Как построить фундамент на пучинистом грунте - 1

О вреде пучинистости грунтов - как обезопасить дачные строения от этого вредного явления

Приехав после зимы на дачный участок, внимательно оглянитесь вокруг. И вы увидите, что в каких-то домах на стенах и стеклах окон змеятся трещины. На других участках скособочились ворота (рисунок 1), сильно наклонились дровяник или сарай (рисунок 2).

Это результат действия такого крайне нежелательного природного явления, как вспученность грунта. Особенно плохо, точнее сказать разрушительно, пучинистость влияет, в первую очередь, на ту часть фундаментов построек, которая находится в земле. Это явление часто не учитывают не только дачники-самостройщики, но иногда и профессиональные строители.

Откуда же берется и как образуется эта зловредная пучинистость грунта? Как известно еще из школьного учебника по физике, вода в процессе замерзания увеличивается в объеме на 10-15 процентов. Из-за этого подъемы и опускания грунта в условиях Северо-Запада достигают 20 сантиметров и больше.

Если расширение воды происходит во влажных, плотных глинах, в мелкопесчаных и пылевидных грунтах, которые способны резко менять объем и деформироваться (то есть вспучиваться) при отрицательной температуре, то эти грунты считаются пучинистыми. А крупнозернистые и гравийные - непучинистыми. При непременном условии, что они имеют свободный отток воды.

Какие же в них происходят процессы, позволяющие делить все почвенные грунты на эти категории? В пучинистых грунтах влага достаточно высоко поднимается вверх от уровня грунтовых вод и, аккумулируясь, хорошо удерживается в таких грунтах, как в губке.

В непучинистых грунтах влага под собственной тяжестью оседает, как бы проваливается, словно через сито, и потому не поднимается высоко. Другими словами: чем мельче (тоньше) структура грунта, тем выше по нему поднимается влага, и тем больше он становится пучинистым.

Понятно, что промерзание грунта происходит сверху вниз. Влага, находящаяся в верхних слоях, превращаясь в лед, увеличивается в объеме и опускается вниз. И если она, не задерживаясь, просачивается через структуру окружающего грунта, например, через гравий, крупнозернистый песок, которые практически не создают сопротивления, то грунт без влаги не расширяется, а значит, эффект пучинистости не возникает. И наоборот...

Особенно это касается плотной глины. Из такой глины влага не только не успевает уйти, но еще и накапливается. В результате такой грунт непременно становится пучинистым. Пучинистые явления - это не только значительные совершенно непредсказуемые подвижки грунта, но и колоссальные нагрузки на фундамент, достигающие давления 6-10 тонн на один квадратный метр.

Отсюда непреложный вывод: перед тем, как приступать к строительству, надо обязательно выяснить, какая максимальная глубина промерзания бывает в данном месте:

• в самое холодное время года;
• при наибольшей влажности грунта;
• при полном отсутствии снежного покрова.

В Ленинградской области глубина промерзания - до 1,5 метров. Понятно, что одновременное сочетание всех этих факторов маловероятно, однако это страховочный случай, позволяющий предвидеть, а, значит, избежать любых природных катаклизмов.

Существенное значение имеет и то, что если даже пучинистость, деформируя грунт, не будет воздействовать непосредственно на подошву фундамента, расположенного ниже уровня промерзания, напряжение на границе зоны промерзания может оказаться столь значительным, что способно выдавить фундамент вместе с промерзшим грунтом или оторвать его верхнюю часть от нижней. Подобные случаи наиболее вероятны при устройстве фундамента из камня, кирпича или мелких блоков, особенно под легкими зданиями и сооружениями.

Это результат действия так называемых сил бокового сцепления. Они возникают при сцеплении мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента и при определенных условиях достигают давления от 5 до 7 тонн на один квадратный метр боковой поверхности.

Например, на фундаментный столб диаметром 20 сантиметров при глубине промерзания 150 сантиметров воздействуют силы бокового сцепления свыше 9 тонн. Это в несколько раз превышает нагрузку от веса здания. И поэтому возникает пучинистый эффект.

Это обуславливается тем, что над поверхностью постоянно происходит столкновение холода, находящегося наверху, и тепла земли. Если тепло земли в общем-то постоянно, то степень замерзания почвы зависит от многих факторов: температуры и влажности окружающего воздуха, влажности грунта, плотности и толщины снега, степени прогрева солнцем.

Из-за разницы температур граница промерзания днем находится выше, чем ночью. Эта разница особенно увеличивается там, где снежный покров небольшой либо его совсем нет. Ближе к весне грунт на южной стороне оттаивает быстрее, чем на северной, а следовательно, становится влажным, и, соответственно, снежный пласт над ним делается более тонким, чем с северной стороны.

Поэтому в отличие от северной стороны дома грунт с южной стороны интенсивнее прогревается днем и сильнее промерзает ночью, способствуя тем самым возникновению сил бокового сцепления. Действие этих сил особенно усиливается если поверхность фундамента неровная и не имеет соответствующего гидроизолирующего покрытия.

Заглубленный ленточный фундамент также может подниматься силами бокового сцепления, если опять-таки не имеет гладкой, скользящей боковой поверхности и недостаточно придавлен сверху домом или бетонными перекрытиями.

Как же избежать столь опасных разрушительных, а зачастую просто катастрофических неприятностей? Один из таких вариантов, позволяющий избежать их, показан на (рисунке 3.) Как мы видим, здесь нет заглубленных в грунт опор, которые могли бы подвергаться пучинистым нагрузкам. В данном случае постройка покоится на опорных плитах. На них давит сила, равная части веса постройки, то есть совсем небольшая нагрузка.

Крупнопесчаная (противопучинистая) подушка не даст образоваться льду и обеспечит ее равновесие. Такие фундаментные плиты можно изготовить в домашних (дачных) условиях из бетона с добавлением гравия, заложив металлическую арматуру. Лучше всего использовать проволоку. Толщина плиты должна быть не меньше 10 сантиметров. Можно использовать и готовые плиты. Перед укладкой плит песок смачивают и трамбуют.

Однако гораздо большее распространение в дачном строительстве получили так называемые мелкозаглубленные фундаменты. Это когда глубина заложения фундамента не доходит до глубины промерзания грунта (рисунок 4). Из закона физики ясно, что вес части здания (ВЗ) должен уравновешиваться силой пучения грунта (ПГ), образующейся при расширении промерзающего грунта (льда) и силами бокового сцепления (БС), которые выталкивают опоры.

Сила пучения грунта при низкой температуре может значительно превысить вес постройки, и тогда фундаментная опора будет неизбежно вытолкнута наружу. Это очень заметно ранней весной, когда полностью оттает и хорошо прогреется верхний слой почвы. В теплое время опора будет опускаться, но совсем ненамного, поскольку пространство под нею заполнено водой и наплывшим грунтом. Такая опора через некоторое время сместится, и постройка неизбежно перекосится.

Чтобы избежать подобного нежелательного явления, очень часто в фундамент и стены закладывается металлическая арматура, а также сооружаются арматурные пояса (рисунок 5). Или основание фундамента делается расширенным в виде опорной площадки-анкера (рисунок 6). В этих случаях повышается жесткость стен и фундамента, а, следовательно, резко возрастает сопротивление всей конструкции нагрузкам от вспучивания грунта.

Продолжение следует

Александр Носов, мастер на все руки