Пучинистые грунты и фундамент дома

При закладке фундамента нужно учитывать не только постоянные характеристики грунта – его несущую способность – но и их сезонные изменения. Наибольший вклад в изменения свойств грунта с течением времени вносит его промерзание в холодный период года и последующее оттаивание при наступлении тепла. Грунт зимой вспучивается, и пучинистость грунта определяет особенности закладки фундаментов.

1. Пучинистость грунта – физические основы

Грунты по своему составу делятся на:

• Скальные
• Крупнообломочные
• Песчаные
• Глинистые

Эта квалификация основана на состоянии твердых включений в любой грунт. Вообще почва имеет губчатую структуру, полости которой наполнены водой и воздухом. Чем плотнее данная структура, тем плотнее считается грунт.

Строительство частных домов с приусадебными участками строится на грунтах достаточно рыхлых – остальные непригодны для земледелия. Плодородные почвы особенно характерны повышенным наличием в них воды и воздуха, по сравнению с каменными грунтами. В последних вода практически не задерживается в верхних слоях, опускаясь вниз.

Расчет фундамента ведется с учетом удельной плотности грунта. Как правило, параметры грунтов берут как некую постоянную величину. Однако климатические условия способствуют сезонному изменению свойств грунта.

Рассмотрим, что происходит при замерзании почвы зимой. Вода находится в грунте в тончайших капиллярах, что позволяет ей удерживаться в приповерхностных слоях. Это в результате становится основой жизнедеятельности растений.

Однако с наступлением зимы поверхность почвы промерзает – тем глубже, чем крепче морозы и длиннее холодный период года. Вода в капиллярах превращается в лед и, соответственно, увеличивается в объеме. В результате увеличивается весь объем грунта. При увеличении объема ему некуда деться, кроме как подниматься вверх – вниз не пускают более плотные слои земли.

Это явление называется вспучиванием грунта, а грунты различают по степени  пучинистости. Она, очевидно, зависит от увеличения объема грунта от начального при замораживании грунта.

Строителями используется такое понятие, как относительное изменение объема грунта при замерзании, обозначаемое буквой Е:

 Е= (H – h)/h,

где Е – степень пучинистости

H – высота мерзлого грунта

h – высота грунта до замерзания

Грунты, у которых степень пучинистости превышет 0,01, называют пучинистыми. В них почва, глубиной в 1 метр поднимается зимой более, чем на 1 см в высоту.

2. Пагубные воздействия пучинистости грунта на фундамент

Как пучинистость влияет на фундамент дома? Очевидно, что подъем грунта даже на 1% вызывает изменения в перераспределении нагрузок на фундамент. Дело усложняется еще и тем, что сам фундамент нагружается по-разному в различных своих частях.

Дом всей своей массой оказывает вертикальные нагрузки, передающиеся на нижний слой грунта под основанием фундамента. В то же время, боковые стенки фундамента испытывают горизонтальные нагрузки со стороны самого грунта.

Вспучивание грунта оказывает дополнительное воздействие на основу фундамента снизу и сбоку – ведь грунт расширяется во все стороны.

Если вертикальные нагрузки снизу уравновешиваются весом дома, до боковые нагрузки существенно возрастают. Особенно это существенно для относительно легких домов, к которым относится большинство зданий для индивидуального проживания. Считается, что только дом в два-три этажа, выложенный из монолитных материалов практически не испытывает воздействия пучинистости грунта. Другая картина наблюдается для более легких построек, к которым относится большинство загородных индивидуальных домов.

Конечно, речь не идет о мгновенном разрушении фундамента, о выталкивании его вверх и падении стен дома. Но в течение нескольких сезонов (когда земля то замерзает, то оттаивает) пагубное влияние пучинистости может ощущаться довольно сильно.

Боковые нагрузки постепенно приводят к нарушению целостной структуры монолитного фундамента. Положение усугубляется тем, что сами нагрузки на фундамент неоднородны.

Так, распределение нагрузок на монолитную бетонную плиту сильно зависит от температуры чернового основания дома – в средней части дом она выше, чем по бокам.

3. Степень пучинистости различных грунтов

Расчет фундамента необходимо, таким образом, проводить с учетом пучинистости грунта. Надо отметить, что эта величина не постоянная и сильно зависит от совокупности внешних факторов – средней температуры, обильности дождей в данной местности, величины снежного покрова зимой.

Однако строители ориентируются на некую среднюю картину и классифицируют грунты и по этому признаку.

Очевидно, что грунт тем пучинистее, чем больше в нем содержится воды.

Наибольшее содержание ее наблюдается во всех глинистых грунтах. Здесь вода обволакивает мелкодисперсные пылевидные частицы, за счет чего они имеют достаточное сильное сцепление. Поверхностное натяжение воды, связанной с частицами, не дает свободно просачиваться ей в нижние пласты грунта.

Песчаные грунты относятся к слабопучинистым.

4. Учет пучинистости в закладке фундаментов

Вспучивание грунта является серьезной проблемой при выборе и закладке фундамента. Способов решения этой проблемы несколько:

1. Изменение состава грунта
2. Внесение изменений в фундамент

Первый способ самый радикальный. Если на вашем участке грунт подвержен сильному вспучиванию, то наиболее целесообразно вообще заменить его под будущим основанием дома. В результате вместо грунта со средними несущими характеристиками, мы можем использовать элементы крупнообломочного грунта.

Отрывается котлован под фундамент, в который засыпается бутовый камень и крупный щебень. Мало того, что это более прочное основание для фундамента – вода в нем беспрепятственно опускается вниз и при замерзании грунт не способен существенно поднять огромную массу самого фундамента и дома, стоящего на нем.

Этот способ, однако, очень затратный, и не всегда применять его целесообразно, если можно обойтись более оптимальными методами.

Второй способ – закладывать фундамент на большую, чем обычно глубину. Она должна превышать глубину промерзания почвы. Эта величина зависит от климатических особенностей региона.

В этом случае вертикальные нагрузки на фундамент со стороны вспучивания практически отсутствуют, но большое влияние оказывают боковые. Они достаточно велики, и могут существенно поднять дом при промерзании почвы. Для легких домов такой способ непригоден.

Третий способ – дополнительное утепление грунта под фундамент. Он широко используется при строительстве легких домов, фундамент которых заглублен достаточно мелко. В этом случае после отрытия канав для укладки фундамента их прокладывают теплоизолирующим материалом. Это существенно увеличивает глубину промерзания грунта – в зависимости от толщины утеплительного слоя.

Четвертый способ – отведение избыточной влаги от грунта под фундаментом. В этом случае по периметру фундамента отрывают дренажные каналы. Вода из грунта отводится через них в общий дренажный слив участка. Такой способ достаточно эффективен и менее затратен, чем перечисленные выше. Для отвода воды от атмосферных осадков вокруг фундамента обязательно нужно делать отмостку.

Наконец, следует упомянуть еще один способ избавиться от влияние пучинистости – использовать фундамент на винтовых сваях. В этом случае нижняя поверхность дома вообще не касается земли, а вес его распределен по опорным несущим точкам. Даже подъем грунта не задевает основы дома. В то же время он не влияет практически и на поведение самих свай. Во-первых вертикальные нагрузки мизерны, так как сваи имеют очень малое основание по сравнению с монолитными слоями бетонных фундаментов. Во-вторых, прочный материал трубных свай успешно препятствует боковому давлению грунта и не разрушается, как может разрушиться бетон.

5.  Заключение

Степень пучинистости грунта нужно учитывать еще на стадии проектирования фундамента. Специалисты фирмы «К-ДОМ» окажут вам услуги в проведении изысканий свойств грунта на вашем участке и выполнят все работы по возведению фундамента, в том числе свайно-винтового. Все работы могут быть выполнены в отдельности и в рамках возведения домов под ключ.