Як уникнути його негативного впливу на об'єкт.

При замерзанні в морозні зими вода перетворюється на лід, об'єм якого перевищує займаний їй в рідкому стані.

Результатом впливу морозного обдимання ґрунтів на фундаменти споруд є виникнення сил виштовхування, дотичних і перпендикулярних навантажень, що діють на підземні частини будов, що призводять до їх деформації (руйнування).

Якщо не врахувати ці процеси ще на стадії проектування, наслідки можуть бути плачевними.

Найвищих значень вони досягають у ґрунтах, що максимально утримують вологу і мають мінімальну пористість по всій глибині пласта.

Основні методи захисту

Використовувані в процесі будівництва методи захисту об'єкта від сил морозного пучення враховують фізику процесу і спрямовані на можливу мінімізацію або повне усунення причин, що його викликають.

Існуючі варіанти захисту можна умовно поділити на три групи:

• Попередні;
• Технічно реалізовані;
• Використовувані у процесі експлуатації об'єкта.

Методи захисту від морозного пучення, що стосуються першої групи, включають обов'язкове попереднє проведення інженерно-геологічних досліджень на необхідну глибину, завдяки якому проектувальники отримують необхідну інформацію:

• Тип ґрунту в місці майбутнього будівництва та його схильність до здирання;
• Глибина промерзання;
• Рівень залягання підґрунтових вод;
• Середньомісячні температури;
• Товщина снігового покриву;
• Оптимальна орієнтація об'єкта з боків світла.

Все це дозволяє відповісти на питання про важливу можливість будівництва проектованого об'єкта на цій ділянці, вибрати необхідний тип фундаменту та оптимальні технології захисту будівлі від негативного впливу сил, створюваних морозним пученням.

Технічні варіанти захисту палі від морозного пучення

При виконанні робіт на ґрунтах з високою ймовірністю морозного пучення об'єкт, що будується, може захищатися з використанням одного або кілька варіантів, розглянутих нижче.

1. Повна або часткова заміна наявного ґрунту на непучинистий у місці виконання будівельних робіт.

Повна заміна на ґрунт, що не піддається пученню, є дуже дорогою процедурою і використовується вкрай рідко (тільки якщо глибина шару, що замінюється, не перевищує 2 м). Набагато частіше виконується подушка під фундамент з непучинистих ґрунтів і зворотне засипання траншеї, відритої під фундамент після завершення монтажу останнього і видалення опалубки. Це також дозволяє мінімізувати негативний вплив сил здирства.

На початковому етапі фундаментних робіт після уривки траншеї на всю розрахункову глибину, на її дні виконується подушка, що складається із суміші щебеню та гравію з чистим промитим піском. Оптимальною (для приватного будинку) вважається товщина ~ 30 см. Ширина відсипаного шару має бути на 20-30 см більше за згаданий розмір фундаменту.

• рівномірно розподілити на ґрунт загальну масу будови;
• мінімізувати негативний вплив на його підошву вертикальних сил, що виштовхують, що виникають в результаті морозного пучення.

При цьому слід розуміти, що подушка знижує їхню величину не тому, що виконана з непучинистих ґрунтів.Вона просто зменшує шар останнього.

приклад. Глибина промерзання на будівельній ділянці 1,5 м. Фундамент заглиблений на 1,0 м. Шар пучинистого ґрунту, що залишився, становить 50 см, що може призвести до його збільшення до 5 см (~ 10%). Виконавши подушку завтовшки 30 см, ми скорочуємо шар до 20 см і, автоматично, його можливе збільшення, до 2 см.

Навесні та восени рівень ґрунтових вод (глибина) підвищується. Це може призвести до того, що подушка, частково або повністю, виявиться під їх впливом і може бути забруднена (замулена) дрібними частинками, що містяться у воді. Вони мігрують разом із підґрунтовими водами, засмічують виконану підсипку, доводять її до стану пучинистого ґрунту. Тому через кілька років вона не зможе достатньо ефектно протистояти руйнівним силам, що виникають внаслідок здирання.

Щоб цього не сталося, якомога довше застосовується спеціальний матеріал, геотекстиль, який чудово фільтрує воду і затримує всі тверді суспензії.

З метою мінімізації впливу перпендикулярних і дотичних сил на фундамент, що зводиться (як варіант, на стіни підвалу), що виникають в результаті морозного пучення, виконують зворотну засипку з використанням непучинистих грунтів, які також попередньо захищаються геотекстилем.

Подібне наповнення не буде примерзати до стін фундаменту, що також знижує силу дотичних навантажень.

В якості додаткового технічного рішення, спрямованого зниження негативного впливу перпендикулярних і дотичних навантажень (ПКН) на бічні стінки фундаменту, може бути збільшення їх гладкості.

Бетон, з якого найчастіше зводиться фундамент, дуже пористий матеріал, що істотно підвищує ймовірність його змерзання в морозну пору року з шарами грунту, що прилягають. Для виключення або мінімізації такого явища зовнішню стіну фундаменту накривають шаром гідроізоляційного матеріалу (руберойд, товста ПЕ плівка тощо). Найпростіший варіант - ґрунтування поверхні з використанням відпрацьованого масла.

2. Виготовлення монолітного фундаменту, що має розширення у нижній частині конструкції.

Іншим технологічним рішенням, що захищає фундамент від ймовірного деформування силами, що виникають через морозне пучення, є використання повноцінного арматурного каркаса по всій його глибині (висоті) та довжині. Це забезпечує жорсткість та монолітність конструкції на всіх ділянках.

Для запобігання видавлюванню силами здирання, що діють на основу фундаменту, останнє виконується у формі трапеції (з нижнім розширенням). Тобто тут формується майданчик – анкер, що унеможливлює виникнення подібної ситуації.

Цей варіант гарантує потрібну стабільність функціонування фундаментів. Однак використовувати його можна лише при облаштуванні фундаментів із бетону.

Якщо конструкція виготовляється з використанням блоків, цегли або натурального каменю (що унеможливлює її внутрішнє армування), то класти бічні стіни фундаменту спочатку потрібно під кутом (конструкція звужується вгору).

3. Заглиблення підошви фундаменту нижче за рівень промерзання.

Подібне рішення, найчастіше, приймається при зведенні пальових і гвинтових фундаментів і дозволяє повністю виключити вплив виштовхувальних сил морозного пучення, але істотно збільшує поверхню, на яку впливають ПКН.

Способи усунення негативного впливу останніх розглянуті вище.

У разі промерзання ґрунту на всю глибину закладення фундаменту, що розглядається в даному розділі, дуже висока ймовірність того, що опори, змінивши за зиму своє положення, не приймуть вихідного в теплу пору року. Щоб уникнути цієї проблеми виконується ростверкове з'єднання всіх опор (паль).

У тих випадках, коли йдеться про встановлення стовпів для огорож, виконується подвійна жорстка обв'язка останніх по верхньому та нижньому рівню. Це необхідно через суттєві навантаження ймовірного пучення (морозного), величина яких може становити ≤ 10 тонн.

Оптимальним вважається рішення змонтувати всі стовпи на єдиному стрічковому монолітному фундаменті з ретельним армуванням останнього.

4. Виконання дренажних робіт.

Чим сильніше зволожені пучинисті ґрунти, тим більше збільшення обсягу спостерігається при їх промерзанні (щільність води приблизно на 10% вище за щільність льоду).

Це автоматично збільшує ймовірність виникнення деформацій і, відповідно, вимагає суттєвого підвищення вимог до виконання робіт, що забезпечують безпеку об'єкта, що зводиться.

Видалення вологи сприятиме зниженню показника пучинистості та, відповідно, величини сил, що негативно впливають на фундамент. Цю процедуру слід розділити на складові.

У першому випадку йтиметься про захист ґрунту від потрапляння в нього «верховодки» (атмосферні опади, сніготанення).

Вирішенню даної задачі служить виконання вимостків по всьому периметру будівлі (бетон, асфальт), що зводиться. Їхня ширина повинна мінімум на 200-300 мм перекривати зону зворотного засипання, щоб виключити просочування вологи до фундаменту.

У другому для боротьби з обводненістю ґрунтів проводиться дренаж фундаменту. Це забезпечує зниження рівня підґрунтових вод.

Класичне рішення передбачає укладання системи дренажних (перфорованих) труб у попередньо промитий та покладений гравійний шар. Цей матеріал частково затримує частинки ґрунту. Монтаж труб ведеться з незначними ухилами на розрахунковій глибині, що дозволяє збирати воду зі значної площі ділянки і самопливом спрямовувати її в спеціальні колодязі або каналізаційний колектор.

Вибираючи таке рішення, слід розуміти, що чисто гравійний фільтр прослужить недовго і не гарантує захист дренажних отворів, що є в трубах, від засмічення дрібними частинками ґрунту.

Їх прочистка - дуже трудомісткий і складний процес, під який завчасно облаштовуються дільниці спеціальні колодязі на необхідну глибину.

Щоб збільшити термін між плановими чистками, використовують геотекстиль, яким обгортаються труби. Наявність подібного фільтра дозволяє відмовитися від облаштування гравійного фільтра.

5. Облаштування плитного фундаменту

Плитні фундаменти часто називають «плаваючими». При рухах ґрунтів переміщається вся плита. Тому на будову, зведену на подібній підставі, руйнівні та деформаційні навантаження від морозного пучення не впливають.

Зазвичай це же/б монолітна армована плита, дрібнозаглиблена або укладена поверх ґрунту (глибина занурення дорівнює нулю).

6.Обтяження споруди, що зводиться.

Одним із рішень, що дозволяють мінімізувати або повністю обнулити негативний вплив пучення грунтів, є збільшення маси споруди до значень, які навантажують фундамент із силою, що перевищує видавлюючу, яку створюють пучинисті грунти при замерзанні.

Тому важкі будинки на подібних ґрунтах будувати набагато вигідніше.

7. Утеплення пальового фундаменту зовні на пучинистих ґрунтах

У регіонах із позитивними середньорічними температурами допустиме використання такого варіанту, як утеплення ґрунту. Використання утеплювача, покладеного в ґрунт, суттєво знижує рівень промерзання. А в окремих випадках його повністю виключає.

Суть методу. По всьому периметру будівлі, що будується, проводиться виїмка грунту на відстані, що дорівнює глибині промерзання в місці ведення будівництва. Глибина вибирається з таким розрахунком, щоб покладений утеплювач можна було засипати зверху шаром непучинистого ґрунту завтовшки ≥ 200 мм. І виконати під нього піщану подушку щонайменше 100 мм.

Товщина матеріалу вибирається з урахуванням кліматичних особливостей та його теплоізоляційних характеристик. Найчастіше для вирішення задачі використовуються пінопласт, керамзит або шлак.

Оптимальним утеплювачем є екструдований пінополістирол. При щільності обраної марки 35 кг/м³, його коефіцієнт теплопровідності дорівнює 0,32 Вт/м°С. При 50 кг/м³ відповідно 0,36 Вт/м°С.

Цей матеріал відрізняється підвищеною міцністю до стискаючих навантажень (рекомендований для використання у дорожньому будівництві).

Використання утеплювача дозволяє будувати будинки на дрібнозаглиблених (до 500 мм) фундаментах.

Як правило, поверх утеплювача облаштовується вимощення ≥ 100 мм.

Методи, що реалізуються в процесі експлуатації

Цілорічне опалення об'єкту

Середні температури ґрунту під опалювальним будинком ~ на 20% вище фіксованих під неопалюваним об'єктом, що сприяє значному зниженню показника пучинистості.

Як додатковий спосіб може застосовуватися розпушування ґрунту на глибину понад 350 мм, з його подальшим боронуванням на 150 мм. Теплоізоляційні властивості такого ґрунту підвищуються. Як додатковий шар утеплення можна враховувати сніговий покрив.

Збереження основи в постійно промерзлому стані

Під час будівництва в зоні вічної мерзлоти вживаються заходи для збереження ґрунту в замороженому стані протягом усього періоду експлуатації. Для цього будівництво ведеться на пальових фундаментах.

Залишились питання?
Ми зможемо вам допомогти

Отримайте оптимальне рішення саме під Ваше
завдання, розрахунок вартості та терміни виконання
робіт абсолютно безкоштовно.

SGround.ru

Морозне пучення один із найбільш небезпечних та непередбачуваних факторів впливу на фундамент. Дія морозного пучення ґрунтів та витріщення фундаментів погіршує умови експлуатації та вкорочує терміни служби будівель та споруд, спричиняє їх пошкодження та деформації. Це призводить до великих витрат на ремонт пошкоджень і незручностей в експлуатації (перекошені двері і ворота, що заклинюють, шибки скла у вікнах, тріщини в стінах і фундаментах, руйнування ганків та ін.).

Якщо ґрунти на підставі споруди пучинисті, а заходи щодо запобігання впливу морозного пучення на фундамент не були передбачені або були вибрані невірно, споруда приречена на поступове зниження своїх експлуатаційних характеристик, аж до руйнування. Боротися з морозним пученням, яке вже впливає на фундамент дуже складно.

Палі під опору ЛЕП, спочатку занурені до однакових позначок з роками, виявилися нерівномірно випущеними.

У цій статті будуть розглянуті основні заходи щодо запобігання впливу на фундамент морозного пучення без занурення в розрахунки.

Про розрахунки фундаментів на вплив пучення буде написано окрема стаття.

2. Основні напрямки щодо запобігання впливу пучення на фундаменти

• Перший напрямок – вплив на ґрунти в зоні промерзання та їх характеристики з метою зменшення або виключення їх пучинистих властивостей.

Явище морозного пучення має місце за одноразової наявності кількох умов – грунт має бути пучинистим, мусить бути негативна температура і певна вологість грунту. Якщо жодна з цих умов відсутня, то здирства не буде. Виходячи з цього основні методи впливу на ґрунт основи поділяються на:

1. Методи, пов'язані з усуненням властивостей пучинистості ґрунту. Сюди відносять заміну ґрунту на непучинистий, введення в ґрунт протипучинистих добавок, введення речовин, що знижують температуру замерзання ґрунту, ущільнення та зміну структури ґрунту.
2. Методи, спрямовані на зниження вологості ґрунту. До таких методів належать наприклад виконання дренажу, штучне зниження рівня ґрунтових вод, підйом ділянки будівництва за рахунок відсипання ґрунтом (вертикальне планування), забезпечення природного стоку атмосферних вод та ін.
3. Методи, спрямовані на недопущення замерзання ґрунту чи зменшення глибини промерзання. До таких відносяться, наприклад, утеплення ґрунту поблизу фундаментів опалювальних споруд, штучний підігрів ґрунту комунікаціями, що виділяють тепло, або кабелем, що гріє.

• Другий напрямок — пристосування фундаменту та споруди загалом до сприйняття зусиль від морозного пучення або зниження змерзання ґрунту та фундаменту. Цей напрямок в основному передбачає рішення щодо модифікації фундаментів та несучих конструкцій.

Цей напрямок застосовується, коли гарантовано усунути пучинистість ґрунту неможливо або занадто дорого. Тоді спеціальними заходами домагаються такого стану: ґрунт біля фундаменту при промерзанні спучується, але це не впливає на фундаменти. До таких заходів відносять:

1. Правильний вибір глибини закладення фундаментів щоб уникнути впливу лобових сил морозного пучення, т.к. ці сили мають величезні величини і боротися з ними дуже важко (принаймні у малоповерховому будівництві). Для цього необхідно щоб підошва фундаменту знаходилася нижче за глибину промерзання. Цей захід обов'язковий завжди крім випадку з малозаглибленими фундаментами, які спочатку припускають вплив ними лобових сил пучення.

1. Конструктивні заходи – зменшення перерізу фундаменту межах промерзающего шару, застосування зворотного ухилу бічних граней фундаменту, збільшення відстані між фундаментами збільшення навантаження ними та інших;
2. Застосування покриттів бічної поверхні паль та стовпчастих фундаментів (забарвлення, обмазка, оболонки), що знижують сили змерзання з ґрунтом у межах промерзаючого шару; Грунти, що піднімаються від обдимання, просто прослизатимуть уздовж палі, не впливаючи на неї;
3. Застосування гвинтових паль та паль з розширенням у нижній частині (палі РІТ, буронабивні палі з камуфлетною п'ятою та ін.), грибоподібних фундаментів та фундаментів з розвиненою підошвою для створення великого опору висмикванню; Грунти, що піднімаються від пучення, тягнуть фундамент вгору, але утримуюча сила більше витріщує, тому переміщення фундаменту не відбувається;
4. Збільшення довжини палі або глибини фундаменту з розрахунку на морозне пучення (так щоб сила, що утримує палю від витріщання, була більша за силу морозного пучення) без створення розширення в нижній частині.

Іноді в малоповерховому будівництві має сенс робити незаглиблені або малозаглиблені фундаменти, заздалегідь вважаючи, що вони будуть піддані пученню, і розраховувати їх на сприйняття відповідних зусиль. Цей підхід неоднозначний і застосовний далеко не завжди. Окремо читайте про малозаглиблені фундаменти у статті.

При застосуванні будь-яких конструктивних методів слід враховувати, що якщо все зроблено правильно, то підйом поверхні грнута за рахунок пучення все одно буде як і раніше, просто фундаменти при цьому не будуть зміщені. Тому необхідно залишати зазори до ростверків, стін та ін. щоб при підйомі поверхні ґрунту вона не досягала їх і не чинила негативного впливу.

Щодо вибору глибини закладення фундаментів для виключення впливу лобових сил морозного пучення читайте цю статтю.

Далі розглянемо докладніше окремі методи боротьби з пученням:

3. Методи усунення пучинистих властивостей ґрунту

1. Найпростіший і надійніший метод виключення властивості пучинистості це заміна пучинистого ґрунту на гарантовано непучинистий - пісок середній, великий або гравілистий (або щебінь/жвір). При цьому в піщаних і щебенистих ґрунтах не повинно бути домішок глинистих частинок більше 15% і бажано забезпечити захист від замулювання глинистим ґрунтом, розділивши шари геотекстильними матеріалами.

При цьому слід враховувати, що ширина пазухи котловану, що заповнюється непучинистим грунтом має бути не менше: 0,2 м при глибині промерзання d_f рівною 1,0 ... 1,5 м; не менше 0,3 м при глибині промерзання d_f рівної 1,5 ... 2,0 м; пазухи повинні бути шириною не менше 0,5 м при глибині промерзання до 2,5 м. Бажано забезпечити відведення води з непучинистого дренуючого ґрунту і перекрити поверхню засипки водонепроникною вимощенням.

Для паль пазуха утворюється виконанням лідерної свердловини великого діаметра на глибину сезонного промерзання ґрунту. Стійки в ґрунті встановлюються в свердлені котловани великого діаметру з подальшим засипанням пазух піском або піщано-гравійною сумішшю (ПГС).

- Засолювання ґрунту. Тимчасовий захід, наприклад на період будівництва. Виконується технічною кухонною сіллю або хлористим калієм. Витрата близько 30 кг на 1 м 3 ґрунту. Вводиться перемішуванням із ґрунтом зворотного засипання шарами близько 10 см. Засолюється ґрунт із глибини 0,5 м до глибини 1,0 м. Засолювання може негативно позначитися на довговічності матеріалу фундаменту.(п. 5.1 Посібника)

- Обробка ґрунту нафтовим розчином. Виконується для шару ґрунту завтовшки 5-10 см. на контакті з фундаментом.Склад розчину – диз. паливо 54%, високоокислений бітум – 20%, окис кальцію 20%, НЧК (алкіларилсульфонат) – 4% та вода 2% за масою. (п. 5.2 Настанови)

Обробка ґрунту виконується перемішуванням його з нафтовим розчином у кількості 5-10% розчину від ваги сухого ґрунту. Контактний шар влаштовується при зворотному засипанні пазух котловану. (Необхідно дотримуватися екологічних норм).

Досліджено також варіанти введення кріотропних полімерних добавок у ґрунт – полімерні гелі з верхньою критичною температурою розчинення (описано в науковій статті). Результати отримали чудові, правда про сутність матеріалу та спосіб його введення інформації майже немає.

4. Методи зменшення вологості ґрунту в зоні промерзання

Основна причина пучення ґрунту – наявність у ньому води, що переходить у лід при промерзанні, тому осушення ґрунтів із видаленням із них води є найбільш ефективними.

Сюди входять такі заходи:

• пристрій постійного дренажу поверхневих атмосферних вод;
• вертикальне планування з ухилом не менше 5% для відведення поверхневих вод;
• підйом відміток планування насипом непучинистим ґрунтом із розрахунку забезпечення необхідної відстані до максимального рівня ґрунтових вод;
• постійне водозниження;
• водонепроникні вимощення по периметру будівель та споруд шириною не менше 1,0 метра;
• ретельне ущільнення зворотних засипок;
• спеціальні заходи щодо запобігання замочування ґрунтів при прориві водонесучих комунікацій;
• віддаленість від джерел зволоження щонайменше 20 м (колонки водопостачання, місця миття машин та інших.).

Інженерно-меліоративні заходи (дренаж і водозниження, відведення поверхневих вод) є корінними якщо вони забезпечують осушення ґрунтів у зоні сезонного промерзання і на глибину 2-3 метри нижче за неї. Однак дуже часто забезпечити таке зниження рівня ґрунтових вод не є можливим або надто дорогим, тоді ці заходи застосовуються у поєднанні з іншими для зменшення деформації ґрунту при промерзанні.

5. Методи зменшення глибини промерзання ґрунту

Сюди слід зарахувати такі теплоізоляційні заходи:

- Тимчасове утеплення поверхні ґрунту природними матеріалами (торф, сніг, тирса, солома) на період будівництва, або постійне утеплення матеріалами типу пінополістирол, керамзит, шлак та ін спрямоване на зменшення глибини промерзання ґрунту або його виключення. Найбільш ефективно при утепленні ґрунту поблизу фундаментів опалювальних будівель з підвалом або підлогами по ґрунту – утеплювач укладається під вимощення і зміщує зону промерзання ґрунту назовні від фундаментів, забезпечуючи їх захист.

Схема розподілу температур у ґрунті. Праворуч градієнт температур за наявності утеплювача під вимощенням, зліва — без утеплювача

Перевагу слід віддавати матеріалам, які втрачають своїх властивостей при вплив вологи, т.к. в осінній період перед замерзанням часто відбувається водонасичення шару, що утеплює. Найбільш ефективним є екструдований пінополістирол. Можливе також застосування для вимощення керамзитобетону, полістиролбетону та ін. із захистом поверхні від руйнування.

Джерело Керівництво з проектування основ та фундаментів на пучинистих ґрунтах НДІОСП ім. Н.М. Герсеванова 1979 р.

Фото: вимощення з утепленням

6. Застосування покриттів бічної поверхні фундаментів

Ці методи застосовуються, коли гарантовано усунути пучинистість грунту неможливо або занадто дорого.

Бічна поверхня палі або фундаменту в зоні промерзання для зменшення дотичних сил пучення повинна бути настільки гладкою, наскільки це можливо. Наявність виступів і шорсткості різко збільшать дотичні сили морозного пучення.

Для подальшого зменшення сил змерзання ґрунту з фундаментом застосовують лакофарбові, обмазувальні або стрічково-листові покриття.

За наявними експериментальними даними більшість лакофарбових покриттів на бетонній або сталевій поверхні значно знижує сили змерзання з ґрунтом, якісь сильніші, якісь менші. Є шорсткі ЛКП які збільшують сили змерзання ґрунту з поверхнею конструкції (наприклад «Цинотан» і «Ферротан» дають сильно шорсткі поверхні). Однак більшість покриттів не має достатньої довговічності при застосуванні саме для зниження дотичних сил морозного пучення. Відбувається це не тільки через вплив атмосферних опадів та агресивності ґрунту та ґрунтових вод, а й через механічне пошкодження поверхні при зміщенні промерзаючого ґрунту щодо фундаменту. До цього згодом додається розклинююча дія кристалів льоду, що проникають у дефекти покриття та прискорюють його руйнування.

Покриття поверхонь фундаменту бітумними мастиками див. рекомендації у п. 5.3 Посібника

Наразі деякі виробники ЛКП замовляють випробування на зниження дотичних сил пучення та вказують отримані дані у паспортах – можна спробувати пошукати інформацію.

«Рекомендації щодо зниження дотичних сил морозного витріщення фундаментів із застосуванням пластичних мастил та кремнійорганічних емалей» НДІОСП імені Н.М. Герсеванова 1980 р рекомендують застосування покриттів бічної поверхні фундаменту пластичним мастилом або кремнійорганічною емаллю, або й тим і тим разом.

Мастила зменшують питомі дотичні сили опукування на 50-60%, емалі - на 25-40%. Мастила пропонують застосовувати типу БАМ-3 або БАМ-4, що захищаються полімерними плівками, і кремнійогранічні емалі КО-11112 або КО-174.

Фото: паля з покриттям кремнійогранічною емаллю у верхній частині (у зоні промерзання)

Детальний опис методів, технологій, вибір матеріалів, опис ефективності методів дивіться у самих рекомендації.

Зі свого досвіду можу сказати, що метод з мастилами хоч і дає хороші результати, і це підтверджено експериментально, але на практиці практично не застосовується через складно технології, що вимагає акуратності та відповідальності, якої у забудовника як правило немає. А ось емалі КО застосовую часто, вони дуже зручні в роботі та досить ефективні.

Розроблено так само термоусаджувані оболонки зі зшитого поліетилену. Оболонка пройшла всебічне випробування на морозне пучення, палі з такою оболонкою навіть випробовували у польових умовах. Рекомендовані до застосування під час будівництва об'єктів ПАТ «Газпром». Згідно з даними випробувань знижують дотичні сили морозного пучення на 58% (коефіцієнт кτ_fh за СП 25.13330.2012 дорівнює 0,42).

Фото: палі з покриттям термозбіжною оболонкою з полімерного матеріалу

В цілому можна впевнено говорити, що навіть покриття бічних поверхонь фундаментів бітумною мастикою знижує сили змерзання з ґрунтом, проте немає даних про те, наскільки саме знижує і наскільки довговічна така міра.

7. Застосування фундаментів з розширенням у нижній частині та подовжених паль

Дуже ефективний запобіжний захід фундаментам – це пристрій розширення фундаменту в нижній частині.

До фундаментів з розширенням відносяться: грибоподібні фундаменти, гвинтові палі, палі з камуфлетною п'ятою та палі РИТ (розрядно-імпульсна технологія), фундаменти ТІСЕ, стовпчасті фундаменти з розвиненою підошвою та ін.

Фундаменти за технологією ТІСЕ із розширенням у нижній частині

Верхня поверхня розширення повинна знаходитися нижче максимальної розрахункової глибини промерзання, тоді здатність фундаменту, що несе, при розрахунку на морозне пучення різко збільшується. Крім того, необхідно прагнути зменшення поперечного перерізу (якщо бути точніше – площі поверхні) фундаменту у верхній частині – в межах глибини промерзання.

Схема: для розрахунку анкерного фундаменту на морозне пучення

Як видно з розрахункової схеми за наявності розширення в нижній частині фундаменту воно працює як анкерна плита, не даючи висмикнути фундамент із землі, а в самому фундаменті виникають великі зусилля, що розтягують. Щоб знизити негативні ефекти, корисно доповнювати рішення обробкою бічних поверхонь фундаменту в зоні промерзання покриттями, що знижують сили змерзання з ґрунтом.

Також для пальових фундаментів можливий варіант подовження з розрахунку на морозне пучення - довжину збільшують тільки для сприйняття дотичних сил морозного витріщення, незважаючи на те, що для сприйняття навантажень від самої споруди достатньо і меншої довжини палі. Цей метод зазвичай економічно не обгрунтований і може застосовуватися лише як частина комплексу заходів.

8. Застосування зворотного ухилу бічних граней у зоні промерзання, особливої ​​форми паль та конструкцій типу «труба в трубі»

Фото: фундаменти зі зворотним ухилом бічних граней

Згідно з експериментальними даними зворотний ухил бічних граней фундаменту під кутом 1,5° до вертикалі в межах глибини промерзання грунту знижує дотичні сили морозного пучення майже в 2 рази. Зумовлено це тим, що поверхня змерзання починає працювати не тільки на зсув, а значною мірою і на відрив, а на відрив міцність змерзання менше, при цьому знижується так само механічне тертя. Теоретичне розрахункове обґрунтування такого заходу у боротьбі з пученням наведено у статті - Тут йдеться про двоконусні палі, до речі дуже цікавий варіант рішення для паль, що працюють тільки на стиск.

Особливі форми фундаментів: двоконусні палі згадувалися трохи вище за текстом, застосовують так само палі відкритого перерізу, такі як хрестові та двотворні перерізи, проте застосування їх не зовсім стандартне – хрестові палі застосовують у районах поширення вічної мерзлоти т.к. через їх малий поперечний переріз вони можуть бути занурені в мерзлий ґрунт забивкою без лідерної свердловини.При цьому занурюють їх так щоб верх палі виявився нижчим за глибину промерзання (лідер великого перерізу на глибину відтавання) так щоб морозне пучення на них взагалі не діяло. І використовують в основному як анкерні палі для підсилення фундаментів, які вже виявилися аварійними через витріщання – чіпляють до них за допомогою потужних тяжів підсилювані палі, щоб збільшити утримуючу силу. Міра ця правда не завжди працює через великі зусилля опукування – відриваються досить потужні кріпильні деталі та елементи.

Схема анкерування палі за допомогою анкерних паль відкритого перерізу

Є розробки багатогранних паль з ухилом граней у верхній частині та прямолінійні у нижній частині. Практичного застосування поки що не зустрічав, але теоретично конструкція хороша.

СХЕМА СВА З УКЛОНОМ ГРАНІВ

Зустрічаються також протипучинні оболонки типу «труба в трубі» — на глибину промерзання встановлюється труба великого перерізу і з неї витягується грунт. Далі на проектну глибину занурюється основна паля, а зазор між нею та зовнішньою палею заповнюється непучинистим матеріалом. Таким чином, пучення впливає тільки на зовнішню трубу.

9. Висновок

З заходів щодо зниження дотичних сил випучування основними (найбільш надійними) є вплив на грунт і його характеристики для запобігання прояву його пучинистих властивостей або їх повного виключення (заміна грунту на непучинистий, зниження вологості грунту, введення протипучинних добавок, недопущення замерзання грунту та ін.) . Часто повністю гарантовано виключити пучинисті властивості ґрунту неможливо, тому такі заходи є частиною комплексу заходів.

Далі йдуть заходи щодо пристосування фундаментів до впливу морозного пучення за рахунок зниження сил змерзання бічних поверхонь фундаменту з ґрунтом (застосування покриттів бічних граней фундаменту, зворотний ухил граней фундаменту, зменшення перерізу фундаменту в межах глибини промерзання) або збільшення утримують фундамент сил (фундаменти з розширенням нижньої частини, подовжені палі з розрахунку на пучення).

Будь-яке покриття бічних поверхонь фундаментів навіть покриття бітумною мастикою знижує сили змерзання з грунтом.

Для досягнення найкращого результату у справі захисту фундаментів від опускання слід використовувати комплекс заходів на основі техніко-економічного порівняння варіантів.

10. Пов'язані статті

• Глибина та швидкість промерзання ґрунту та їх вплив на процеси пучення
• Як визначити за візуальними ознаками тип ґрунту
• Фізика процесу пучення
• Що таке пучинисті ґрунти
• Розрахунки фундаментів на вплив морозного пучення
• Вибір глибини закладання фундаментів
• Незаглиблені та малозаглиблені фундаменти
• Дренаж ділянки, системи дренажу, водозниження

Як вирішити проблему пучення ґрунту

Будівельні проекти можуть зіткнутися із серйозними труднощами через пучення ґрунту, особливо в регіонах, де сезонні коливання призводять до розширення та стиснення ґрунту. Ці зміни можуть призвести до виникнення дорогих структурних проблем, таких як нерівна підлога, тріщини в фундаменті та інші проблеми. Будь-який будівельний проект, який претендує на успіх, повинен розуміти природу пучення грунту та способи його усунення.

Зміст води - одна з основних причин пучення ґрунту. Ґрунт розширюється, коли до нього потрапляє вода, і стискається, коли висихає.Згодом величезний тиск, який чинить цей постійний рух на конструкції, може призвести до їх ушкодження. Будівельники можуть вжити заходів для зменшення цього впливу, визначивши тип ґрунту та його властивості.

З пученням ґрунту можна впоратися різними способами, наприклад, використовуючи вологозахисні бар'єри, вибираючи відповідні конструкції фундаментів та покращуючи дренаж на будівельному майданчику. Залежно від особливостей ділянки та ступеня пучення, кожен метод має свої переваги та підходить для різних сценаріїв.

Будівельники можуть гарантувати довговічність та стійкість своїх споруд, заздалегідь вирішивши проблему пучення ґрунту. Будь-який проект може виграти від міцного фундаменту та зменшення негативних наслідків руху ґрунту за відповідної стратегії.

Як відбувається пучення

Об'єм води при замерзанні змінюється у велику сторону, оскільки її щільність вища, ніж у льоду. Внаслідок цього маса ґрунту розширюється через вміст вологи. Так народилася ідея сил морозного здирання, тобто сил, що впливають на розширення ґрунту. У цьому випадку відбувається пучення ґрунту.

Практика! Як правило, рівень розширення ґрунту дорівнює 0.01.Це означає, що об'єм ґрунту збільшиться як мінімум на 1 см, якщо верхній шар землі промерзне на глибину 1 м.

Пучення грунту відбувається з кількох причин:

• Через глибину залягання верхнього водоносного шару. Якщо вода знаходиться близько до поверхні, навіть якщо замінити глину піском з гравієм, це буде неефективно.
• Засноване на глибині промерзання ґрунту в холодний період у конкретному регіоні.
• Залежно від типу ґрунту. Глина та суглинок містять найбільше води.

Ґрунти, що витріщаються і не витріщаються, розрізняються за складом грунту і клімату.

У чому різниця між пучинистими та непучинистими фундаментами

ГОСТ 25100-2011 класифікує ґрунти на 5 груп залежно від ступеня їхнього пучення.

• Надмірне пучення (рівень розширення ґрунту становить понад 12%);
• Сильне пучення - 12%;
• Помірне пучення - близько 8%;
• Слабопучинисті - близько 4%;
• Непучинистий – менше 4%.

Оскільки сухі ґрунти практично не зустрічаються у природі, остання категорія вважається умовною. Такі фундаменти можуть бути виконані тільки з граніту та крупнозернистих порід, але ці види ґрунтів дуже рідкісні в наших умовах.

Говорячи про пучення грунту та способи його визначення, важливо враховувати як його склад, так і рівень ґрунтових вод.

Бетонні конструкції схильні до серйозних пошкоджень через пучення грунту, але при використанні правильних методів ви можете ефективно вирішити цю проблему. Ви можете захистити свій фундамент і гарантувати довготривалу стабільність, якщо будете знати про поведінку ґрунту, використовувати відповідні дренажні рішення та застосовувати на практиці такі методи, як стабілізація та зміцнення ґрунту.Ця стаття допоможе вам зберегти цілісність ваших бетонних проектів, розглянувши здійсненні та прості кроки з керування та пом'якшення труднощів, спричинених пученням ґрунту.

Як самостійно визначити ступінь пучення ґрунту

Найпростіший спосіб дізнатися, чи є на вашій ділянці пучинисті ґрунти, - це викопати яму (вертикальний котлован) глибиною близько 2 метрів і спостерігати за нею протягом кількох днів. Потрібно пробурити свердловину на 1,5 метра глибше за допомогою садового бура, якщо на дні виритої ями не утворилася вода. Штанга використовується для вимірювання глибини залягання ґрунтових вод під поверхнею, коли в колодязі починає з'являтися вода.

Візуальний огляд ґрунту достатній для визначення типу ґрунту. На підставі цих даних можна зробити кілька загальних висновків про ступінь розширення ґрунту в холодну пору року.

При невеликому витріщенні грунту GWL буде нижче прогнозованої глибини промерзання. Тип ґрунту безпосередньо впливає на цю величину:

• алевритові піски - 0.5 m;
• піщані суглинки – не більше 1.0 m;
• суглинки - 1.5 m;
• глина – 2 м.

Рівень ґрунтових вод буде нижчим за глибину промерзання, якщо грунт відноситься до категорії середньої пучинистості:

GWL буде менше, якщо грунт сильно витріщається:

• 0.3 м - якщо грунт складається в основному з супіску;
• 0.7 м - суглинок;
• 1.0 м - глина.

Це не ідеальна основа для дрібнозаглибленого фундаменту, якщо глина та суглинок знаходяться відносно близько до розрахункової глибини промерзання ґрунту. Проте це не виключає будівництва на таких грунтах.

Як вирішити проблему пучення ґрунтів

Ступінь пучення ґрунту може бути зменшена різними способами. Розглянемо найбільш типові варіанти.

Заміна ґрунту

Оскільки заміна пучинистого ґрунту вимагає повної виїмки ґрунту на місці майбутньої будівлі, вона вважається найбільш дорогою та трудомісткою процедурою. Після цього фундамент будується на непучинистому ґрунті та засипається свіжий ґрунт або крупнозернистий пісок, гравій.

Обтяження будівлі

Імовірність того, що будівля опиниться під тиском ґрунту і розбухне в зимові місяці, вища, якщо її вага менша. Рекомендується зводити більші споруди, щоб запобігти виникненню такої ситуації. Однак і фінансові наслідки також є значними.

Будівництво плитного фундаменту

Використовуючи як основу будинку плитний фундамент, можна збільшити вагу будівлі та зняти тиск ґрунту. Сили морозного пучення впливатимуть на монолітну плиту, заглиблену більш як на 20 см; проте в цьому випадку плита просто рівномірно підніматиметься протягом зими і повертатиметься у вихідне положення при підвищенні температури повітря.

Будівництво плитного фундаменту технічно просто (проблеми можуть виникнути тільки на етапі армування), але вартість такого типу фундаменту буде високою.

Установка пальового фундаменту

Установка пальового фундаменту буде найменш витратним варіантом, якщо ви хочете вижити з мінімальними втратами. Однак слід пам'ятати, що подібні конструкції застосовні лише для легких будинків (каркасних, з SIP-панелей тощо).

Як відправна точка можна навести такі варіанти:

• гвинтові палі, які вкручуються в ґрунт трохи нижче рівня промерзання;
• посилені конструкції (у цьому випадку необхідно підготувати колодязі та встановити в них прути, обгорнуті руберойдом, та металевий каркас).

Після встановлення паль для з'єднання елементів використовуються розподільні навантаження плити або балки (ростверк), які утеплюються пінопластом або пінополістиролом і укладаються по периметру майбутньої будівлі.

На пучинистих ґрунтах деякі будівельники зводять цегляні стовпчасті будинки висотою до 60 см, заглиблюючи фундамент приблизно на 15 см; однак такі фундаменти підходять лише для літніх кухонь, павільйонів та інших нежитлових споруд.

Постійне опалення будинку

Температура ґрунту під опалювальним і неопалюваним будинком буде майже на 20% вищою в першому випадку. У світлі цього сила здирства буде мінімальною, якщо мешканці живуть у будинку цілий рік і він опалюється.

Дренаж ґрунту

Ви можете знизити вміст води в ґрунті, щоб зупинити розширення ґрунту. Для цього необхідно побудувати дренажний колодязь і розмістити його на певній відстані від будівлі. Щоб створити таку систему, необхідно:

• Викопайте траншею довкола будинку.
• Прокладіть у ньому труби з невеликими отворами з обох боків. Щоб вода йшла з будинку самопливом, труби потрібно укладати під невеликим ухилом у бік дренажного колодязя. Відповідно, чим ближче трубопровід до колодязя, тим глибше він прокладається.
• Посипте труби гравієм та накрийте їх геотекстилем.

Теплоізоляція ґрунту

Один із способів зменшити пучення ґрунту – побудувати глуху зону. Як правило, подібна конструкція зводиться по периметру будівлі, щоб захистити фундамент від опадів. Однак ви можете зменшити ступінь розширення ґрунту взимку, додавши надійнішу теплоізоляцію в глуху зону.

Щоб створити ізольовану глуху зону, необхідно дотримуватися цих рекомендацій:

• Ширина вимощення має бути на 1-1.5 м більше, ніж ширина промерзання грунту.
• Як основа для глухої зони рекомендується використовувати пісок, який ретельно утрамбовується і поливається водою.
• Розширений полістирол або інший утеплювач укладається на пісок шаром близько 10 см.
• Зверху укладається гідроізоляція (руберойд).
• На шар гідроізоляції укладається щебінь, і все заливається бетоном.
• Перед бетонуванням рекомендується армувати сталевою сіткою діаметром 4 мм і розміром осередків 15 x 15 мм.

Хоча впоратися з пучинистими ґрунтами може бути непросто, це цілком можливо при наявності відповідної стратегії. Перший крок — зрозуміти властивості ґрунту і те, як на нього впливає волога.

Інший спосіб зменшити проблему - застосувати методи стабілізації ґрунту, наприклад, додати вапно або інші стабілізуючі речовини.

Довгострокове вирішення проблеми будівель, які вже постраждали від пучення ґрунту, можна знайти за допомогою підсипки та інших методів ремонту фундаменту. Використовуючи ці методи, можна стабілізувати фундамент та зупинити додатковий рух, викликаний розширенням ґрунту.

Зрештою лікування пучинистих ґрунтів потребує поєднання профілактичних і коригувальних заходів.