Главным фактором при выборе типа фундамента является вид грунтов, залегающих в основании здания. В условиях, когда основание сложено из грунтов с особыми свойствами – набухающих, просадочных, пучинистых, биогенных – выбирают и рассчитывают соответствующие конструкции фундаментов, способные минимизировать их негативное воздействие на конструкции.
Один из видов оснований, распространенных на обширных территориях и вызывающих большие проблемы при фундировании – пучинистый грунт.
Особые свойства пучинистых грунтов
Особое свойство оснований, способных вспучиваться, заключается в значительном увеличении объема в результате зимнего промерзания.
Как определить пучинистые грунты? К основаниям, обладающим свойством вспучивания при промерзании, относятся только глинистые (в том числе суглинки) и песчаные грунты (пылеватые, мелкие и средней крупности). Гравелистые и крупные пески к пучинистым не относятся.
Песчаные, глинистые грунты и их разновидности обладают мелкопористой структурой, то есть состоят из мелких минеральных частиц, между которыми имеется множество мелких полостей. Эти полости или поры могут содержать влагу. При понижении температуры ниже нуля влага в грунте замерзает, превращаясь в лед, который, как известно, всегда увеличивается в объеме по сравнению с исходным объемом воды. В результате замерзания воды в порах и происходит увеличение всего объема основания, называемое морозным пучением.
Основания делятся по степени пучинистости, которая зависит от уровня или глубины, на которой залегают подземные воды. Для глинистых оснований еще имеет значение показатель текучести. Приводим следующую таблицу с градацией по степени пучинистости разных видов грунтов.
Степень пучинистости грунтов
Степень пучинистости грунтов | Мелкий песок, Z | Пылеватый песок, Z | Супесь, Z | Суглинок, Z | Глина, Z | Показатель текучести Jl | Относительная деформация пучения Efh |
Грунты непучинистые | > 0,75 | > 1 | > 1,5 | > 2,5 | > 3 | <0,75 | < 0,01 |
Грунты слабопучинистые | 0,5 – 0,75 | 0,75 – 1 | 1 – 1,5 | 1,5 – 2,5 | 2 | 0 – 0,25 | 0,01 – 0,035 |
Грунты среднепучинистые | <0,5 | 0,5 – 0,75 | 0,75 – 1 | 1 – 1,5 | 1,5 – 2 | 0,25 – 0,5 | 0,035 – 0,07 |
Грунты сильнопучинистые | – | <0,5 | <0,75 | <1 | <1,5 | >0,5 | > 0,07 |
- Основной показатель – это относительная деформация пучения Efh, которая определяется отношением величины подъема поверхности вспучивающегося основания к толщине промерзшего слоя.
- Показатель Z – это разница между величиной УГВ и глубиной сезонного промерзания, значение которой равно 1,2 м для отапливаемых зданий, и 1,5 м – для неотапливаемых зданий.
Если степень пучинистости по показателям Z и Jl (текучести) отличаются, то принимается большее значение.
Так как пучинистые основания проявляют свои негативные свойства при условии насыщения водой, то существует еще один способ классификации, учитывающий условия увлажнения основания зданий по характеру рельефа местности.
Тип грунтовых условий | Условия увлажнения грунтового основания по характеру рельефа местности. | Степень пучинистости |
|---|---|---|
1 | Возвышенные и всхолмленные места, водораздельные плато, где грунты могут увлажняться только от атмосферными осадками. | Слабопучинистые |
2 | Равнины, слабовсхолмленные места, пологие склоны с затяжными уклонами, где грунтовые основания увлажняются атмосферными осадками и верховодкой, только частично грунтовыми водами. | Среднепучинистые |
3 | Низины, котловины, заболоченные места, в которых грунтовые основания увлажняются и водонасыщаются атмосферными осадками, верховодкой и грунтовыми водами. | Сильнопучинистые |
То есть, если по показателям Z и Jl основание относится к слабопучинистым, но участок строительства расположен в низине или котловине, то следует считать, что грунты сильнопучинистые.
Таким образом, пучинистый грунт – это песчаный или глинистый грунт, подверженный увлажнению и сезонному промерзанию.
Влияние пучинистых грунтов на фундаменты
Морозное пучение вызывает значительное увеличение его объема – величина подъема поверхности может составить не один десяток сантиметров. При этом возникают усилия, величина которых достигает десятков тонн. Даже если опустить подошву фундамента ниже глубины сезонного промерзания, это не предотвратит негативное влияние пучинистых сил, так как они действуют и по боковым поверхностям.
Пучинистость почвы также проявляется в том, что после оттаивания основания при потеплении происходит его осадка, то есть на конструкцию фундаментов периодически воздействуют разнонаправленные силы.
Вес конструкций может компенсировать вспучивание только в случае сооружения здания высотой не менее трех этажей с массивными бетонными или каменными стенами. Для малоэтажной застройки в один-два этажа, тем более из легких конструкций – деревянных каркасных и срубов, из легкобетонных блоков и из кирпича – должен быть подобран и рассчитан специальный фундамент для пучинистого грунта.
Основная опасность отрицательного воздействия пучинистых сил заключается в их неравномерности. Разные части фундаментов здания всегда находятся в неодинаковых условиях. Промерзание происходит только по периметру отапливаемого здания, под фундаментом, на который опираются средние стены, основание не промерзает.
Кроме того, и по периметру ограждающих наружных стен основание промерзает неодинаково – с теневой, северной, стороны больше, с тех сторон, где прогревает солнце, – промерзание меньше. На величину промерзания влияет также толщина снегового покрова, архитектура здания, характер застройки участка.
Все эти факторы вызывают неравномерное воздействие пучинистых сил на разные участки фундаментов и неравномерные деформации в конструкциях, вызывающие самые неблагоприятные последствия – возникновение трещин и других повреждений в ограждающих и несущих конструкциях, которые могут привести к их разрушению.
Фундамент на пучинистых грунтах должен обладать особенностями, способными минимизировать или исключить негативное воздействие этого типа основания.
Если в основании здания залегают грунты с пучинистыми свойствами, следует особенно тщательно подойти к выбору типа фундамента. Очень эффективной после многолетней практики применения зарекомендовала себя конструкция МзЛФ – об устройстве, армировании и расчете которого мы подробно рассказываем в статье «Мелкозаглубленный ленточный фундамент: расчёт глубины, подготовка основания, армирование своими руками и калькулятор расчётов».
Помимо выбора наиболее подходящего типа фундамента при строительстве на пучинистых основаниях, необходимо предусматривать дополнительные мероприятия, направленные на предотвращение замачивания и промерзания: устройство дренажа, утепление отмостки, заполнение пазух уплотненным сыпучим материалом.
