Строительство на пучинистых грунтах. Методы решения проблемы морозного пучения грунтов

Проблема строительства зданий на пучинистых грунтах часто встает в сырых регионах, расположенных в умеренном климатическом поясе.На сегодняшний день разработано и проверено на практике много различных методов борьбы с морозным пучением.

Главное – выбрать наиболее подходящий из них именно под ваши условия проведения строительства и тогда здание прослужит вам без разрушения и деформаций в течение многих лет. Рассмотрим более подробно вопрос такого строительства и практических методов ее решения.

Посмотрите видео о строительстве на пучинистых грунтах

Что такое пучинистый грунт?

Как известно, вода при замерзании превращается в лед. При этом происходит изменение ее объема за счет разной плотности льда и воды: вода имеет значительно большую плотность, чем лед. Соответственно при замерзании вода, постепенно превращаясь в лед, расширяется, занимая больший объем.

Если такая вода замерзает, находясь в грунте, то вместе с ней будет расширяться и грунт. При этом силы расширяющие грунт будут называться силами морозного пучения, а сам такой водонасыщенный грунт – пучинистым.

В чем опасность пучинистого грунта для здания?

Посмотрим, что происходит с пучинистым грунтом, непосредственно находящимся рядом со зданием. Зимой при наступлении морозов вода замерзает и расширяется, превращаясь в лед. Вместе с ней начинает расширяться и грунт, ее содержащий. Возникают силы морозного пучения.

Силы начинают действовать на находящееся рядом здание, точнее на его фундамент, приподнимая его. Весной же во время повышения температуры происходит обратный процесс: здание опускается за счет того, что лед тает, превращаясь в воду и, соответственно, сжимаясь, увеличивая свою плотность и уменьшая собственный занимаемый объем.

Если фундамент не защищен от действия пучинистых сил, то возможен сдвиг здания, что рано или поздно приведет к образованию трещин в стенах здания и фундаменте, а потом и к разрушению здания.

Особенности пучинистых грунтов

Под пучинистыми грунтами можно понимать любые грунты, способные сохранять в своем объеме достаточно большое количество воды. Чем больше воды находится в единице объема грунта, тем более склонен данный грунт к пучинистости.

Наиболее яркими представителями пучинистых грунтов являются глина и желтый (карьерный) мелкий песок, содержащий большое количество глинистых включений. Такие грунты обладают высокой способностью задерживать воду.

Наименее пучинистыми в этом случае будут являться следующие виды грунтов: все грунты, не содержащие или содержащие минимальное количество глинистых частиц, крупный или среднезернистый песок, обломочные горные породы.

Все эти грунты не задерживают, легко пропускают через себя воду в нижележащие слои грунта, поскольку состоят из крупных частиц не имеющих способности слипаться друг с другом по типу глины.

Факторы, влияющие за силу пучинистости

1. Глубина залегания первого водоносного слоя.

Чем ближе к поверхности находится вода, тем, очевидно, более пучинистым он будет являться. При этом даже замена, к примеру, глины на гравелистый песок малоэффективна, поскольку воде будет просто некуда уходить через такой грунт – ниже будет находиться водоносный слой.

2. Глубина промерзания грунта в зимний период, характерная для данного региона.

На широте Москвы грунт промерзает на 1,5 м. Очевидно, что пучинистые силы могут действовать лишь в тех регионах, где температура опускается зимой ниже 0 гр. С. Чем на большую глубину будет промерзать грунт, тем сильнее на здание будут действовать пучинистые силы при прочих равных условиях.

Наиболее подвержены пучинистости грунты с мелкими частицами, способные сохранять воду в течение длительного периода за счет плохого ее прохождения сквозь частицы небольшого размера.

Глинистые грунты также сильно задерживают воду. Сквозь крупные частицы вода проходит легко, поскольку между крупными частицами есть достаточное пространство для прохода воды.

Методы решения проблемы морозного пучения при строительстве здания

В настоящее время существует много методов снижения пучинистости, которые хорошо себя зарекомендовали на практике. Рассмотрим наиболее важные.

1. Полная замена грунта в месте строительства здания.

Данный метод радикально решает проблему пучинистости, однако приводит к повышенным затратам на строительство за счет большого объема требуемых для выполнения земляных работ.

Идея метода следующая: грунт, расположенный в месте будущего строительства здания полностью удаляется и на его место кладут не пучинистый грунт, как правило, крупнозернистый песок.

Данный метод является широкораспространенным. В этом случае выбирают подходящий фундамент. Наиболее частовстречающиеся типы фундаментов – свайный для крупных, тяжелых зданий и свайно-винтовой для коттеджей, дач, других относительно легких, небольших строений.

Свая заглубляется до залегания твердого слоя грунта и ниже отметки его промерзания. В этом случае на здание, точнее на стены фундамента, будут действовать лишь касательные силы морозного пучения.

Действие же основных, вертикальных сил будет нейтрализовано, поскольку опора здания будет находиться в непучинистом грунте.

Хорошо известно, что температура в районе фундамента под отапливаемым зданием всегда примерно на 20% выше температуры под неотапливаемым зданием.

Соответственно, грунт под домом с круглогодичным отоплением промерзать будет значительно меньше и действие пучинистых сил будет слабым.

При планировании и проектировании здания важно учитывать этот фактор: выгоднее будет здание использовать для круглогодичного проживания.

4. Общее утяжеление постройки.

Силы морозного пучения способны приподнять здание, имеющее относительно небольшую массу. Если здание тяжелое, то такие силы не смогут существенно повлиять на положение здания.

Отсюда вывод: чем тяжелее здание, чем больше его масса, тем успешнее такое здание при прочих равных условиях сможет противостоять действию сил морозного пучения в зимний период.

Поэтому на пучинистых грунтах выгоднее строить тяжелые здания с большой массой, хотя это ведет, естественно, к большим финансовым и временным затратам как на постройку такого здания, так и на последующее его обслуживание во время эксплуатации.

Плитный фундамент — единая железобетонная монолитная плита, на которую все остальные элементы здания опираются.

Само здание в этом случае вместе с фундаментом представляет из себя единую конструкцию. Сам фундамент строится или непосредственно на поверхности земли, или на небольшой глубине.

В любом случае получается, что фундамент из-за небольшого заглубления будет подвержен как касательным, так и вертикальным силам морозного пучения: он будет просто подниматься зимой во время морозов и опускаться весной во время оттепелей.

Особенность же данного фундамента – именно единая монолитная конструкция, благодаря которой несмотря на частое изменение высоты подъема дома он не разрушается и не дает трещин.

Идея метода – снижение содержания воды в грунте путем ее отвода непосредственно от фундамента, после чего соответственно снижаются и пучинистые способности данного грунта. Вода из-под дома и области его расположения отводится и грунт в этом месте становится менее влажный. Для реализации данного метода на некотором расстоянии от дома роется дренажный колодец, предназначенный для сбора отведенной от здания воды. Вокруг дома строится дренажная система: роется траншея и в нее закладываются трубы, содержащие по всей своей боковой поверхности отверстия небольшого диаметра; трубы затем соединяются с колодцем, образуя тем самым единую систему слива.

Для того, чтобы предотвратить попадание в дренажную систему грунта, трубы перед обратной засыпкой обсыпают со всех сторон гравием или щебнем, а затем обертывают геотекстилем. Для того, чтобы вода от дома направлялась в колодец самотеком следует располагать трубы с небольшим уклоном в направлении, где расположен дренажный колодец. Кроме того, трубы располагают в траншее на разной высоте: чем ближе труба к колодцу, тем глубже она должна быть расположена относительно поверхности земли и наоборот – близлежащие к дому трубы заглубляются минимально. Данный метод хорошо применять в комплексе с другими.

7. Использование скользящих материалов.

Этот метод обычно применяют на стадии строительства фундамента и рассчитан он на защиту от касательных сил морозного пучения. С внешней стороны стены фундамента обкладывают гидроизоляционными материалами, имеющими скользкую поверхность типа рубероида. Соседствующий со стенами грунт не будет иметь возможности зацепиться за такую стену и будет проскальзывать, снижая тем самым боковое давление на фундамент и здание в целом.

8. Утепление фундамента.

Часто этот метод сочетают с другими. Суть метода в том, что если фундамент хорошо утеплен теплоизоляционными материалами, то температура в месте расположения фундамента будет выше обычной и в этом случае глубина промерзания грунта уменьшается или грунт под зданием не промерзает вовсе. Соответственно, пучинистые силы, действующие на здание, будут минимальными или будут отсутствовать. На этапе строительства фундамента утеплять его следует как с внешней, так и с внутренней сторон. Во время эксплуатации здания утеплять можно лишь с внутренней стороны.