Замена пучинистого грунта на непучинистый под фундамент

Многие владельцы земельных участков сталкиваются с такой проблемой при строительстве, как пучинистый грунт. Эта особенность земельного ландшафта представляет собой распирание (вспучивание) замерзающей воды в грунте зимой. Из-за этой особенности фундамент здания должен иметь определенные характеристики, позволяющие ему выстоять при натиске давящих со всех сторон воды и льда.

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

Пучениеэто 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.

«Подводный камень» коварного глинистого грунта

Перед началом строительства жизненно необходимо выяснить, какой грунт преобладает на будущей стройплощадке. Это можно сделать, обратившись в городской отдел архитектуры и землеустройства, или, заказав экспертизу почвы. Если придется возводить коттедж на глинистой почве, то необходимо познакомиться с ее особенностями.

Внимание! На выбор фундамента влияют особенности грунта, уровень промерзания почвы и высота грунтовых вод.

Содержание глины в грунте может быть разным:

  • cупеси – 5% содержания глины;
  • cуглинки – 10%;
  • глинистые почвы – 30%.

Если неверно определить тип грунта, то через несколько лет можно лишиться дома

Глина состоит из чешуек, между которыми хорошо держится влага. Поэтому глинистую почву отличает склонность к значительному увеличению объема в условиях минусовых температур (пучинистость). Это свойство и является «подводным камнем», который надо обойти. Иначе, зимой глина, расширившись, подействует на фундамент, он деформируется и сруб «поплывет».

Основные критерии выбора фундамента для коттеджа на глине:

  • максимальная устойчивость к деформации;
  • расчет веса будущего сруба или строения из бруса.

Если на этапе планирования допустить малейшую неточность, через несколько лет можно лишиться дома.

Сборный фундамент

Ну а если застройщик не может расстаться с мечтой о просторном подвале и хочет построить фундамент в воде – страшно или нет? Современные технологии осуществить и такую идею. Фундамент в таком случае сооружается из железобетонных блоков (как сделать фундамент из фбс блоков), установленных на опорной подушке (плите бетонной).

Котлован роют глубже уровня воды, сооружая по его периметру стенки из полимерных или стальных элементов, соединяемых между собой специальными замками. Летом можно обойтись и без них, но если строительство решено начать осенью, устанавливать стены придется обязательно. Воду, которая постоянно будет скапливаться на дне котлована, надо будет откачивать.

Дно подготовленного котлована тщательно разравнивают, а затем для выравнивания заливают тонким слоем бетона – готовят подбетонку (о том, как правильно залить фундамент под дом). Для фундамента грунтовые воды – плохие соседи, поэтому одновременно с устройством подушки по периметру ямы сооружают дренажную систему.

Она будет состоять из перфорированных поливинилхлоридных труб, обернутых геотекстилем и дренажного колодца, предназначенного для накопления отведенной из зоны строительства воды.

На подбетонке монтируется опалубка, затем в ней устанавливается армирующий каркас, и производится заливка бетонной смеси.

Выбор типа фундамента

При строительстве фундамента на глинистой почве, независимо от выбранного типа, необходимо выполнять главное правило: ширина подошвы должна быть больше верхней части конструкции на 25 и более процентов (различные виды фундамента для частного дома). В обязательном порядке обустраивается подушка из песка и гравия (или щебня).

Ответить на вопрос: какой фундамент лучше на глинистой почве — однозначно нельзя. При выборе типа конструкции необходимо принимать во внимание несколько моментов: стоимость, характеристики грунта и глубина залегания грунтовых вод. При определенных обстоятельствах он может быть ленточным, плитным или свайным.

Читайте также:  Мягкая отмостка своими руками: её особенности и технология создания

Ленточный фундамент

Ленточный фундамент на глине подойдет для тяжелых построек и легких деревянных строений (для ленточного фундамента своими руками — пошаговая инструкция).

Но если в первом случае обустраивается заглубленная конструкция, подошва которой находится ниже границы промерзания, то во втором предпочтение следует отдать мелкозаглубленному фундаменту: на глинистой почве легкая надземная часть не сможет стать противовесом силам пучения.

Монолитная лента применяется только в том случае, если грунтовые воды находятся ниже линии промерзания грунта. На суглинистых почвах фундамент такого типа можно строить, если геологоразведка подтвердила равномерность залегания пластов по всей строительной площадке.

Только в таком случае неравномерные деформации при пучении грунта не будут угрожать конструкции.

Схема ленточного фундамента на глине.

Плитный фундамент

Плитные фундаменты на глине являются наиболее надежными, но и самыми дорогими (о плюсах и минусах плитного фундамента). Поэтому практикуют их только в случае строительства роскошных особняков.

Другое название такого типа фундамента на глинистой почве – плавающий. При любых подвижках грунта плита движется вместе с ним, сохраняя равномерность нагрузки.

Плита заливается практически на поверхности земли. Но практикуют и заглубленные плиты – в домах с подвалами. В этом случае стены подземной части дома, и плита составляют единую монолитную конструкцию.

Если вам надо построить фундамент на суглинке, лучшего решения, чем монолитная плита, не найти (как сделать плитный фундамент своими руками — пошаговая инструкция). Поскольку подошва такого основания имеет максимальную площадь, даже расчетного сопротивления грунта в 1 кг/см2 достаточно для обеспечения устойчивости строения.

Схема плитного фундамента.

Свайные фундаменты

При помощи свай сооружается фундамент на супесях и прочих видах глинистых грунтов. Под здания большой площади устраиваются свайные поля: под стены опоры устанавливаются в виде рядов, а под колонны – кустами.

При выборе типа фундамента на глинистой почве с высоким уровнем грунтовых вод наиболее правильным решением является строительство дома именно на сваях (что такое обвязка свайно — винтового фундамента). При этом необходимо придерживаться основного правила – опора должна выполняться с уширением книзу.

Хорошо зарекомендовали себя винтовые сваи – конструкции, снабженные винтовыми лопастями в нижней их части (как сделать свайно — винтовой фундамент своими руками). При вкручивании винта сохраняется плотность грунта вокруг опоры – лопасти почву не взрыхляют, а подрезают отдельные пласты. Расчетная глубина установки винта находится ниже водоносного слоя и точки промерзания.

Схема свайно — винтового фундамента на глинистой почве.

Какие фундаменты для каких грунтов: свойства разных неустойчивых, слабых грунтов

Изображение разновидностей почв

Каждый человек, который решает строить дом на своем земельном участке, вынужден подбирать оптимальный для конкретного типа почвы, фундамент.

Если не провести подробную геодезическую разведку почвы, а также не учесть глубину промерзания, то уже через несколько лет основание деформируется с дальнейшим разрушением.

Поэтому, любое строительство здания всегда нужно начинать с разведки участка и изучения структуры почвы, ведь свойства грунта играют важную роль.

Критерии состояния почвы

Учитывая, что самые популярные и дешевые в строительстве – это ленточные фундаменты и столбчатые с перевязкой, то и встретить их сейчас не проблема, но далеко не всегда они способны выдерживать допустимые нагрузки, а свойства конкретной почвы не позволяют возводить большие дома.

Популярные основания не всегда будут оптимальными для конкретной территории, ведь они не всегда способны выдерживать большие постоянные нагрузки на мягких почвах. Поэтому, кроме критерия «цена-качество», фундаменты также подбираются по критериям состояния почвы, а именно:

  • какой тип грунта на площадке приоритетнее;
  • состояние и высота залегания грунтовых вод;
  • вертикальная структура почвы;
  • глубина промерзания;
  • наличие просадочных пород;
  • тип здания, его масса и размеры;
  • характеристики основания и наличие твердых пород на различных глубинах.

Застройщику или хозяину участка важно знать, есть ли возможность присутствия одновременно разных типов грунтов.

Структуры грунта и особенности

Изображение определения состава по цвету

Грунты можно подразделить на пять основных типов, и у каждого из них есть свои особенности. Например, хрящеватый грунт состоит с песка и глины, имеет каменистое основание. Благодаря малому содержанию просадочных пород, такой грунт оптимален для строительства, он не размывается водой, имеет небольшую глубину промерзания и обладает высокой прочностью.

Из-за разного состава почвы, хрящеватые грунты имеют хорошую фильтрацию, обладают отличными несущими свойствами и выдерживают значительные нагрузки. Существуют и другие виды:

  1. Песчаный грунт достаточно легкий, быстро пропускает воду, и водные горизонты залегают глубоко. Как правило, промерзает на глубину до метра, на нем возводятся основания ленточного типа из железобетонных блоков или некоторые виды столбчатых конструкций. Содержание просадочных пород огромное, поэтому такие почвы склонны к горизонтальному и вертикальному смещению.
  2. Скалистая почва считается одной из самых прочных, не подвержена пучению, глубина промерзания незначительная. При строительстве домов на таких почвах иногда даже не углубляют сильно подошву, поэтому и стоимость возведения дома незначительная, а содержание просадочных пород практически сведено к минимуму.
  3. Свойства глинистых грунтов таковы, что они содержат много воды, поэтому даже под воздействием незначительных осадков сразу превращаются в жижу. Поэтому, не отличаются прочностью, склонны к пучению и имеют большую глубину промерзания, а также имеют высокое содержание просадочных пород. За счет проседания на неравномерных слоях грунта, часто возникает просадка основания в разных местах, которая неизбежно приведет к полному разрушению дома. Такая почва считается неблагоприятной для строительства, на ней практикуют использование ленточного блочного или бетонного монолитного фундамента, свойства которых позволяют нейтрализовать пучение.
  4. Торфянистые грунты очень легкие, имеют огромное количество пор и не отличаются прочностью. Торфяник сильно насыщен влагой, грунтовые воды расположены высоко. Тут единственно правильный вариант – это устройство монолитной бетонной плиты или столбчато-ригельного основания. Такие грунты обладают свойством неравномерного пучения, они неустойчивые и содержат много просадочных пород.
Читайте также:  Как правильно сделать отмостку своими руками

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 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.

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.

3. Типы почв.

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.

Читайте также:  Сколько времени должен отстояться фундамент после заливки

2. Расположение подошвы фундамента здания ниже отметки, на которую обычно промерзает грунт.

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.

Проектирование

Перед тем, как приступать к проектированию фундамента, необходимо прояснить немалое количество важных моментов. Назовем наиболее важные из них.

  • Важно определить тип грунта, и каково его текущее состояние. А также максимальную глубину его зимнего промерзания.
  • Важно определиться с уровнем залегания грунтовых вод.
  • Выяснить точный вес будущего строения.
  • Будет или нет здание оснащено подвалом.
  • Точно установить, какие материалы потребуются для строительства фундамента, и в каком количестве.

Как построить столбчатый фундамент на участке земли с глинистой почвой?

Основание столбчатой конструкции несложно соорудить своими руками на участке с глинистой почвой. Сооружение столбчатого фундамента требует дополнительных финансовых расходов, которые компенсируются надежностью и устойчивостью. Сооружают столбчатое основание различными методами.

Первый способ предусматривает выполнение работ в следующем порядке:

  1. Формирование полостей в грунте ниже уровня замерзания грунта.
  2. Заполнение основания приямка щебнем.
  3. Уплотнение сформированной щебеночной подушки.
  4. Опускание в полость металлической или асбестовой трубы.
  5. Изготовление из арматурной проволоки силовой решетки.
  6. Размещение в трубе арматурного каркаса.
  7. Заливка в полость трубы бетонного раствора.

Формирование столбчатой основы по второму методу осуществляется по следующему алгоритму:

  1. Выполняют разметку площадки.
  2. Удаляют плодородный слой грунта.
  3. Выполняют приямки квадратного сечения на глубину 0,5-0,8 м.
  4. Засыпают основание песком.
  5. Выкладывают из кирпича столбчатые опоры или устанавливают бетонные блоки на цементный раствор.

Второй вариант сооружения столбчатого фундамента менее затратный и более простой в реализации. Выбор метода сооружения столбчатого фундамента осуществляется индивидуально в зависимости от наличия материалов, массы строения, характеристик грунта и финансовых возможностей.

Методы устранения эффекта пучения

Чтобы сделать основание, применимое для пучинистых грунтов, используют следующие техники:

  • создание широкой трапециевидной конструкции. Она снижает влияние сил касания на строение.
  • обкладку стенок траншейного канала гидроизоляцией. Прием показан для изоляции стенок в условиях заглубления фундамента.
  • увеличение ширины ленты или монолита, которая приводит к нивелированию вспучивания.
  • замену вспучивающегося грунта песчаным или гравийным сырьем.
  • прокладку теплоизоляционного слоя по внешней стороне постройки. Способ нужен для предотвращения поднятия земли в морозный период.

Заглублять основание рекомендуют ниже уровня промерзания грунта – так эффект пучения не проявляется.

Способы борьбы

Чтобы пучинистые грунты не вызвали проблем при эксплуатации, необходимо бороться с причинами морозного пучения глин и других типов почв еще на этапе строительства фундаментов. Методы борьбы зависят от масштаба проблемы и вида опорной части дома. Чаще всего мероприятия предусматриваются в комплексе.

Заглубленные фундаменты

Каждый строитель знает, что для эффективной борьбы с морозным пучением необходимо закладывать опоры здания ниже глубины промерзания грунта. Эта величина находится по специальным таблицам и картам или рассчитывается по формуле из СП «Основания зданий и сооружений». Но принятия таких мер не всегда бывает достаточно. При глубоком заложении удается избежать воздействий на подошву фундамента, но остаются касательные силы, действующие на его боковую поверхность. Их можно разложить на:

  • вертикальные, которые в некоторых случаях способны приподнимать конструкции;
  • горизонтальные, изгибающие фундаменты.

Силы морозного пучения в зависимости от глубины заложения.

Методы борьбы зависят от типа строения и фундаментов. Для массивных зданий с опорной частью глубокого заложения можно порекомендовать одно или несколько из следующих мероприятий:

  • обмазочная гидроизоляция, которая не только защищает материал фундаментов от намокания, но и ухудшает сцепление грунта с ними (не дает приподнимать конструкции);
  • утепление выполняется с той же целью, часто применяется экструдированный пенополистирол, который берет на себя и функцию защиты от влаги;
  • дренаж и засыпка пазух крупным или средним песком позволяют увести влагу от здания;
  • утепленная отмостка препятствует промерзанию почвы в непосредственной близости от дома, а значит, устраняет один из факторов, необходимых для появления пучения;
  • грамотный расчет и исполнение армирования позволит элементам противостоять горизонтальным воздействиям.

Если здание выполнено из легких материалов или имеет всего один этаж, рекомендуется применять фундаменты по технологии ТИСЭ. Такие опорные элементы представляют собой сваи, уширяющиеся к низу. Благодаря увеличению сечения, выдернуть элемент из почвы становится практически невозможно.

Чтобы уберечь такой тип фундамента от горизонтальных воздействий, придется продумать следующие моменты:

  • грамотный расчет рабочего армирования сваи;
  • жесткое сцепление сваи с ростверком с помощью арматуры;
  • расчет ростверка на повышенное давление грунта на боковую поверхность.

При большой глубине промерзания устройство заглубленного фундамента с утеплением, гидроизоляцией, дренажом и теплой отмосткой экономически не выгодно. Проще будет построить опоры мелкого заложения. Обоснованным заглубление станет только при:

  • необходимости устройства подвала или цокольного этажа;
  • плохих показателях прочности грунта ближе к поверхности.