных этапов проектирования фундамента здания.

Узнайте больше о том, какие бывают типы фундамента: их преимущества и недостатки!

Виды просадочных грунтов

Существует несколько видов грунтов, склонных к проседанию:

  • глины;
  • суглинки;
  • лессы;
  • лессовидные супеси;
  • пески.

Такими же свойствами обладают пепловые отложения и промышленные отходы (например, колосниковая пыль).

Отдельно следует отметить насыпные грунты, которые образуются при планировке сложного рельефа или засыпке котлованов и оврагов. Они имеют неоднородный состав и неравномерно сжимаются под действием собственного веса или нагрузок. Суммарное проседание различных видов грунта может варьироваться от нескольких сантиметров до 2 м.

От проседания грунта существенно страдают российские города. Порядка 3,5 млн. кв. км территории страны, или 20 % ее площади, составляют склонные к проседанию почвы. На них расположено более 500 городов, а каждое шестое здание построено на лессовом грунте.

Правила борьбы

Самый простой способ борьбы с пучением грунта — залить фундаментную конструкцию ниже глубины промерзания земли. Так как грунт давит на фундамент со всех сторон, то самое опасное давление — это вертикальное. Чтобы его избежать, надо залить конструкцию так, чтобы снизу на нее ничто не давило. А так как заглубленный фундамент заливается ниже уровня промерзания, соответственно в нижней его части морозное пучение грунтов отсутствует. Соответственно конструкция не будет приподниматься.

  1. Гидроизоляция. Она не только защищает фундамент от негативного воздействия влаги, но и создает между грунтом и бетонной конструкцией промежуточный слой, который ухудшает сцепление. В этом случае грунт будет частично скользить по поверхности фундамента, а значит, снизится и давление на него.
  2. Теплоизоляция. Это все тот же промежуточный слой.
  3. Дренаж. Эффективный способ понизить уровень пролегания грунтовых вод, что снизит концентрацию влаги внутри грунта на глубине заливки фундаментной конструкции.
  4. Отмостки. Здесь не только надо выдерживать их ширину, но и попробовать провести утепление. К примеру, засыпать под бетонный раствор слой керамзита толщиною не меньше 15 — 20 см. Отмостки выполняют функции отвода атмосферных осадков, утеплитель будет сдерживать проникновение низких температур.
Читайте также:  Как правильно сделать разбивку фундамента самостоятельно

На фундамент в процессе пучения действуют и горизонтальные нагрузки, которые создают давление на изгиб. Опасный фактор, который, если неправильно провести строительные операции, разорвет конструкцию. Избежать данной неприятности помогает армирующий каркас из металлической арматуры. Здесь важно провести точный расчет, учитывая размеры металлического профиля и габариты самого каркаса.

Проще, если под дом заливается мелкозаглубленный фундамент, который сооружается выше уровня промерзания грунта. Для его защиты от пучения надо всего лишь заложить отмостки с утеплением и провести теплоизоляцию цоколя. При высоком уровне грунтовых вод проводится и дренаж. Если здание сооружается в северных регионах, то фундамент надо утеплять весь: от подошвы до верхнего края цоколя.