Морозное пучение

Теория

    Морозное пучение – это увеличение объема влажного грунта вследствие его промерзания. Увеличение плотности воды при охлаждении объясняется тем, что молекулы воды замедляют свое движение, но это справедливо лишь до температуры 4° С, при которой вода имеет наибольшую плотность. В диапазоне температур от 4 до 0° С в молекуле воды происходит перестройка водородно-кислородных связей и возникает иная молекулярная структура. Новый вид межмолекулярной связи образует менее плотную упаковку молекул, так что объем воды увеличивается. Такой перестройкой молекулярной структуры и объясняется расширение воды при замерзании (кстати, кроме воды, таким свойством обладают сурьма, висмут, галлий, германий и некоторые соединения и смеси). Плотность воды составляет 1000 кг/м.куб., плотность льда 916 кг/м.куб., это значит, что при одинаковой массе лед будет занимать больший объем, нежели вода примерно на 9%. Зимой вода, содержащаяся в грунте, превращается в лед, увеличиваясь в объеме, и тем самым создает давление на грунт. Под действием этого давления грунт начинает двигаться. Это давление не может продавить глубоко залегающие нижние плотные слои грунта, поэтому выдавливает грунт вверх, а вместе с ним и фундамент дома.

    Грунты по степени пучинистости подразделяют на следующие типы:

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

    Больше всего морозному пучению подвержены глинистые грунты (объем грунта может увеличиваться на 10-15%, то есть при глубине промерзания 1м поверхность грунта может подняться на 10-15 см). Песчаные грунты подвержены пучению гораздо меньше; каменистые и скальные – практически не подвержены. В глинах или мелких песках влага может достаточно высоко подниматься от уровня грунтовых вод за счёт капилярного эффекта. А между частицами крупнозернистого песка или гравия вода просачивается и уходит в нижележащие слои, а та влага, которая и содержится в песчаном грунте, распределяется в нем равномерно, поэтому пучение такого грунта происходит равномерно. Чем тоньше структура грунта, тем выше поднимается влага, тем более пучинистым будет грунт. Поднятие воды в грунте за счёт капилярного эффекта для суглинков может достигать 4 - 5м, в супесях - 1 - 1,5м, в пылеватых песках вода может подниматься на 0,5 - 1м. 

    Таким образом, степень пучинистости зависит не только от глубины промерзания грунта, но и от уровня грунтовых или паводковых вод, от зернового состава грунта. То есть, если у вас грунт - сплошная глина, но уровень грунтовых вод за 3 метра, глубина промерзания 1 метр и вы хорошо сделали дренаж - вы имеете в общем-то слабопучинистый грунт. Но если у вас та же глина в том же климате, но уровень грунтовых вод около 1 метра, да ещё и дренаж не сделали - грунт будет чрезмернопучинистым и нужно приложить максимум усилий для компенсации пучинистых явлений.

Воздействие сил морозного пучения на фундамент

     Зимой сила пучения достаточно велика, чтобы поднять фундамент вместе с домом, при этом нет никакой гарантии, что приподнятый дом весной вернется в исходное положение. Это было бы не так страшно, если бы дом поднимался и опускался равномерно, но это не так. В результате в доме возникают перекосы стен, дверных проемов и окон. В наибольшей степени это относится к каркасным или щитовым домам, в меньшей степени к домам сложенным из бруса, так как они сами по себе представляют жесткую конструкцию. Стены кирпичного дома при пучении могут потрескаться из-за того, что фундамент поднимается неравномерно - с одной стороны больше, с другой меньше. Например, под отапливаемым домом земля не промерзает и часть фундамента под внутренними стенами дома не испытывает действия пучения, в то время как вокруг дома за внешними стенами фундамента промерзание есть. Осенью с северной стороны дома земля начинает промерзать быстрее, чем с южной: с одной стороны дома есть пучение, с другой - нет.

    Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки, ведь грунт увеличивается в объеме не только под основанием фундамента, но и вокруг него. Грунт, находящийся вокруг фундамента, зимой примерзает к его стенкам и при движении тянет его за собой. Таким образом, всю силу пучения можно разложить на две составляющие: одна действует на основание (нормальная составляющая), вторая на стенки (касательная составляющая). Чем глубже закладывается фундамент, тем меньше сила пучения, которая действует на основание фундамента. Но, вместе с тем, боковая поверхность увеличивается и с ней увеличивается суммарная касательная сила, действующая на стенки фундамента. Воздействие касательного пучения может быть очень значительным – до 5-7 т/м.кв. Этого хватит, чтобы выдавить из грунта глубоко заглубленный фундамент, на котором возведен легкий каркасный дом, вес которого не способен уравновесить действие пучения. Поэтому заглубление фундамента на глубину ниже глубины промерзания совсем не гарантирует его устойчивость к пучению. Например, столбчатый фундамент деревянного каркасного дома, заглубленный на два метра, будет выталкиваться вверх касательными силами морозного пучения, основания столбиков фундамента будут отрываться от слоя грунта, на который они опирались, грунт будет сыпаться в образовавшийся зазор и заполнит его. Весной, когда земля оттает, столбику некуда будет опускаться, он так и останется в "приподнятом" состоянии, а на следующий год история повторится.

Существует две крайности:

  • Глубоко заглубленный фундамент: на его основание не действуют силы пучения, зато на его боковую стенку их воздействие максимально. Заглубленные фундаменты применяются для строительства кирпичных, каменных и бетонных домов, вес которых должен уравновесить действие касательных сил пучения.

  • Мелко заглубленный фундамент: на его основание силы пучения действуют в полной мере, но зато минимально их касательное воздействие на боковые стенки. Такие фундаменты применяются для строительства каркасных, щитовых и деревянных домов.

Как бороться с силами пучения?

      Для защиты от морозного пучения существует три основных способа:

  • замена грунта на непучинистый;

  • удаление влаги из грунта;

  • утепление грунта;

  • придание гладкой и ровной поверхности фундаменту.

      Замена грунта на непучинистый (т.е. на песчаный), пожалуй, самая распространённая практика при возведении фундамента. Под его основание укладывают подушку из  утрамбованного  песка  высотой  около  30 см  и  шириной  на 20 см больше, чем ширина фундамента. Смысл этой подушки в том, чтобы, во-первых, равномернее распределить нагрузку от фундамента, во-вторых, уменьшить действие нормальной составляющей сил пучения на мелкозаглубленный фундамент, в-третьих, равномерно распределить возможную влагу вокруг фундамента (если вокруг глина, она не пропускает воду и может создавать области по разному увлажнённые, из за чего морозное пучение будет по разному действовать в разных местах). Здесь надо понимать, что песчаная подушка снижает действие пучения не за счет того, что песок непучинистый грунт, а за счет уменьшения слоя пучинистого грунта. Если при глубине промерзания 1,5 м укладывать фундамент на глубину 1 м, то слой пучинистого грунта составит 50 см а его возможное увеличение до 5 см. Если под тот же фундамент делать песчаную подушку 30 см, то слой пучинистого грунта составит уже не 50 см а 30 см, и его возможное увеличение будет не больше 3 см. Непучинистый грунт также рекомендуется использовать для обратной засыпки после того, как фундамент залит и опалубка с него снята. Так в непосредственном контакте с фундаментом будет находиться непучинистый грунт, не содержащий влаги, который не будет примерзать к его стенкам. Со временем (через несколько лет) песок в обратной засыпке и в подушке может заилиться: частички глины из окружающего грунта будут попадать в него, и он потеряет свои непучинистые свойства. Для защиты от заиливания песчаную подушку и обратную засыпку нужно отделить от остального грунта пленкой или фильтрующей тканью. И ещё, эту подушку из песка, если возможно, следует соединить с дренажной системой, отводящей верховодку и паводковые воды из под фундамента.

    Другая мера по борьбе против пучения - это удаление влаги. В свою очередь эту меру можно разделить на две составляющих - защита от попадания влаги с атмосферными осадками и удаление уже имеющейся влаги. Чтобы оградить грунт вокруг фундамента от осадков в виде дождя и тающего снега по всему периметру дома нужно делать отмостку. Ее ширина должна быть больше ширины обратной засыпки, чтобы вода отводилась подальше от фундамента, а лучше продумать систему ливневой канализации. Если уровень грунтовых вод на участке высок, и глина не даёт ей уходить в землю - необходимо провести мелиорационные работы, прокопать дренажные каналы или уложить дренажные трубы (дрены).

   Утепление грунта вокруг дома позволяет уменьшить или вообще исключить промерзание земли. Благодаря утеплению грунта становится возможно строительство мелкозаглубленных фундаментов за счет искусственного уменьшения глубины промерзания. Однако это возможно только в областях, где среднегодовая температура положительная. Ширина полосы утеплителя должна соответствовать глубине промерзания: если земля промерзает на 1 м, то утеплять надо вокруг дома полосу шириной 1 м. Толщина утеплителя зависит от его теплоизоляционных свойств и от климатических условий. Обычно закладывают экструзионный пенопласт толщиной 3 - 5 см.

    Еще одна мера по защите фундамента от морозного пучения, применяемая при строительстве любых видов фундаментов, - это сделать его поверхность более гладкой. Сам по себе бетон - пористый материал, и с его поверхностью грунт хорошо смерзается и при пучении сильно воздействует на него. Самый простой способ устранить это - прокладывать рубероид между поверхностью фундамента и грунтом. Рубероид более гладкий материал, и движущийся грунт будет по нему скользить, и касательная составляющая силы пучения значительно снижается.

       Кстати, есть ещё один специфический способ - повышенное давление. Наличие давления от веса строения также сказывается на пучинистых явлениях. Если слой грунта под подошвой фундамента сильно уплотнить, то степень пучинистости его так-же уменьшится из за уменьшения капилярного эффекта. Причём, чем больше давление, тем меньше величина пучения.

Спасибо всем, кто помогает проекту!

Любая ваша помощь для меня значима

ибо содержание сайта требует постоянных 

отчислений и платежей, к сожалению :)


Принимаются ЯД и PayPal

© 2015 «Project - House».  

Сайт Дмитрия Петрова