Пучинистые грунты: что это такое, классификация, отличие от непучинистых

Виды «противопучинистых» фундаментов и мероприятий.

Степень проявления морозного пучения необходимо учитывать при выборе типа фундамента. «Противопучинистыми» вариантами являются фундаменты по технологии ТИСЭ, винтовые сваи, заглубленные ленты с монолитной широкой подушкой (именно с подушкой, т.к. без неё лёгкие дома на ленте так же подвержены вспучиванию), монолитная плита расположенная ниже границы промерзания грунта.

Разумеется, уширения свай ТИСЭ, лопасти винтовых свай и монолитную полушку заглубленной ленты необходимо расположить ниже границы промерзания для придания им функции «якоря». К противопучинистым типам фундаментов не относятся столбчатые фундаменты без уширения, мелкозаглубленные ленты, плавающие плиты, а так же прямые заглубленные ленточные фундаменты без широкой монолитной подушки (на практике наша компания знает много случаев, когда стенки заглубленной ленты вспучившимся грунтом обжимаются настолько сильно, что грунт вслед за собой тащит вверх фундамент вместе с домом).

Способы защиты от морозного пучения.

Есть немало современных способов, позволяющих почти полностью, либо частично устранить воздействие морозного пучения. 1. Круглогодичное отопление строения. Не стоит путать с ситуацией, когда хозяева приезжают в дом пару раз за зиму. Речь идет о доме, в котором температура круглый год не падает ниже +15 градусов. В этом случае уместно рассмотреть плавающую плиту или мелкозаглубленную ленту

Суть метода в том, чтобы сперва возвести закрытый по периметру непродуваемый цоколь (фундамент без «щели»), а затем важно правильно утеплить его. Стоит утеплить два места: — фундамент утепляется по наружному периметру, вертикально

В качестве материала чаще всего используется ЭППС (экструдированный пенополистирол), он бывает уже встроен в некоторые отделочные фундаментные панели. Толщину ЭППС следует принимать не менее 50 мм, а лучше 80 или 100 мм для Московского региона.

— необходимо утеплить отмостку. Для этого нужно в толще отмостки проложить ЭППС той же толщины, что и при утеплении фундамента. Ширина утепления в отмостке должна составлять не менее 1,2 метра (в идеале не менее глубины промерзания). Если данные рекомендации выполнены правильно, то пучение грунта под домом будет устранено как минимум на 80-90%, что является вполне достаточным. Полученная система будет работать следующим образом: зимой часть тепла будет выходить из дома через нижнее перекрытие. Если цокольное пространство является замкнутым и потеря тепла через стены фундамента минимальна, то будет прогреваться земля под домом. Этого прогрева будет вполне достаточно, чтобы остановить промерзание и вспучивание. Утепление отмостки необходимо для того, чтобы избежать потерь тепла через промерзший грунт с наружной стороны фундамента (т.е., чтобы не отапливать грунт снаружи дома). Это не очень дорогой, но действенный метод. Главный его минус – зависимость от беспрерывного зимнего отопления.

2. Дренаж — это отдельная тема для статьи, но дренажи направленные на осушение участка и отведение воды от дома, являются одним из способов по снижению сил морозного пучения.

3. Ливневая система (ливневка). В данном разделе мы поговорим об отведении ливневой воды от дома комплексом водных стоков. Этот комплекс включает в себя водосточную систему, отмостку и ливневые желоба, идущие вдоль отмостки, и, уводящие ливневую воду от строения.

Если, отмостку делать нет средств, но у Вас есть правильное желание отводить от строения воду с кровли и стен, то Вы можете воспользоваться временным вариантом “скрытой” отмостки.

Органоминеральные и органические грунты — торфы, заторфованные, сапропели

Торфяники распространены в Подмосковье, на востоке и северо-востоке. Они относятся к слабым грунтам, с присущей низкой прочностью.

Заторфованный грунт отличается от торфа процентным соотношением содержанием органического вещества – содержание больше 50% органики говорит о торфе, а содержание от 10 до 50% орган.остатков говорит о том, что перед нами заторфованный грунт, на основе песчаного грунта или глинистого.

Какие характеристики присущи торфам и заторфованным грунтам?

Высокая водонасыщенность
Сильная сжимаемость
Осадочность, медленно протекающая
Изменяемость характеристик под нагрузками
Подземные воды представляют собой весьма агрессивную среду по отношению к строительным конструкциям.

Помимо градации по количественному содержанию торфа органоминеральные и органические грунты делятся на:

Открытые, находящиеся близ поверхности;
Погребенные, располагающиеся в виде слоев или линз в глубине толщи;
Искусственно погребенные

Также важно значение степени разложения торфяных грунтов – степень разложения слагаемых его растительных остатков – гумуса. Очень важно оценить и характер залегания торфосодержащих пород:

Очень важно оценить и характер залегания торфосодержащих пород:

Напластование, имеющее в составе торф и заторфованные грунты — одно из наихудших оснований, так как приводит к дальнейшим деформациям и просадкам.

Сапропель – илосодержащая и одновременно торфосодержащая порода, с процентным содержанием органических веществ больше 10%. Коэффициент пористости сапропеля — в районе е> 3, характерна текучепластичная или текучая консистенция.

Нельзя возводить фундамент с непосредственным опиранием его на сильнозаторфованные грунты, торфы, сапропели и ил.

Мероприятия по укреплению неустойчивых органических и органикоминеральных грунтов описаны в СП 22.13330.2011 разделе 6.4 «Органоминеральные и органические грунты».

В числе мероприятий замена нейстойчивого грунта средне- или крупнозернистым песком, гравием (что может быть очень дорого, например, в виду высокой мощности слоя торфа), а также можно прибегнуть к строительству свайного фундамента с опиранием свай на слой грунта с высокими прочностными характеристиками.

Нельзя забывать, что в органических грунтах очень агрессивная среда для бетона и металла, поэтому нежелательно использовать стальные сваи, нужно позаботиться об изоляции свай для продлевания срока использования строения.

Как решить проблему пучинистых почв

Существует масса способов, которые позволят понизить уровень пучения почвы. Рассмотрим самые распространенные.

Замена грунта

Замена пучинистого грунта считается наиболее трудозатратным и дорогостоящим процессом, так как предполагается полное удаление почвы, находящейся на месте будущей постройки. После этого засыпается новая земля или крупнозернистый песок и гравий, и фундамент укладывается на непучинистую почву.

Утяжеление здания

Чем меньше вес постройки, тем больше вероятность того, что на нее будет оказывать давление земля, разбухающая в холодное время года. Чтобы этого не происходило, рекомендуется возводить более массивные постройки. Однако, это также ведет к серьезным финансовым затратам.

Возведение плитного фундамента

Придать дополнительный вес зданию и предотвратить давление грунта можно установив в качестве основания для дома плитный фундамент. Цельная монолитная плита высотой более 20 см, заглубленная в землю будет подвергаться силам морозного пучения, однако в этом случае она просто равномерно приподнимется зимой и займет исходное положение, когда температура воздуха повысится.

Технически построить плитный фундамент не сложно (трудности могут возникнуть только на этапе армирования), тем не менее, такая основа тоже обойдется недешево.

Установка свайного фундамента

Если вы хотите обойтись малой кровью, то дешевле всего будет установить свайный фундамент. Однако стоит учитывать, что подобные конструкции подходят только для домов небольшого веса (каркасных, сооружений из сип-панелей и так далее).

В качестве фундаментального основания подойдут:

винтовые сваи, которые вкручиваются в почву чуть ниже уровня промерзания;
армированные конструкции (в этом случае необходимо подготовить скважины и установить в них стержни, обмотанные рубероидом и металлическим каркасом).

После установки свай, элементы соединяются при помощи распределяющих нагрузку плит или балок (ростверка), которые укладываются по периметру будущей постройки и утепляются пенопластом или пенополистиролом.

Некоторые строители возводят на пучинистых почвах кирпичные столбчатые конструкции высотой до 60 см и заглубляют их примерно на 15 см, однако такие основания подходят только для беседок, летних кухонь и прочих сооружений, не предназначенных для проживания.

Постоянное отопление дома

Если сравнивать температуру почвы, расположенной под отапливаемым и неотапливаемым домом, то в первом случае она будет выше почти на 20%. Соответственно, если в здании круглогодично будут проживать люди и постройка будет отапливаемой, то сила пучения сведется к минимуму.

Дренаж грунта

Чтобы предотвратить распирание почвы, можно снизить содержание воды в земле. Для этого необходимо соорудить дренажный колодец, который будет находиться на некотором отдалении от постройки. Чтобы построить такую систему необходимо:

Вырыть траншею вокруг дома.
Заложить в нее трубы с небольшими отверстиями по бокам. Чтобы вода от дома отводилась самотеком, необходимо укладывать трубы под небольшим уклоном по направлению к дренажному колодцу. Соответственно, чем ближе к колодцу расположен трубопровод, тем глубже он закладывается.
Обсыпать трубы гравием и покрыть геотекстилем.

Теплоизоляция грунта

Чтобы снизить пучинистость грунта, можно возвести отмостку. Обычно такая конструкция изготавливается по периметру постройки для того, чтобы защищать фундаментальное основание от дождевых вод. Но, если произвести более мощную теплоизоляцию отмостки, можно будет снизить уровень расширения земли в зимний период.

Чтобы изготовить утепленную отмостку, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

Ширина отмостки должны быть на 1-1,5 м больше ширины промерзания грунта.
В качестве основы для отмостки рекомендуется использовать песок, который тщательно трамбуется и проливается водой.
На песок укладывается пенополистирол или любой другой утеплитель слоем около 10 см.
Сверху укладывается гидроизоляция (рубероид).
На гидроизоляционный слой укладывается щебень и все заливается бетоном.
Перед бетонированием рекомендуется выполнить армирование стальной сеткой диаметром 4 мм и размером ячеек 15 х 15 мм.

Лабораторные исследования морозного пучения грунтов

Испытания велись без нагрузки на образцы по открытой схеме, т.е. в процессе испытаний обеспечивался свободный приток воды к границе промерзания.

Перед заполнением грунтом, металлическая форма, размерами 100х150(h) обмазывалась фторопластовым лаком для исключения влияния сил трения и смерзания грунта со стенками.

Перемещения вследствие морозного пучения измерялись индикаторами часового типа с точностью 0.01 мм.

Результаты определения физико-механических характеристик испытываемых грунтов приведены в таблице 1.

Грунты(по ГОСТ 25100-95)	Влажность, %	Число пластичности, Ip	Показатель текучести, IL	Плотность грунта, г/см3	Пористость, %	Коэффициент пористости
природная	сухого	частиц
Суглинок элювиальный(монолит)	0.30	9.3	0.64	1.82	1.7	2.71	37	0.59
Суглинок элювиальный(нарушенной структуры)	0.28	0.28	0.64	1.95	1.7	2.70	37	0.77
Глина делювиальная твердая	0.2	19.8	-0.30	1.78	1.47	2.60	43	0.77
Глина делювиальная полутвердая	0.27	18.1	0.149	1.87	1.48	2.50	40	0.69
Глина делювиальная мягкопластичная	0.31	21.1	0.67	1.9	1.5	2.74	45	0.82

Таблица 1 — Физико-механические характеристики испытываемых грунтов Классификация и оценка пучинистых свойств грунтов выполнялась по величине — относительной деформации морозного пучения согласно ГОСТ 28622-90.

, где — фактическая толщина промерзшего образца, — вертикальная деформация образца грунта в конце испытания (с точностью до 0.01 мм).

Результаты обработки лабораторных исследований морозного пучения делювиальной глины от консистенции (величине ) приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 — Кривые относительной деформации пучения:

1 – глины полутвердой, 2 – глины мягкопластичной, 3 – глины твердой консистенции.

Наибольшая величина пучения ( =0.73) наблюдалась у глины мягкопластичной консистенции. По степени пучинистости данный образец глины относится к сильнопучинистым грунтам.

Рисунок 2 — Экспериментальная зависимость деформаций морозного пучения от структуры грунта:

а – монолитная, б – нарушенная структура. На рисунке 2 отображены кривые пучения суглинка элювиального. Исследовалось два образца, первый – монолит, второй – нарушенной структуры.

По кривым пучения образцов видно, что наибольшая величина пучения достигается в образце монолитной структуры =0.72, грунт сильнопучинистый, относительная деформация морозного пучения второго образца =0.52, грунт среднепучинистый.

По степени пучинистости данные образцы суглинка – сильнопучинистые.

Также в процессе лабораторных исследований определяли миграционное водонакопление для этих грунтов. Результаты изменения влажности образцов приведены в таблице 2.

Образцы грунта	Суглинок (монолит)	Суглинок(нарушен.)	Глина твердая	Глина полутвердая	Глина мягкопластичная
Влажность до испытаний	0.28	0.30	0.20	0.27	0.31
Влажность после испытаний	0.34	0.35	0.23	0.44	0.38

Таблица 2 — Изменения влажности образцов

Так, для мягкопластичной глины природная влажность до промораживания составила W =0,31 , после промерзания влажность составила W =0,38, т.е. его влажность увеличилась на 22,5 %, а для твердой глины влажность возросла на 15%.

В дальнейшем предполагается исследование зависимостей миграционного водонакопления и деформации пучения от давления на грунт.

Для образцов суглинка мороженной структуры были проведены компрессионные испытания при оттаивании в сравнении с испытаниями образцов суглинка в естественных условиях.

Результаты, полученные в ходе испытаний образцов суглинка приведены в таблице 3.

Характеристики	Мороженая структура	Естественная структура
Влажность	0.35	0.23
Коэффициент пористости е (до опыта)	0.790	0.831
Коэффициент пористости е (после компрессии) при р=0.3МПа	0.674	0.694
Компрессионный модуль деформации Е, МПа	5.2	2.8

Таблица 3 — Результаты компрессионных испытаний образцов суглинка

Графическая интерпретация полученных результатов испытания грунтов на сжатие приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 — Графическая интерпретация результатов испытаний образцов суглинка элювиального на сжатие:

1 – образец естественной структуры, 2 – образец после промораживания, е – коэффициент пористости,– относительная осадка образца

По графику изменения относительной осадки во времени видно, что при промораживании суглинка его осадка при оттаивании значительно превышает величину морозного пучения, а время оттаивания в несколько раз меньше, чем длительность морозного пучения. Это приводит к неравномерным деформациям системы «основание – здание» и повреждению сооружения.

Подобные исследования приведены в работах и хорошо согласуются с нашими исследованиями в этой области.

Определение степени пучинистости грунтов

Наиболее достоверные данные о степени пучинистости грунтов могут быть получены на основе испытаний на площадке строительства.

При отсутствии опытных данных, степень пучинистости грунта в месте строительства допускается определять по физическим характеристикам грунтов, установленным при лабораторных испытаниях

— типу грунта и его разновидности, уровню подземных вод и пластичности грунта (показателю текучести).

При самостоятельной оценке

степени пучинистости грунта, во избежание ошибок в выборе конструкции фундамента, рекомендуется принимать наиболее неблагоприятные грунтовые условия.

Для этого используем следующий метод оценки:

1. В непосредственной близости от пятна застройки здания копаем один — два шурфа глубиной не менее 1,5 м. Визуально определяем тип грунта (песчаный или глинистый). Для определения типа грунта в домашних условиях можно порекомендовать такой простой тест: небольшую порцию грунта обильно смачивают водой, затем из полученной массы между ладоней рук скатывают жгут и загибают в кольцо. Из песка жгут скатать не получится. Кольцо из супеси рассыпается на мелкие фрагменты, из суглинка на 2 — 3 части, из глины — кольцо остается целым.

2. Осенью (не раньше августа) определяем уровень подземных вод (УПВ) следующими способами:

Узнаем, есть ли поблизости колодцы, скважины, котлованы и на какой глубине стоит вода в них. Как место расположения колодца, скважины соотносится по высоте с Вашим участком, выше или ниже его? Насколько? Простые вычисления могут позволить Вам определить этот УПВ.

Уточняем у соседей, если они есть по близости — есть ли у них подвалы, сухо ли там, если есть вода, то когда она появляется и как опять же это соотносится с вашим участком.

Для точного определения, можно просто откопать шурф глубиной 1,5-2 м. Если вода в шурфе не появилась, то на дне шурфа бурят скважину садовым буром еще на 1,5 м. Если появилась вода, замеряют расстояние от поверхности грунта до уровня залегания подземных вод. Это и будет УПВ.

3. Расчитываем Z — глубину залегания уровня грунтовых вод, считая от подошвы слоя сезонного промерзания грунта под фундаментом. Для этого из полученной величины УПВ вычитаем расчётную глубину промерзания грунта. Например: На участке УПВ=2,4 м. Расчетная глубина промерзания грунта под фундаментом дома — 0,7 м. (пример расчета здесь). Тогда, величина Z=2,4 м. — 0,7 м. = 1,7 м.

3. Определяем условия увлажнения грунтов по виду рельефа — таблица 1.

4. По таблице 1., зная степень влажности и величину Z, определяем степень пучинистости грунта на площадке строительства.

Таблица 1. Определение степени пучинистости грунта.

Увлажнение грунта	Значение Z, м	Степень пучинистости грунта
Условия увлажнения по виду рельефа	Степень влажности	Глинистый	Песчаный
Сухие участки — возвышенности, всхолмленные места, водораздельные плато.	Грунты сухие — увлажняются только за счет атмосферных осадков.	> 2	> 1	Слабо пучинистый
Сухие участки — слабо всхолмленные места, равнины, пологие склоны с затяжным уклоном.	Грунты влажные — увлажняются за счет атмосферных осадков и верховодки, частично подземными водами.	> 1,5	> 0,5	Средне пучинистый
Мокрые участки — пониженные равнины, котловины, межсклоновые низины, заболоченные места.	Грунты влагонасыщенные — увлажняются за счет атмосферных осадков и подземных вод, в том числе верховодки.	< 1,5	< 0,5	Сильно пучинистый

Степень пучинистости грунта определяется по худшему из двух показателей — степени влажности или значению Z.

Например, имеем на участке грунт глинистый, по условиям рельефа определяем степень влажности — грунты сухие. По этому показателю грунт вроде бы можно отнести к слабопучинистому. Но величина Z=1,7 м. (1,7>1,5), и по этому параметру грунт на участке следует отнести к среднепучинистому.

Товары для строительства и ремонта

⇆

В этих же условиях, но при Z=2,5 м. (>2) — этот же грунт будет слабопучинистым.

Эта оценка грунта будет весьма приблизительной

— степень пучинистости для некоторых разновидностей грунтов будет смещена в неблагоприятную сторону.

При залегании под подошвой фундамента (в пределах расчётной глубины промерзания) грунтов различной консистенции степень пучинистости этих грунтов в целом принимается по средневзвешенному значению.

Откуда берутся подземные воды и что такое верховодка читайте в статье «Подземные воды, верховодка и фундамент».