Фундамент считается самым ответственным элементом любого здания и сооружения, от прочности и надежности которого зависит не только долговечность всего здания, но и безопасность его эксплуатации.

Однако, вопреки распространенному мнению, фундамент не держит дом. Являясь таким же конструктивным элементом, как и другие части здания (стены, перекрытия, крыша), он только выполняет свою основную функцию — передает нагрузку от всего дома на основание (грунт). А уже грунт, выполняющий роль основания, держит весь дом.

Следовательно, основанием называется грунт, который располагается непосредственно под фундаментом здания и воспринимает от него всю нагрузку.

При выборе типа фундамента большое значение имеет, какие грунты являются его основанием. Особенно актуальный для малоэтажного строительства вопрос: являются ли эти грунты пучинистыми и если да, то в какой степени?

Явления пучинистости грунта составляют серьезную опасность для фундаментов малоэтажных зданий. Возникают эти явления, как правило, во влагонасыщенных и влажных пылеватых, мелкопесчаных и глинистых грунтах (супесях, суглинках, глинах) при их сезонном (зимнем) промерзании.  Масса грунта, насыщенная водой, при замерзании значительно увеличивается в объёме. Это явление и получило название «морозное пучение грунта».

 Морозное пучение грунта: почему оно возникает?

Механизм данного явления следующий:

Замороженная вода увеличилась в объеме

Замороженная вода увеличилась в объеме

— плотность (объемный вес) воды составляет 1000 кг/м3;

— плотность (объемный вес) льда —  916 кг/м3.

А это значит, что при одинаковой первоначальной массе вода    занимает меньший объём, чем лёд, примерно на 9%.

При отрицательных температурах содержащаяся в  водонасыщенном грунте вода превращается в лёд.

При этом масса льда осталась такой же, что и у воды. За счет разной плотности (объемного веса) превратившаяся в лёд вода значительно увеличивается в объёме, создавая тем самым  давление на грунт.

Испытывая колоссальное давление со стороны льда, грунту ничего не остается, как начинать двигаться. Вниз – не может, там достаточно плотные, ненарушенные слои, продавить их он не в состоянии. Остается один путь – вверх. Поэтому грунт наверх и выдавливается.

 

Что означает понятие «морозное пучение грунта»?

Морозное пучение – это процесс неравномерного поднятия насыщенной водой почвы вследствие увеличения ее в объеме при замерзании. При этом влага, находящаяся внутри грунта, значительно расширяется и разрывает изнутри структуру почвы.

Для того чтобы определить, присутствует ли на участке пучинистость грунта, приближенно вычисляют степень пучения по следующей формуле:

E = (H-h)/h,     где                    

Opredelenie stepeni puchinistosti grunta

Определение степени пучинистости грунта

E – степень пучинистости грунта;

H – высота грунта после вспучивания;

h – высота грунта до замораживания

В том случае, если значение E превышает 0,01, то можно говорить, что на данном участке пучинистость грунта присутствует.

 

Классификация грунтов по степени подверженности морозному пучению

По степени пучинистости грунты делятся:

Грунты сильнопучинистые и чрезмернопучинистые

(пучение около 12%)

К этой группе относятся мягкопластичные глинистые грунты, а также пески пылеватые и мелкие, насыщенные водой.

Пучение у таких грунтов составляет около 12%, а это значит, что при глубине промерзания 1,2 метра пучение для сильнопучинистых грунтов составит: (1,2·12)/100 = 0,144 м, т.е. 14,4 см.

Грунты со средней пучинистостью

(пучение около 8%)

К этой группе относятся тугопластичные глинистые грунты,  насыщенные водой гравелистые, крупные и средние пески (при высоком уровне грунтовых вод), а также крупнообломочные грунты с мелким пылеватым заполнением более 30% по массе.

Пучение у таких грунтов составляет около 8%, а это значит, что при глубине промерзания 1,2 метра пучение для среднепучинистых грунтов составит: (1,2·8) /100=0,096 м, т.е. 9,6 см.

Грунты со слабой пучинистостью

(пучение около 4%)

К этой группе относятся полутвердые глинистые грунты (можно копать лопатой в сухом состоянии), средневодонасыщенные пески (гравелистые, крупные и средние), а также крупнообломочные грунты с мелким пылеватым заполнением 10-30% по массе.

Пучение у таких грунтов составляет около 4%, а это значит, что при глубине промерзания 1,2 метра пучение для слабопучинистых грунтов составит: (1,2·4) /100=0,048 м, т.е. 4,8 см.

Практически непучинистые грунты

К этой группе относятся твердые глинистые грунты, маловодонасыщенные пески (гравелистые, крупные и средние), скальные и крупнообломочные грунты (каменистые, галечные и валунные) с заполнением крупнообломочной фракцией более 90%, а также сухие мелкие и пылеватые пески, если в них пылеватых частиц (мельче 0,05мм) менее 15% по массе.

Пучение у таких грунтов практически отсутствует.

Как самостоятельно определить степень пучинистости грунта на участке под застройку, а также уровень грунтовых вод, смотри в материале «Как своими силами определить степень пучинистости грунта«

 

Действие сил морозного пучения на фундамент

Силы морозного пучения действуют не только на подошву фундамента, но и на его боковые стенки, так как увеличение грунта в объёме происходит вокруг всего фундамента, а не только под его подошвой.

Следовательно, вся сила морозного пучения грунта раскладывается на две составляющие:

Vertikalnaya i kasatelnaya sily pucheniya

Вертикальная и касательная силы морозного пучения грунта

  • нормальная (вертикальная) сила морозного пучения, действующая на горизонтальную подошву фундамента;
  • касательная сила морозного пучения, действующая на вертикальные стенки фундамента.

Грунт, находящийся вокруг фундамента, зимой примерзает к его подошве и стенкам. Двигаясь вверх, грунт тянет за собой и весь фундамент.

По мере заглубления фундамента нормальная (вертикальная) сила морозного пучения, действующая на горизонтальную подошву фундамента, уменьшается.

Но, одновременно с тем, увеличивается в размерах и боковая (вертикальная) стенка фундамента, а значит, действующая на неё касательная сила морозного пучения также возрастает.

Причем, сила эта может быть настолько велика (достигать 5-7 тонн на квадратный метр), что способна практически выдавить из грунта фундамент дома, выполненного из легких конструкций, вес которых слишком мал, чтобы противодействовать этим силам.

Следовательно, заглубление фундамента малоэтажного дома на глубину, ниже промерзания грунта, вовсе не гарантирует его устойчивость к силам морозного пучения: не будет вертикальной силы, действующей на подошву, зато многократно увеличится касательная сила, действующая на стенку.

 

Влияние сил морозного пучения грунта на конструкции зданий

Особенно большую опасность влияние морозного пучения грунта представляет для фундаментов лёгких зданий.

Последствия действия  этих сил на дома с различной конструкцией стен:

— в каркасных и панельно-щитовых деревянных домах возникают перекосы стен, дверных проёмов и окон;

— в деревянных домах, сложенных из бруса или бревна – те же последствия, что и в каркасных, но в гораздо меньшей степени, так как такие дома представляют собой довольно жесткую конструкцию;

— в кирпичных домах в стенах могут появиться трещины вследствие того, что фундамент под зданием поднимается неравномерно – с одной стороны больше, с другой — меньше.

 

Какие же фундаменты применять?

В современном малоэтажном домостроении применяются следующие виды фундаментов:

fundament glubokiy

Фундамент глубоко заглубленный

Глубоко заглубленный фундамент, подошва которого заглублена ниже глубины промерзания грунта на 15-20см. Как правило, ленточный, сборно-монолитный (лента монолитная, стены – из сборных блоков). На его подошву не действуют нормальные (вертикальные) силы морозного пучения, зато на стенку действие касательных сил – максимально.

Применяется для строительства тяжелых 2-3 этажных кирпичных, каменных или бетонных домов, вес которых уравновешивает действие касательных сил морозного пучения, что исключает необходимость армирования вертикальных стенок фундамента и делает возможным применение сборных фундаментных блоков.

fundament melkozaglubleniy

Фундамент мелкозаглубленный

Мелко заглубленный фундамент, подошва которого заглублена на 50-60см от поверхности земли. Как правило, ленточный монолитный, армированный или без арматуры.

В этом случае действие на подошву фундамента нормальных (вертикальных) сил морозного пучения – максимальное, зато минимально действие их касательных сил на боковые стенки фундамента. Применяются такие фундаменты для строительства облегченных каркасных, щитовых, брусовых и бревенчатых деревянных домов.