Сили морозного здимання грунтів

Головна »Статті» Сили морозного здимання грунтів

Природа сил обдимання

Морозний пучение - це збільшення обсягу грунту при негативних температурах, тобто взимку. Відбувається це через те, що волога, що міститься в грунті, при замерзанні збільшується в об'ємі.

Щільність води становить 1000 кг / м3, щільність льоду 916 кг / м3, це означає, що при однаковій масі лід буде займати більший об'єм, ніж вода приблизно на 9%. Взимку вода, що міститься в грунті, перетворюється на лід, збільшуючись в обсязі, і тим самим створює тиск на грунт. Під дією цього тиску грунт починає рухатися. Це тиск не може продавити глибоко залягають нижні щільні шари грунту тому видавлює грунт вгору, а разом з ним і фундамент будинку.
Найбільше морозному пученію схильні глинисті грунти (обсяг грунту може збільшуватися на 10-15%, тобто пріглубіне промерзання 1,5 м - на 15-20 см). Піщані грунти схильні до пученію набагато менше; кам'янисті і скельні - практично не схильні. Різниця в тому, що глина не пропускає крізь себе воду, тому грунти містять глину накопичують в собі вологу. А між частинками піску або гравію вода просочується і йде в нижні шари, а та волога, яка і міститься в піщаному грунті розподіляється в ньому рівномірно, тому пученіє такого грунту відбувається рівномірно, що вже не так небезпечно для фундаменту будинку.
Взимку сила обдимання досить велика, щоб підняти фундамент разом з будинком, при цьому немає ніякої гарантії, що піднятий будинок навесні повернеться в початкове положення. Це було б не так страшно, якби будинок піднімався і опускався рівномірно, але це не так. В результаті в будинку виникають перекоси стін, дверних прорізів і вікон. Найбільшою мірою це відноситься до каркасних або щитовим будинкам, в меншій мірі до будинків складеним з бруса, так як вони самі по собі представляють жорстку конструкцію. Стіни цегляного будинку при обдиманні можуть потріскатися через те, що фундамент піднімається нерівномірно - з одного боку більше, з іншого менше. Наприклад, під опалювальним будинком земля не промерзає, і частина фундаменту під внутрішніми стінами будинку не відчуває дії пучения, в той час як навколо будинку за зовнішніми стінами фундаменту промерзання є. Восени з північної сторони будинку земля починає промерзати швидше, ніж з південної: з одного боку будинку є пученіє, з іншого - немає.

Вплив сил морозного пученія на фундамент

Сили морозного обдимання діють не тільки на підставу фундаменту, але і на його бічні стінки, адже грунт збільшується в об'ємі не тільки під підставою фундаменту, але і навколо нього. Грунт, що знаходиться навколо фундаменту, взимку примерзає до його стінок і під час руху тягне його за собою. Таким чином, всю силу пучения можна розкласти на дві складові: одна діє на підставу (нормальна складова), друга на стінки (дотична складова). Чим глибше закладається фундамент, тим менше сила обдимання, яка діє на основу фундаменту. Але разом з тим бокова поверхня збільшується і з нею збільшується сумарна дотична сила, що діє на стінки фундаменту. Вплив дотичного пучения може бути дуже значним - до 5-7 т на квадратний метр. Цього вистачить, щоб видавити з грунту глибоко заглиблений фундамент, на якому зведено легкий каркасний будинок, вага якого не здатний врівноважити дію пучения. Тому заглиблення фундаменту на глибину нижче глибини промерзання зовсім не гарантує його стійкість до пученію. Наприклад, стовпчастий фундамент дерев'яного каркасного будинку, заглиблений на два метри, буде виштовхувати вгору дотичними силами морозного обдимання, підстави стовпчиків фундаменту будуть відриватися від шару грунту, на який вони спиралися, грунт буде сипатися в утворену щілину і заповнить його. Навесні, коли земля розмерзнеться, стовпчика нікуди буде опускатися, він так і залишиться в "піднесеному" стані, а на наступний рік історія повториться.

Існує дві крайності:

Глибоко заглиблений фундамент: на його підставу не діють сили обдимання, зате на його бічну стінку їх вплив максимально. Заглиблені фундаменти застосовуються для будівництва цегляних, кам'яних і бетонних будинків, вага яких повинен врівноважити дію дотичних сил обдимання.
Дрібно заглиблений фундамент: на його підставу сили пученія діють в повній мірі, але зате мінімально їх дотичне вплив на бічні стінки. Такі фундаменти застосовуються для будівництва каркасних, щитових і дерев'яних будинків.

Графік залежності сили обдимання від глибини закладення фундаменту

На малюнку показана залежність величини сил обдимання від глибини закладення фундаменту. З нього видно, що максимальної силі пучения буде схильний до фундамент, закладений на глибину близько 0,5 м - тому це найменш підходяща глибина.

Як боротися з силами пученія?

Для захисту від морозного обдимання існує кілька способів: заміна грунту на непучиністих, видалення вологи з ґрунту, утеплення грунту. Заміна грунту на непучиністих (тобто на піщаний) можлива при закладенні фундаменту. Під його підставу укладають подушку з утрамбованого піску висотою близько 30 см і шириною на 20 см більше, ніж ширина фундаменту. Сенс цієї подушки в тому, щоб, по-перше, рівномірніше розподілити навантаження від фундаменту, по-друге, зменшити дію нормальної складової сил обдимання на мелкозаглубленний фундамент. Тут треба розуміти, що піщана подушка знижує дію пучения не за рахунок того, що пісок непучиністих грунт, а за рахунок зменшення шару пучинистого грунту. Якщо при глибині промерзання 1,5 м укладати фундамент на глибину 1 м, то шар пучинистого грунту складе 50 см а його можливе збільшення до 5 см. Якщо під той же фундамент робити піщану подушку 30 см, то шар пучинистого грунту складе вже не 50 см а 30 см, і його можливе збільшення буде не більше 3 см. непучиністим грунт також рекомендується використовувати для зворотної засипки після того, як фундамент залитий і опалубка з нього знято. Так в безпосередньому контакті з фундаментом буде знаходитися непучиністих грунт, який не містить вологи, яка не буде примерзати до його стінок. Згодом (через кілька років) пісок в зворотній засипці і в подушці може замулитися: частинки глини з навколишнього грунту будуть потрапляти в нього, і він втратить свої виникненню здимань властивості. Для захисту від замулювання піщану подушку і зворотну засипку потрібно відокремити від решти грунту плівкою або фільтрує тканиною.

Інша міра по боротьбі проти обдимання - це видалення вологи, в свою чергу цей захід можна розділити на дві складові - захист від попадання вологи з атмосферними опадами і видалення вже наявної вологи. Щоб захистити грунт навколо фундаменту від опадів у вигляді дощу і снігу, що тане по всьому периметру будинку потрібно робити вимощення. Її ширина повинна бути більше ширини зворотної засипки, щоб вода відводилася подалі від фундаменту.

Утеплення грунту навколо будинку дозволяє зменшити або взагалі виключити промерзання землі. Завдяки утепленню грунту стає можливе будівництво мелкозаглубленних фундаментів за рахунок штучного зменшення глибини промерзання. Однак це можливо тільки в областях, де середньорічна температура позитивна. Ширина смуги утеплювача повинна відповідати глибині промерзання: якщо земля промерзає на 1,5 м, то утеплювати треба навколо будинку смугу шириною 1,5 м. Товщина утеплювача залежить від його теплоізоляційних властивостей і від кліматичних умов.

Ще один захід із захисту фундаменту від морозного обдимання, що застосовується при будівництві будь-яких видів фундаментів, - це зробити його поверхню більш гладкою. Сам по собі бетон - пористий матеріал, і з його поверхнею грунт добре змерзається і при обдиманні сильно впливає на нього. Найпростіший спосіб усунути це - прокладати руберойд між поверхнею фундаменту і грунтом. Руберойд більш гладкий матеріал, і рухомий грунт буде по ньому ковзати, і дотична складова сили обдимання значно знижується.

Будинок "під ключ" за 500 тисяч рублів