Замена пучинистого грунта щебнем

Обновлено: 28.04.2024

Как правильно заложить фундамент на пучинистом грунте?

При возведении фундамента на пучинистом грунте, необходимо учитывать постоянные и временные воздействия на почву. В зимний период почва влияет на грунт с удвоенной силой, а связано это с пучением. Современные технологии позволяют обойти пучение, и возвести надёжное основание.

Пучинистый грунт, его свойства и особенности

К пучинистым грунтам относят мелкие и пылеватые пески, все виды мягкопластичных почв (супеси, суглинки). Уровень грунтовых вод открыто влияет на пучинистость почвы. Если вода находится ближе к поверхности, то воздействие пучинистых сил на строение в 2-3 раза сильнее. Чем мельче структура почвы, тем быстрее грунт станет влажным.

Фундамент, заложенный на уровне промерзания грунта, может сильно пострадать. Даже при значительном весе постройки, она может подняться при пучении почвы. В момент оттаивания почвы грунт опускается, и конструкция неравномерно проседает. Стены начинают перекашиваться, а через 5-7 лет основа фундамента придет в полное несоответствие строительным нормам.

Способы борьбы с пучением грунта

Замена пучинистого грунта. Данный способ самый эффективный. При заложении фундамента грунт на глубину 50-70 см убирается, а на его место засыпают щебень и песчаную подушку.
Удаление влаги с почвы. Для ограждения грунта от обильных осадков по всему периметру фундамента конструируют отмостку. Ширина отмостки должна быть шире обратной засыпки, чтобы вода не проникала под фундамент.
Утепление грунта. Для борьбы с пучением можно утеплить грунт возле фундамента. Если грунт промерзает на 1,5 метра, то и утепляют полосой шириной 1,5 метра вокруг периметра дома.

При возведении фундамента на пучинистой почве учитывайте изменение грунтовых вод в разные сезоны. В различных регионах вода поднимается на разную высоту.

Варианты заложения фундамента на пучинистом грунте

При выборе фундамента необходимо учитывать силы воздействия грунта, рассчитать массу здания, чтобы фундамент не треснул.

Ленточный заглубленный фундамент на пучинистых почвах используют редко. Глубина закладки такого фундамента не должна быть выше 1,5 метра, иначе силы пучения будут напрямую действовать на основу. Данный тип фундамента закладывают под тяжёлыми каменными и кирпичными домами. Если строение предполагает использование бетонных блоков и дерева, то заглубленный ленточный фундамент на пучинистой почве может повести себя непредсказуемо, например, поднятие здания и перекашивание стен.
Мелкозаглубленный ленточный фундамент широко применяется на пучинистых почвах, так как закладывается выше глубины промерзания. Данный тип подходит для домов из бруса, бревна и бетонных блоков. Монтирование такого фундамента производят в промерзающем слое грунта. Этот фундамент отличается высокой надежностью и прочностью для зданий с небольшим весом.
Свайных фундамент на пучинистом грунте применяют, если глубина промерзания почвы не более 1,5 метра, и используется каркасный тип остова. Величина свай составляет от 3 до 4 метров. Такой фундамент является устойчивым основанием, но для его закладки потребуется специальная техника. В частном строительстве используют винтовые сваи, которые вкручиваются в грунт.
Столбчатый фундамент оптимален для пучинистого грунта. Его простота закладки и экономичность являются главными критериями выбора. Закладывают столбчатый фундамент в промерзающем слое грунта, используя столбы. Расстояние между столбами не должно превышать 2 метров.

Фундамент нельзя оставлять на простой, его сразу нагружают, распределяя нагрузку на опоры вертикально, используя уровень. Укладывают столбы на стяжку из песка и цемента.

Используя в качестве столбов железобетонные конструкции можно производить закладку основания на грунт:

с высоким уровнем влаги;
сырой и сильно увлажненный;
заболоченный.

Осадка фундамента

Осаждению здания может способствовать неравномерное распределение нагрузки на основание. Если в одной части дома глухие стены, а в другой только арочные, то вес давит на фундамент с разной силой, в основании появляются трещины, а конструкция перекашивается.

Некоторые особенности возведения здания также влияют на осадку. Часть дома, выстроенная летом, просядет меньше части, достроенной зимой. Чтобы избежать неравномерной осадки, здание лучше строить в одно время года, или зимой использовать легкие виды материалов.

3 подхода к выбору фундамента на пучинистых грунтах

Про пучение в общих чертах известно многим - это процесс увеличения объема некоторых типов грунтов вследствие замерзания воды в них. Практически единственное направление, куда грунт может увеличиваться при пучении - это вверх, а вместе с грунтом поднимается и все, что находится на нем и в нем, в том числе и здания. Этот подъем, как правило, неравномерный, из-за чего здания и отдельные их элементы получают перекосы, изгибы и пр., ведущие к поломкам строительных конструкций.

Можно выделить 3 актуальных в малоэтажном строительстве принципа борьбы с этим неприятным явлением:

исключение морозного пучения;
исключение воздействия морозного пучения;
приспособление к воздействию морозного пучения.

Под первый принцип попадают а) замена толщи пучинистого грунта на непучинистый, б) утепление основания.

Замена грунта - сомнительный с точки зрения рациональности способ. Надо куда-то деть вынутый грунт, и привезти новый. Новое основание требуется хорошо уплотнять, причем делать это постепенно, слой за слоем. Кроме того, непучинистые грунты имеют, как правило, б о льшую глубину промерзания, чем пучинистые, а значит и копать котлован надо глубже. Проще уж второй принцип применить.

Замена толщи пучинистого грунта. 1 - непучинистый грунт. 2 - грунт обратной засыпки. 3 - граница промерзания Замена толщи пучинистого грунта. 1 - непучинистый грунт. 2 - грунт обратной засыпки. 3 - граница промерзания

Утепление основания , как правило, осуществляется путем укладки утеплителя под отмостку. Есть еще вариант - засыпка пазух котлована пористым щебнем. Проблема этого способа в том, что он требует дополнительных мероприятий, а умеренная толщина и ширина утепления согласно теплотехническим расчетам получается только в сравнительно теплых регионах нашей страны. Где-нибудь на Урале требуется уже аж 200 мм толщины экструзионного ППСа на ширину 2 метра, про Сибирь и далее - подумать страшно.

Засыпка вместо глубокого фундамента.

В соответствии со строительными нормами и правилами сезонное промерзание грунта учитывается при устройстве фундамента, об этом говорит пункт 5.5.1 СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений.

5.5.1 Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом: глубины сезонного промерзания грунтов.

Но ключевое слово здесь "с учётом", и свод правил не говорит о том, что фундамент обязательно нужно делать ниже уровня сезонного промерзания грунта. Более в СП однозначно сказано, что это делать не обязательно и одним из способов заложения фундамента в независимости от промерзания грунта это замена его в основании фундамента на непучинистый.

5.5.5 Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если выполнена замена грунта непучинистым материалом на глубину промерзания.

Отсюда следует, засыпка тем же щебнем вместо глубокого фундамента это не профанация, а реальная строительная технология, описанная в СНиП. Только сразу оговорюсь, бытует мнение, что засыпка — это тоже часть фундамента, это не так, засыпка — это основание, а не фундамент.

3.26 основание сооружения - массив грунта, взаимодействующий с сооружением.

Засыпка не может противодействовать силам горизонтального морозного пучения и другим силам, направленным на горизонтальное смещение, это нужно учитывать в устройстве фундамента по такой технологии.

Технология засыпки.

Ширина котлована для засыпки должна быть шире устраиваемого на таком основании фундамента. Это необходимо для исключения эксцентриситета нагрузки на основание при его возможном боковом смещении от действий горизонтально направленных сил, например того же морозного пучения грунта. Ширина котлована и соответственно засыпки при ленте фундамента шириной 300 мм должна составлять не менее 500 мм, а лента должна располагаться в центре.

Если для засыпки (замене грунта) используется щебень, гравий или другой крупно фракционный материал, то котлован должен быть застелен геотекстилем для предотвращения подмешивания существующего грунта в заменённый. При использовании песков и других мелкофракционных грунтов необходимо устройства дренажа для исключения переувлажнения основания. Помните песок непучинистый грунт только пока сухой.

Не в зависимости от используемого материала засыпка должна производиться послойно (высота слоя не более 30 см). Каждый слой должен быть уплотнён виброплитой или вибротрамбовкой.

Экономия.

Стоимость материалов для засыпки более чем в три раза дешевле стоимости бетона. Стоимость щебня фракции 20-40 мм составляет около 800 рублей за тонну (1040 руб/м³), стоимость песка начинается вообще от 250 рублей за тонну (375 руб/м³). Учитывая то, что объём засыпки будет примерно на 70% больше по сравнению с устройством бетонной ленты, на материалы даже при использовании щебня уйдёт в два раза меньше денег, не говоря уже о сравнивании стоимости работ. В среднем затраты на устройство такого основания на 70-80% меньше по сравнению традиционным ленточным фундаментом.

Где нельзя использовать засыпку.

Как бы не был привлекателен этот вид основания его использование в некоторых случаях нецелесообразно и невозможно. В первую очередь его естественно нельзя использовать при строительстве на склонах. Это связанно с уже описанным ранее невозможностью засыпке противостоять горизонтально направленным силам. Так же он не подходит в тех случаях, когда грунт даже на глубине промерзания не отвечает необходимым требования, и в этом случае экономически целесообразны становятся свайные фундаменты. Ну и конечно сейсмические районы, ввиду возможного смещения фундамента по основанию.

Стройтесь, подписывайтесь на канал Построить дом , жмите пальчик вверх если статья была полезной. А ниже ссылки на другие мои статьи о строительстве частного дома:

Пучинистый грунт: Дисперсный грунт (то есть состоящий из отдельных мелких частиц), который при переходе из талого состояния в мерзлое увеличивается в объеме вследствие образования льда (ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация).

Температура начала замерзания для разных грунтов различна, и обычно находится в пределах от 0 до -1,5 °C, а у засоленных грунтов она значительно ниже – до минус 21 °C

Процесс промерзании зимой таких грунтов сопровождается вертикальным подъемом поверхности грунта относительно ее положения летом, причем поднятие поверхности часто происходит неравномерно. Это сопровождается развитием сил морозного пучения, действующих на фундаменты зданий и сооружений. После оттаивания весной такие грунты постепенно уменьшаются в объеме и поверхность грунта возвращается в прежнее положение (оседание).

Бывают и более серьезные явления, связанные с морозным пучением, такие как например бугры пучения, достигающие огромных размеров. Но они чаще всего характерны для районов распространения многолетней мерзлоты и для болот северных широт.

Бугры пучения

Для различных грунтов деформации пучения не одинаковы и зависят от степени его влажности перед замерзанием, уровня грунтовых вод, количества и размера пылеватых частиц в составе грунта, глубины промерзания. Максимальный общий подъем поверхности достигается к концу зимы (в этот период глубина промерзания максимальна) и может составлять до 40 см (!), а в некоторых случаях и более.

2. Классификация грунтов по степени пучинистости

Классификация грунтов по степени пучинистости встречается в нормативной литературе на проектирование фундаментов, в ГОСТ на грунты и в другой специальной литературе. В разных источниках классификация немного отличается, но суть везде одинакова. В таблице приведена классификация на основе объединения данных из ГОСТ 25100-2011, ГОСТ 25100-95, СП 22.13330.2016 и других источников:

Классификация грунтов по пучинистости согласно ГОСТ и СП

Разновидность грунта по степени пучинистости	Степень пучинистости ɛ_fh , % (относительная деформация пучения)	Характеристика и описание грунтов данной разновидности
Непучинистый	0,5, · Пески мелкие и пылеватые при Sr>0,95
Чрезмерно пучинистый	>10

Степень морозной пучинистости ɛfh определяет на сколько при замерзании образец грунта увеличивается по высоте. Например, при промерзании слоя грунта толщиной 1,0 м с показателем ɛfh равным 7% грунт увеличится по высоте на 7 см.

При этом «непучинистый» грунт все равно, как правило, будет увеличиваться в объеме, но на незначительную величину – менее 1%.

Так же существует таблица которая определяет степень пучинистости грунта в зависимости от положение уровня грунтовых вод относительно расчетной глубины промерзания грунта z (из «Руководства по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова):

Уровень грунтовых вод должен приниматься с учетом прогноза его изменения согласно требованиям норм проектирования.

3. Определяем пучинистый грунт или нет

К пучинистым грунтам относятся глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с глинистым и мелкопесчаным заполнителем более 10%, имеющие к началу промерзания влажность выше определенного уровня (см. таблицу выше).

Для восприятия такая проще формулировка:

К гарантировано НЕпучинистым относятся только:

пески средней крупности, крупные и гравелистые;
щебенистые и крупнообломочные грунты с глинистым или мелкопесчаным заполнителем менее 10% (заполняет пустоты между камнями);
скальные грунты (вода не проникает в них в достаточном количестве из-за отсутствия сообщающихся пор, и они имеют высокую плотность и прочность)

Для всех остальных грунтов (супеси, суглинки, глины, мелкие и пылеватые пески, а также щебенистые и крупнообломочные грунты с заполнителем более 10%) справедливо утверждение – они могут быть как пучинистыми, так и непучинистыми и зависит это от:

количества воды в грунте (влажности) – любой грунт в абсолютно сухом состоянии не проявит вообще никаких пучинистых свойств при промерзании (правда в природе бывают исключения), а вот при увлажнении глинистые грунты будут обладать неприятным свойством, о котором мы говорим. То есть один и тот же грунт может превратиться из непучинистого в средне-, сильно- и даже чрезмерно пучинистый если его как следует увлажнить (подъем грунтовых вод, протечка водопроводной сети и др. причины). Чем выше влажность, тем сильнее проявится пучение.

При проектировании фундаментов на основаниях, сложенных пучинистыми грунтами, следует учитывать возможность повышения влажности грунта за счет подъема уровня подземных вод, инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности. (СП 22.13330.2016 п. 6.8.2).

гранулометрического состава грунта – степень пучинистости увеличивается в основном с ростом количества (% по массе) частиц размером от 0,05 до 0,005 мм. Более крупные и, что интересно, более мелкие частицы оказывают на показатель пучинистости влияние в меньшей степени.
Наличия и близости уровня грунтовых вод и соответственно возможности поступления в промерзающий грунт влаги по капиллярам.

Как отличить по визуальным и косвенным признакам супесь от песка и глины и вообще определить тип грунта см. в отдельной статье.

4. Физика процесса

Почему песок не увеличивается в объеме даже в водонасыщенном состоянии? Почему разные грунты имеют разный показатель пучинистости?

Суть процесса морозного пучения достаточно сложна и многообразна. Многим известно, что при замерзании определенного объема воды получается лед, занимающий больший объем и имеющий меньшую плотность (917 кг/м3). Увеличение объема при этом составляет примерно 9 %. Но морозное пучение грунтов связано не только с этим свойством воды.

Песчаные грунты с достаточно крупными частицами не позволяют влаге мигрировать при промерзании из-за отсутствия узких капилляров и малой поверхности смачивания, а наоборот создают условия для «отжатия» влаги в сторону еще не промерзших слоев, поэтому увеличение объема при промерзании в них практически отсутствует даже при полном водонасыщении. Очень мелкие частицы размером менее 0,005 мм так же затрудняют процесс миграции влаги и снижают пучинистость

Таким образом влияние оказывает не только первоначальная влажность и гранулометрический состав грунта, но и его пористость, способность пропускать капиллярную воду, количество связанной воды, химический состав и ряд других факторов.

Детально физика процесса рассмотрена в отдельной статье.

5. Глубина и скорость промерзания грунта

Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость промерзания.

Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации, от смен холодной погоды на оттепели.

В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и может в зависимости от региона и условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м.

Подробно вопросы влияния глубины и скорости промерзания на основания и фундаменты и методы расчета этих параметров приведены в отдельной статье.

6. Чем опасно морозное пучение грунтов

Сложность процесса пучения и неоднородность грунтов основания вызывают неравномерный подъем поверхности при промерзании. Воздействие морозного пучения на фундаменты как правило вызывает очень серьезные негативные последствия:

В малозаглубленных и поверхностных фундаментах, подверженных лобовым силам морозного пучения возникают:

Трещина в ленточном фундаменте от воздействий морозного пучения

В свайных и ленточных/столбчатых фундаментах с глубиной заложения больше глубины промерзания возникают:

Опасность морозного пучения заключена в неравномерности поднятия поверхности грунта и в накоплении эффекта выпучивания (для заглубленных фундаментов) с каждым годом. При морозном пучении возникают огромные усилия, сдержать которые или очень сложно, или невозможно

Рис. Накопительный эффект от выпучивания стойки

В этом видеоролике интересный пример воздействия морозного пучения на деревянный дом:

7. Основные меры в борьбе с пучением

Иногда в малоэтажном строительстве имеет смысл делать незаглубленные или малозаглубленные фундаменты, заранее полагая что они будут подвержены пучению, и рассчитывать их на восприятие соответствующих усилий. Этот подход неоднозначный и применим далеко не всегда. Отдельно читайте о малозаглубленных фундаментах в статье.

Применение покрытий боковой поверхности свай и столбчатых фундаментов (окраска, обмазка, оболочки), снижающих силы смерзания с грунтом в пределах промерзающего слоя;
Применение винтовых свай и свай с уширением в нижней части (сваи РИТ, буронабивные сваи с камуфлетной пятой и др.), грибовидных фундаментов и фундаментов с развитой подошвой для создания большого сопротивления выдергиванию;
Увеличение длины сваи из расчета на морозное пучение (так чтобы сила, удерживающая сваю от выпучивания, была больше силы морозного пучения);
Засыпка пазух котлованов непучинистым грунтом (песком, ПГС).
Создание обратного уклона граней фундамента в пределах промерзающей толщи.

Вспомогательные меры для увеличения эффективности решений:

Конкретные меры по борьбе с морозным пучением для разных типов фундаментов детально рассматриваются в отдельной статье.

8. Заключение

В заключение отметим что:

достоверно определить степень пучинистости можно только при испытаниях в лаборатории, и такие испытания проводят очень редко даже при инженерно-геологических изысканиях для крупных объектов – чаще принимают по табличным данным на основании косвенных признаков: консистенции, влажности и др., и вот почему:
если образец грунта, отобранный на площадке строительства, оказался слабо- или непучинистым то это не гарантирует что он таким и останется на протяжении всего срока службы сооружения. Как уже говорилось выше возможно увлажнение грунта по разным причинам (в том числе и обильные осенние дожди) и, соответственно, переход его в разряд пучинистых.

Подводя итоги можно утверждать, что все грунты следует потенциально считать пучинистыми за исключением нескольких случаев:

1) в основании сооружения залегают пески крупные или средней крупности, щебенистые или крупнообломочные грунты с заполнителем до 10% по массе.

2) в основании сооружения залегают скальные грунты.

3) Грунты находятся в сухом состоянии и нет опасности их замачивания (грунтовые воды отсутствуют или находятся на большой глубине (на 3,5 м и более ниже глубины промерзания при максимально высоком уровне грунтовой воды), есть все условия для стока поверхностных вод и эти условия не изменятся в будущем, поблизости нет водонесущих коммуникаций и они никогда не появятся.

Пункт 3 в большинстве случав следует подвергать сомнению в долгосрочной перспективе, т.к. нельзя сказать наверняка что будет через 5, 10 или 20 лет.

Таким образом если грунт не является гарантированно непучинистым, то следует всегда предусматривать мероприятия по предотвращению воздействия на фундамент морозного пучения

Морозное пучение один из наиболее опасных и непредсказуемых факторов воздействия на фундамент. Действие морозного пучения грунтов и выпучивание фундаментов ухудшает условия эксплуатации и укорачивает сроки службы зданий и сооружений, вызывает их повреждения и деформации. Это приводит к большим затратам на ремонт повреждений и неудобствам в эксплуатации (перекошенные и заклинивающие двери и ворота, лопнувшие стекла в окнах, трещины в стенах и фундаментах, разрушение крылец и др.).

Если грунты в основании сооружения пучинистые, а мероприятия по предотвращению воздействия морозного пучения на фундамент не были предусмотрены или были выбраны неверно, то сооружение обречено на постепенное снижение своих эксплуатационных характеристик, вплоть до разрушения. Бороться с морозным пучением, которое уже воздействует на фундаменты очень сложно.

Сваи под опору ЛЭП, изначально погруженные до одинаковых отметок с годами оказались неравномерно выпучены

В этой статье будут рассмотрены основные меры по предотвращению воздействия на фундамент морозного пучения, без погружения в расчеты.

О расчетах фундаментов на воздействие пучения будет написана отдельная статья.

2. Основные направления по предотвращению воздействия пучения на фундаменты

Первое направление – воздействие на грунты в зоне промерзания и их характеристики с целью уменьшения или исключения их пучинистых свойств.

Явление морозного пучения имеет место при единовременном наличии нескольких условий – грунт должен быть пучинистым, должна быть отрицательная температура и определенная влажность грунта. Если одно из этих условий отсутствует, то пучения не будет. Исходя из этого основные методы воздействия на грунт основания делятся на:

Методы, связанные с устранением свойств пучинистости грунта. Сюда относят замену грунта на непучинистый, введение в грунт противопучинистых добавок, введение веществ, снижающих температуру замерзания грунта, уплотнение и изменение структуры грунта.
Методы, направленные на снижение влажности грунта. К таким методам относятся например выполнение дренажа, искусственное снижение уровня грунтовых вод, подъем участка строительства за счет отсыпки грунтом (вертикальная планировка), обеспечение естественного стока атмосферных вод и др.
Методы, направленные на недопущение замерзания грунта или уменьшения глубины промерзания. К таким относятся, например, утепление грунта вблизи фундаментов отапливаемых сооружений, искусственный подогрев грунта коммуникациями, выделяющими тепло, или греющим кабелем.

Это направление применяется, когда гарантированно устранить пучинистость грунта не представляется возможным или слишком дорого. Тогда специальными мерами добиваются такого состояния: грунт возле фундамента при промерзании вспучивается, но это не оказывает влияния на фундаменты. К таким мерам относят:

Правильный выбор глубины заложения фундаментов для исключения воздействия лобовых сил морозного пучения, т.к. эти силы имеют огромные величины и бороться с ними очень тяжело (по крайней мере в малоэтажном строительстве). Для этого необходимо чтобы подошва фундамента находилась ниже глубины промерзания. Эта мера обязательна всегда кроме случая с малозаглубленными фундаментами, которые изначально предполагают воздействие на них лобовых сил пучения.

Конструктивные меры – уменьшение сечения фундамента в пределах промерзающего слоя, применение обратного уклона боковых граней фундамента, увеличения расстояния между фундаментами для увеличения нагрузки на них и др;
Применение покрытий боковой поверхности свай и столбчатых фундаментов (окраска, обмазка, оболочки), снижающих силы смерзания с грунтом в пределах промерзающего слоя; Поднимающиеся от пучения грунты просто будут проскальзывать вдоль сваи, не воздействуя на нее;
Применение винтовых свай и свай с уширением в нижней части (сваи РИТ, буронабивные сваи с камуфлетной пятой и др.), грибовидных фундаментов и фундаментов с развитой подошвой для создания большого сопротивления выдергиванию; Поднимающиеся от пучения грунты тянут фундамент вверх, но удерживающая сила больше выпучивающей, поэтому перемещения фундамента не происходит;
Увеличение длины сваи или глубины фундамента из расчета на морозное пучение (так чтобы сила, удерживающая сваю от выпучивания, была больше силы морозного пучения) без создания уширения в нижней части.

Иногда в малоэтажном строительстве имеет смысл делать незаглубленные или малозаглубленные фундаменты, заранее полагая что они будут подвержены пучению, и рассчитывать их на восприятие соответствующих усилий. Этот подход неоднозначный и применим далеко не всегда. Отдельно читайте о малозаглубленных фундаментах в статье.

При применении любых конструктивных методов следует учитывать что если всё сделано верно то подъем поверхности грнута за счет пучения все равно будет как и раньше, просто фундаменты при этом не будут смещены. Поэтому необходимо оставлять зазоры до ростверков, стен и др. чтобы при подъеме поверхности грунта она не достигала их и не оказывала негативного воздействия.

Касательно выбора глубины заложения фундаментов для исключения воздействия лобовых сил морозного пучения читайте эту статью.

Далее рассмотрим более подробно отдельные методы борьбы с пучением:

3. Методы устранения пучинистых свойств грунта

Самый простой и надежный метод исключения свойства пучинистости это замена пучинистого грунта на гарантированно непучинистый – песок средний, крупный или гравелистый (или щебень/гравий). При этом в песчаных и щебенистых грунтах не должно быть примесей глинистых частиц более 15% и желательно обеспечить защиту от заиливания глинистым грунтом разделив слои геотекстильными материалами.

При этом следует учитывать, что ширина пазухи котлована, заполняемой непучинистым грунтов должна быть не менее: 0,2 м при глубине промерзания d_f равной 1,0…1,5м; не менее 0,3 м при глубине промерзания d_f равной 1,5…2,0м; пазухи должны быть шириной не менее 0,5 м при глубине промерзания до 2,5 м. Желательно обеспечить отвод воды из непучинистого дренирующего грунта и перекрыть поверхность засыпки водонепроницаемой отмосткой.

Для свай пазуха образуется выполнением лидерной скважины большого диаметра на глубину сезонного промерзания грунта. Стойки в грунте устанавливаются в сверленые котлованы большого диаметра с последующей засыпкой пазух песком или песчано-гравийной смесью (ПГС).

Введение в грунт противопучинистых добавок:

Обработка грунта выполняется перемешиванием его с нефтяным раствором в количестве 5-10% раствора от веса сухого грунта. Контактный слой устраивается при обратной засыпке пазух котлована. (необходимо соблюдать экологические нормы).

Исследованы так же варианты введения криотропных полимерных добавок в грунт – полимерные гели с верхней критической температурой растворения (описано в научной статье). Результаты получили замечательные, правда о сути материала и способе его введения информации почти нет.

4. Методы уменьшения влажности грунта в зоне промерзания

Основная причина пучения грунта – наличие в нем воды, переходящей в лед при промерзании, поэтому осушение грунтов с удалением из них воды являются наиболее эффективными.

Сюда входят следующие меры:

устройство постоянного дренажа поверхностных атмосферных вод;
вертикальная планировка с уклоном не менее 5% для отвода поверхностных вод;
подъем отметок планировки насыпью непучинистым грунтом из расчета обеспечения необходимого расстояния до максимального уровня грунтовых вод;
постоянное водопонижение;
водонепроницаемые отмостки по периметру зданий и сооружений шириной не менее 1,0 метра;
тщательное уплотнение обратных засыпок;
специальные меры по предотвращению замачивания грунтов при прорыве водонесущих коммуникаций;
удаленность от источников увлажнения не менее 20 м (колонки водоснабжения, места мойки машин и др.).

Инженерно-мелиоративные меры (дренаж и водопонижение, отвод поверхностных вод) являются коренными если они обеспечивают осушение грунтов в зоне сезонного промерзания и на глубину 2-3 метра ниже нее. Однако очень часто обеспечить такое снижение уровня грунтовых вод не представляется возможным или слишком дорого, тогда эти меры применяются в сочетании с другими для уменьшения деформации грунта при промерзании.

5. Методы уменьшения глубины промерзания грунта

Сюда следует отнести следующие теплоизоляционные мероприятия:

Предпочтение следует отдавать материалам, не теряющих своих свойств при воздействии влаги, т.к. в осенний период перед замерзанием зачастую происходит водонасыщение утепляющего слоя. Наиболее эффективным является экструдированный пенополистирол. Возможно так же применение для отмостки керамзитобетона, полистиролбетона и др. с защитой поверхности от разрушения.

Глубина промерзания грунта, м	Размеры отмостки из керамзитобетона 800-1000 кг/м3, м
толщина	ширина
До 1,0	0,15	0,7
1,5	0,2	1,0
2 и более	0,3	1,5

Фото: отмостка с утепелнием

6. Применение покрытий боковой поверхности фундаментов

Эти методы применяются, когда гарантированно устранить пучинистость грунта не представляется возможным или слишком дорого.

Боковая поверхность сваи или фундамента в зоне промерзания для уменьшения касательных сил пучения должна быть гладкой настолько, насколько это возможно. Наличие выступов и шероховатостей резко увеличат касательные силы морозного пучения.

Для дальнейшего уменьшения сил смерзания грунта с фундаментом применяют лакокрасочные, обмазочные, или ленточно-листовые покрытия.

По имеющимся экспериментальным данным большинство лакокрасочных покрытий на бетонной или стальной поверхности значительно снижает силы смерзания с грунтом, какие-то сильнее, какие-то меньше. Есть шероховатые ЛКП которые увеличивают силы смерзания грунта с поверхностью конструкции (например «Цинотан» и «Ферротан» дают сильно шероховатые поверхности). Однако большинство покрытий не обладает достаточной долговечностью при применении именно для снижения касательных сил морозного пучения. Происходит это не только из-за воздействия атмосферных осадков и агрессивности грунта и грунтовых вод, но и из-за механического повреждения поверхности при смещении промерзающего грунта относительно фундамента. К этому в последствии добавляется расклинивающее действие кристаллов льда, проникающих в дефекты покрытия и ускоряющих его разрушение.

По покрытию поверхностей фундамента битумными мастиками см. рекомендации в п. 5.3 Руководства

Сейчас некоторые производители ЛКП заказывают испытания на снижение касательных сил пучения и указывают полученные данные в паспортах – можно попробовать поискать информацию.

«Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических эмалей» НИИОСП имени Н.М. Герсеванова 1980 г рекомендуют применение покрытий боковой поверхности фундамента пластичной смазкой или кремнийорганической эмалью, или и тем и тем вместе.

Фото: свая с покрытием кремнийогранической эмалью в верхней части (в зоне промерзания)

Подробное описание методов, технологий, выбор материалов, описание эффективности методов смотрите в самих рекомендациях.

Из своего опыта могу сказать, что метод со смазками хоть и дает хорошие результаты, и это подтверждено экспериментально, но на практике практически не применяется из-за сложно технологии, требующей аккуратности и ответственности, которой у застройщика как правило нет. А вот эмали КО применяю часто, они очень удобны в работе и достаточно эффективны.

Разработаны так же термоусаживаемые оболочки из сшитого полиэтилена. Оболочка прошла всестороннее испытания на морозное пучение, сваи с такой оболочкой даже испытывали в полевых условиях. Рекомендованы к применению при строительстве объектов ПАО «Газпром». Согласно данным испытаний снижают касательные силы морозного пучения на 58% (коэффициент кτ_fh по СП 25.13330.2012 равен 0,42).

Фото: сваи с покрытием термоусаживаемой оболочкой из полимерного материала

В целом можно уверенно говорить, что даже покрытие боковых поверхностей фундаментов битумной мастикой снижает силы смерзания с грунтом, однако нет данных о том насколько именно снижает и насколько долговечна такая мера.

7. Применение фундаментов с уширением в нижней части и удлиненных свай

Очень эффективная мера по предотвращению выпучивания фундаментов – это устройство уширения фундамента в нижней части.

К фундаментам с уширением относятся: грибовидные фундаменты, винтовые сваи, сваи с камуфлетной пятой и сваи РИТ (разрядно-импульсная технология), фундаменты ТИСЭ, столбчатые фундаменты с развитой подошвой и др.

Фундаменты по технологии ТИСЭ с уширением в нижней части

Верхняя поверхность уширения должна находиться ниже максимальной расчетной глубины промерзания, тогда несущая способность фундамента при расчете на морозное пучение резко увеличивается. Кроме того, необходимо стремиться к уменьшения поперечного сечения (если быть точнее – площади поверхности) фундамента в верхней части – в пределах глубины промерзания.

Схема: к расчету анкерного фундамента на морозное пучение

Как видно из расчетной схемы при наличии уширения в нижней части фундамента оно работает как анкерная плита, не давая выдернуть фундамент из земли, а в самом фундаменте возникают большие растягивающие усилия. Чтобы снизить негативные эффекты полезно дополнять решения обработкой боковых поверхностей фундамента в зоне промерзания покрытиями, снижающими силы смерзания с грунтом.

Так же для свайных фундаментов возможен вариант удлинения из расчета на морозное пучение – длину увеличивают только для восприятия касательных сил морозного выпучивания, несмотря на то что для восприятия нагрузок от самого сооружения достаточно и меньшей длины сваи. Этот метод как правило экономически не обоснован и может применяться только как часть комплекса мер.

8. Применение обратного уклона боковых граней в зоне промерзания, особой формы свай и конструкций типа «труба в трубе»

Фото: фундаменты с обратным уклоном боковых граней

Согласно экспериментальным данным обратный уклон боковых граней фундамента под углом в 1,5° к вертикали в пределах глубины промерзания грунта снижает касательные силы морозного пучения почти в 2 раза. Обусловлено это тем что поверхность смерзания начинает работать не только на сдвиг, а в значительной степени и на отрыв, а на отрыв прочность смерзания меньше, при этом снижается так же механическое трение. Теоретическое расчетное обоснование такого мероприятия в борьбе с пучением приведено в статье – тут речь идет о двуконусных сваях, кстати очень интересный вариант решения для свай, работающих только на сжатие.

Особые формы фундаментов: двуконусные сваи упоминались чуть выше по тексту, применяют так жесваи открытого сечения, такие как крестовые и двутвровые сечения, однако применение их не совсем стандартное – крестовые сваи применяют в районах распространения вечной мерзлоты т.к. из-за их малого поперечного сечения они могут быть погружены в мерзлый грунт забивкой без лидерной скважины. При этом погружают их так чтобы верх сваи оказался ниже глубины промерзания (лидер большого сечения на глубину оттаивания) так чтобы морозное пучение на них вообще не действовало. И используют в основном как анкерные сваи для усиления фундаментов, которые уже оказались аварийными из-за выпучивания– цепляют к ним при помощи мощных тяжей усиливаемые сваи чтобы увеличить удерживающую силу. Мера эта правда не всегда работает из-за больших усилий выпучивания – отрываются довольно мощные крепежные детали и элементы.

Схема анкеровки сваи при помощи анкерных свай открытого сечения

Есть разработки многогранных свай с уклоном граней в верхней части и прямолинейные в нижней части. Практического применения пока не встречал, но теоретически конструкция хорошая.

СХЕМА СВАЯ С УКЛОНОМ ГРАНЕЙ

9. Заключение

Из мер по снижению касательных сил выпучивания основными (наиболее надежными) являются воздействие на грунт и его характеристики для предотвращения проявления его пучинистых свойств или их полного исключения (замена грунта на непучинистый, снижение влажности грунта, введение противопучинных добавок, недопущение замерзания грунта и др.). Часто полностью гарантированно исключить пучинистые свойства грунта невозможно поэтому такие мероприятия являются частью комплекса мер.

Далее следуют меры по приспособлению фундаментов к воздействию морозного пучения за счет снижения сил смерзания боковых поверхностей фундамента с грунтом (применение покрытий боковых граней фундамента, обратный уклон граней фундамента, уменьшение сечения фундамента в пределах глубины промерзания) или увеличения удерживающих фундамент сил (фундаменты с уширением в нижней части, удлиненные сваи из расчета на пучение).

Любое покрытие боковых поверхностей фундаментов, даже покрытие битумной мастикой снижает силы смерзания с грунтом.

Для достижения наилучшего результата в деле защиты фундаментов от выпучивания следует использовать комплекс мер на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Замена пучинистого грунта под фундамент

Не судите архитектуру здания , это неоспоримое желание заказчика, хочет именно так (я имею ввиду планировки) .Прошу вашего совета по части фундамента под коттедж.

Стены - газоблок толщиной 300мм
Перекрытие первого и второго этажа - ж/б плиты
Покрытие – деревянные балки
Летняя терраса будет остекленная
Столярка будет на отдельном фундаменте

Участок находится на равнине, геологию делать не хочет из-за цены, но честно говоря без геологии с плитами ,да еще и на таких грунтах как-то побаиваюсь делать . Выкопали яму глубиной 4 м:
0,4м - растительный слой,
2,7м – глина как пластилин (плотная),
затем идет суглинок.

Грунтовая вода в яме за три дня не проступила. Глубина промерзания в нашем регионе 2,8м

Вопрос: как поступить с фундаментом? Логично ли будет выполнить замену грунта на ПГС 2500 м? не получится ли так, что НЕ гигроскопичная глина будет препятствовать уходу талой и дождевой воды из замененного грунта? Или всё -таки другой вид фундамента рассмотреть?

Разрез прилагаю пока такой, но думаю понять можно. Заранее спасибо за совет!

Глубина промерзания 2,8м для какого грунта и какой регион? Для примера в Новосибирске глубина промерзания глин до 2,0м. Зачем делать замену грунта на ПГС на 2,5м, если можно фундамент заложить ниже глубины промерзания, обратная засыпка тем же грунтом.
Вообще ни один нормальный инженер без геологии работать не будет, если пойдут деформации вы готовы материально возместить ущерб повреждений?

Амурская область. я про глубину и говорю. Ниже глубины промерзания, это Вы какой фундамент имеете в виду, ленточный? Согласен с Вами весь и полностью, без геологии - это пальцем в небо. Но если быть реалистом (именно в частном строительстве), то геологию делают единицы из заказчиков.

7 мин. -----
Всё зависит от заказчиков, некоторые сами приносят изыскания. А большинству объяснить, что ему нужно "выкинуть" круглую сумму на геологию, порой сложно, иногда до ругани доходило. Поэтому приходится выдумывать.

Последний раз редактировалось Андрей Федорашко, 30.05.2017 в 09:39 .

Можно выполнить подушку из ПГС с засыпкой пазух + дренаж. Пучение будет исключено.

Возможен вариант малозаглубленной ленты, если по расчёту пройдёт по устойчивости на действие касательных сил и на деформации от пучения (допустим слабо или среднепучинистый грунт). Но это, понятно, только с геологией возможно рассчитать. Возможно также потребуется песчаная подушка и засыпка пазух непучинистым грунтом. Как вариант - утепление отмостки и цокольной части.

Без геологии рассматривал-бы первый вариант. И характеристиками для расчёта можно задаться (проектными) и при достаточно большой толщине подушки даже можно подстилающий слой и не проверять. Если глина такой консистенции - вряд-ли тут возможны проблемы.

Закопать ниже глубины промерзания тоже не выход, т.к. может быть легко не обеспечена устойчивость на действие касательных сил. Даже на слабопучинистом грунте при большой боковой поверхности ленты будут расчётные усилия очень не маленькие.

5 мин. -----
Ещё вариант - рассмотреть плиту на песчаной подушке + дренаж. Геология особо не нужна, а для расчёта коэффициентов постели можно задаться осреднёнными модулями деформации. В конечном счёте на усилиях это не сильно скажется.

Читайте также: