Ювелирное обозрение

Морозное пучение – один из самых распространенных экзогенных геологических процессов в России. Почти каждый знаком с его последствиями: деформации фундаментов, выдавленные из земли столбы, даже валуны, которые вдруг появляются на некоторых полях, поднимаются под действием пучения. Без сомнения, процесс негативный для сооружений и с ним следует бороться. А чтобы побороть врага, надо знать его "в лицо".

Морозное пучение грунтов развивается в зоне сезонного промерзания, а в случае с вечной мерзлотой – в сезонно-талых слоях. Его причина проста – замерзает вода, содержащаяся в породе. Всем известно, что при замерзании вода увеличивается в объеме примерно на 10%. Только здесь есть одна тонкость – пучению подвержены исключительно глинистые и пылеватые грунты, и этому есть свое объяснение.

Грунты, подверженные пучению

Некоторые грунты подвержены пучению , а некоторые нет. Пески, скальные и грубообломочные грунты имеют пустоты (поры или трещины), в которых может содержаться вода. Однако пустоты имеют достаточно большие размеры, поэтому вода свободно в них проникает, но также свободно их покидает. Отсюда ее название – свободная гравитационная. Глинистые и пылеватые грунты состоят из гораздо более мелких частиц, соответственно и размеры пор в них намного меньше. При этом площадь поверхности частиц намного больше, чем, например, в песках. Вода проникает в поры и "прилипает" к их внутренней поверхности. Отсюда ее название – физически связанная. Чтобы ее извлечь, одной гравитации недостаточно, требуются дополнительные внешние силы.

Теперь представим себе, что грунт начал замерзать. Сила, возникающая при росте кристалла льда, очень велика. Свободная гравитационная вода легко вытесняется из крупных пустот растущими кристаллами (к тому же при температуре +4 градуса вода становится тяжелее), вместо воды в порах образуется лед, занимая тот же объем, что был заполнен водой. Криотекстура, которая получается при промерзании среднезернистого песка и грунтов, состоящих из более крупных фракций, называется массивная. Еще не стоит забывать, что из крупных пор вода легко испаряется.

С физически связанной водой дело обстоит иначе. Она удерживается на стенках пор "насильно", поэтому замерзает весь ее объем. При этом температура замерзания немного ниже нуля. Грунт неизбежно начинает увеличиваться в объеме. Чем больше в грунте физически связанной воды, тем сильнее он пучится.

Борьба с морозным пучением

Теперь о методах борьбы с морозным пучением . Чтобы процесс не происходил, надо устранить причину, либо одно из условий его возникновения. Причина – отрицательные температуры, поэтому первый способ борьбы – утепление, точнее консервация температуры. Для случая многолетнемерзлых пород грунт не должен оттаивать, а для обычных условий – не должен промерзать.

Можно избавиться от условий процесса. Во-первых, заменить грунт на непучинистый (песок), причем желательно до глубины промерзания. По справочникам (Основания и фундаменты, Механика грунтов) минимальная толщина песчаной подушки – 0.5м. Во-вторых, заглубление фундамента до глубины промерзания. При этом грунт не должен соприкасаться с боковой поверхностью фундамента, чтобы при смерзании касательные напряжения не подняли дом. Для этого делается обсыпка песком с боков, либо рубероид и т.п. Иногда фундамент делают с уширением к низу (получается трапеция). Это способствует снижению боковых сил пучения, а кроме этого снижает нагрузку на грунт за счет увеличения площади опоры.

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, %
Твердая глинистая почва. Гравелистые грунты не насыщенные водой. Пески крупных и средние. Грунты с большим содержанием горных пород.	Грунты, не подвергающиеся морозному пучению. Расширения объема менее 1%.
Глинистая почва средней плотности. Мелко-песчаные грунты. Пылеватая глинистая почва с вкраплением горных пород в пределах 10-30% от массы глины.	Грунты, слабо подвергающиеся морозному пучению. Расширение объема от 1 до 3.5%.
Пластичная глинистая почва. Глинистая почва, суглинок и супесь с вкраплением горных пород свыше 30% от массы.	Грунты со средней склонностью к пучению. Расширение объема от 3.5 до 7%.
Мягкопластичная глининистая почва. Мелкие и пылеватые песчаные грунты с высоким уровнем грунтовых вод.	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.
• Касательноевыталкивающее 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).

Из данного материала вы узнаете, что такое морозное пучение грунта и какую опасность оно представляет для фундамента. Мы рассмотрим классификацию пучинистости грунтов согласно строительным нормативам и разберемся, какие меры необходимо принимать, чтобы уменьшить негативное воздействие пучения почвы на основание дома .

Виктор, 29 лет, г.Москва
"Здравствуйте! Нуждаюсь в совете квалифицированных специалистов – недавно мне удалось приобрести небольшой земельный участок в Подмосковье, на котором я планирую возвести одноэтажную дачу из сруба. Опыт в практических строительных работах у меня имеется, однако осуществляя проектирование фундамента я зашел в тупик.
Новые соседи говорят, что в нашей местности очень сильно проявляется морозное пучение грунта – большинство из них потратило на укрепление фундаментов баснословные деньги, а некоторые дома стоят перекошенные с трещинами. Подскажите пожалуйста, чем грозит морозное пучение легкому дому из сруба и существуют ли какие-либо способы уменьшения воздействия сил пучения на фундамент здания?"

Мы решили ответить Виктору полноценной статьей, посвященной проблеме морозного пучения и способами борьбы с ней.

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 дома

Пучение – 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.

Смотрите также

Глубина промерзания грунта

Мы рассмотрим нормативные величины ГПГ для разных регионов России и узнаем, как определить фактическую и расчетную величину глубины.

Несущая способность фундамента

Несущая способность грунтов, что это, как её определить, таблица несущей способности. Как избежать ошибок при вычислении несущей способности грунта в Москве.

Вибропогружение Шпунта

Высокая скорость погружения-извлечения различного шпунта (металлопроката) и обратный выкуп по привлекательной цене.

Какие виды почвы подвергаются пучению

Пучение характерно для большинства видов почвы, особенно данной проблеме подвергаются следующие типы грунта:

• Песчаная почва;
• Суглинок;
• Супесь;
• Глиняный грунт.

Вышеуказанные виды почвы обладают одной общей чертой – в их составе содержатся мельчайшие пыльные частицы. Та же песчаная почва, не содержащая пылеватых частиц (гравелистая либо песок крупных фракций) практически не подвергается воздействиям сезонного пучения.

Совет эксперта! Наличие пылеватых частиц в грунте способствует тому, что почва приобретает свойство связывать и удерживать контактирующую с ней воду (это могут быть как впитавшиеся в землю атмосферные осадки, так и грунтовая влага).

Пропитанный водой пласт почвы, в процессе замерзания расширяется в объемах (до 9-12% от первоначального объема) и давит на основания зданий и построек, оказывая на них выталкивающую нагрузку.

Рис 1.3: Воздействие пучения грунта на плитный фундамент

Силы пучения почвы могут быть увеличены разнообразными сопутствующими факторами, основной из них – постоянные атмосферные осадки. Если осенью регулярно будут идти дожди, то пропитавшаяся осадками почва будет оказывать более сильную деформационную нагрузку на фундамент. Также к усиливающим пучение факторам можно отнести повышение уровня залегания грунтовых вод и их капиллярное поднятие.

Совет эксперта! Свыше 82% всех видов грунтов В Москве и области классифицируются как пучинистые.

При возведении построек на пучинистых грунтах нужно предпринимать дополнительные меры защиты фундамента от выталкивающих воздействий почвы, о которых более детально мы поговорим в соответствующем разделе статьи.

С классификацией пучинистости разных видов грунтов согласно ГОСТ № 25100 вы можете ознакомится в таблице 1.1.

Класс пучинистости, %	Виды грунта

Грунты, не подвергающиеся морозному пучению;

Расширения объема менее 1%

• Твердая глинистая почва;
• Гравелистые грунты не насыщенные водой;
• Пески крупных и средние;
• Грунты с большим содержанием горных пород.

Грунты, слабо подвергающиеся морозному пучению;

Расширение объема от 1 до 3.5%

• Глинистая почва средней плотности;
• Мелко-песчаные грунты;
• Пылеватая глинистая почва с вкраплением горных пород в пределах 10-30% от массы глины.

Грунты со средней склонностью к пучению;

Расширение объема от 3.5 до 7%

• Пластичная глинистая почва;
• Глинистая почва, суглинок и супесь с вкраплением горных пород свыше 30% от массы.

Грунты с высокой склонностью к пучению;

Расширение объема от 7%

• Мягкопластичная глининистая почва;
• Мелкие и пылеватые песчаные грунты с высоким уровнем грунтовых вод.

Таблица 1.1: Классификация пучинистости грунтов

Узнай почему свайный фундамент помогает избежать проблем с морозным пучением: https://kommtex.ru/vidy-i-sfera-primeneniya-zabivnykh-zhb-svaj.html#link1

Чем пучение почвы опасно для фундамента

Для оснований любого вида – ленточных, плитных и свайных, опасным является не только сам процесс вспучивания почвы, но и последствия ее оттаивания.

При наступлении зимы, когда температура понижается ниже нуля и грунт промерзает на глубину одного-двух метров, почва расширяет и начинает выталкивать фундамент здания. Происходит вертикальная деформация основания. При наступлении оттепели, замершие грунтовые воды оттаивают, почва теряет свою плотность и под давлением массы здания уменьшается до объемов, на несколько процентов меньших ее первоначальных размеров – в результате этого происходит дополнительная усадка фундамента.

Совет эксперта! Наиболее опасным для фундаментов является неравномерное пучение грунта, которое может наблюдаться при разной толщине снежного покрова – чем он толще, тем выше поднимается граница промерзания почвы и тем больший ее пласт подвергается пучению.

Рис. 1.4: Результат морозного пучения грунта

Строительная практика показывает, что конкретный земельный участок может иметь крайне сложную схему промерзания и пучинистого поднятия почвы.

К примеру: грунт вокруг здания, расположенного на среднепучинистой почве, по внешнему периметру постройки может иметь глубину промерзания до полутора метров и при сезонном пучении подниматься до 10 см. вверх, тогда как грунт, расположенный под домом всегда будет более теплым и сухим, и пучению может не подвергаться вообще.

Только так можно решить проблему и не допустить разрушения здания в результате пучения: https://kommtex.ru/usilenie-fundamentov-svayami

Неравномерное пучение также может стать следствием оттаиванием снежного покрова на южной стороне здания – почва, пропитанная влагой из оттаявшего снега, при наступлении следующих заморозков будет подвергаться увеличенным силам пучения, в сравнении с силами на северной стороне здания.

Совет эксперта! В результате неравномерного пучения почвы фундамент здания перекашивается, это же происходит и со стенами постройки – в результате перекоса по ним идут трещины, конструкция деформируется, теряет прочность и приходит в аварийное состояние.

Рис. 1.5: Недостроенное здание, пришедшее в аварийное состояние из-за пучения грунта

Самую высокую опасность сезонное пучение представляет для легких домов, возведенных из пенобетона, дерева либо каркасных панелей. Обуславливается это неспособностью компенсации давлением массы здания оказываемых на фундамент выталкивающих нагрузок.

Строение обладающее достаточно большой массой (к примеру, дом из кирпича), будет давить на фундамент, и если давление от тяжести конструкции превысит выталкивающее давление грунта, почва из-за невозможности расширения будет уплотняться и воздействия пучения ослабятся к минимуму.

Способы уменьшения влияния пучения грунта на фундамент

Строительство ленточных и плитных фундаментов на пучинистых грунтах должно обязательно сопровождаться обустройством уплотняющей подсыпки.

Такая подсыпка состоит двух слоев – крупного песка и гравия либо щебня. Толщина слоев подсыпки должна быть одинаковой, при этом общая толщина уплотнения начинается с 20 сантиметров для слабопучинистых грунтов, и увеличивается до 35-40 сантиметров для сильнопучинистой почвы.

Рис. 1.6: Схема уплотняющей подсыпки под ленточный фундамент

Совет эксперта! Подсыпка для уменьшения вертикальных выталкивающих воздействий выполняется под основанием фундаментной ленты, на дне выкопанной под фундамент траншеи. Для уменьшения касательных сил пучения подсыпка делается по внешнему периметру стенок уже возведенного фундамента.

Однако данная мера является недолговечной ввиду того, что подсыпка, в период повышения уровня грунтовых вод, которое происходит осенью и во время оттаивания снежного покрова, полностью окружается водой. При пропитывании влагой в песок и гравий из грунта проникают пылеватые частицы. В результате этого со временем непучинистые материалы подсыпки приобретают склонность к пучению и теряют свою защитную функцию.

Уменьшить данный негативный фактор позволяет использование специальных противозаиливающих рулонных материалов, которыми покрываются стенки подсыпки. Такие материалы (оптимальный вариант – Стеклохолст) пропускают воду, однако фильтруют все находящиеся в ней мельчайшие частицы ила и пыли.

Рис. 1.7: Комплексная защита фундамента от пучения грунта

Также высокую эффективность демонстрирует практика обустройства дренажа. Такая система представлена дренажными трубами, расположенными по периметру фундамента в подсыпанном слое гравия, выполняющего функцию фильтра. Трубы располагаются под уклоном, что позволяет скопившимся в них грунтовым водам самотеком стекать в специально отведенный накопительный резервуар.

Наши услуги

Мы предоставляем следующие услуги: забивка свай и лидерное бурение. У нас есть собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и мы готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку: