Фундамент на пучинистых грунтах: особенности возведения

При закладке фундамента для строительства дома обязательно следует учитывать тип грунта в том месте, где он возводится. На конструкцию основания и всей постройки большое влияние оказывает такое явление, как морозное вспучивание почвы.

Процесс пучения очень коварен. Он возникает во влажных мелкопесчаных, глинистых, суглинистых или пылеватых почвах. При минусовой температуре почва промерзает до определенной глубины, увеличиваясь в объеме. Влияние таких подвижек почвы следует учитывать еще до закладки основания. Напряжение в грунте вызывает его значительную деформацию, что приводит к плачевным последствиям. Сила пучения приподнимает и тяжелые конструкции.

При замерзании воды ее объем увеличивается от 4 до 12%. Чем больше влаги может впитать почва, тем большему вспучиванию она подвергнется зимой. Грунты, подверженные морозному вспучиванию, делятся на:

• сильнопучинистые (до 12% вспучивания);
• среднепучинистые (до 8%);
• слабопучинистые (до 4%).

Пучинистый грунт: что это такое

Пучение — процесс увеличения объемов грунта в процессе его промерзания. Такая особенность объясняется присутствием большого количества влаги. При замерзании жидкость кристаллизуется, что существенно отображается на объеме почвы.

В случае присутствия в грунте чрезмерного количества влаги — пучение неизбежно. К такой разновидности относятся грунты с преобладанием в их составе глинистых составляющих: суглинков, супесей и глин. Некоторые типы почв лишь слегка поддаются процессам пучения, а другие слишком заметно подвергаются этому воздействию.

Строители рекомендуют осуществлять заглубление фундамента в пучинистых грунтах, ниже уровня промерзания. Только в таком случае риск его разрушения в процессе эксплуатации постройки сводится к минимуму. Интенсивность и параметры глубины промерзания почвы определяются следующими параметрами в пределах каждого отдельного региона:

• длительность холодов;
• количество дней с минусовой температурой;
• объем снега и толщина его покрова;
• время выпадения твердых и жидких осадков относительно сезона; вид грунта, а также его состав;
• показатели влажности;
• растительность и экспозиция участка;
• наличие грунтовых вод и их уровень;
• рельеф территории.

Для самостоятельных подсчетов пучинистости земли стоит использовать формулу Е = (H-h)/h. Символ «h» — является высотой почвы до замерзания, а «Н» — высота грунтового массива после замерзания. По этой формуле можно вычислить внутренние изменения в объемах земли после ее замерзания. В случае превышения показателя в 0,01, почва относится к числу пучинистых. Другими словами: при промерзании почвы вглубь на 1 м, грунт вырастает на 1 см.

Можно ли соорудить надежную основу дома, если на участке глинистая почва?

Глинистый грунт состоит из чешуйчатых элементов, склонных к накоплению влаги.

Разновидность пучинистых почв представляют собой глина, суглинки, а также глина в сочетании с песком

Глина, суглинки, а также глина в сочетании с песком представляют собой разновидность пучинистых почв, отличающихся непредсказуемым характером:

• сухой глинистый грунт характеризуется рассыпчатостью, что усложняет строительство на глинистой почве фундамента;
• переувлажненная почва подвержена морозному пучению, постепенно разрушающему фундамент на глинистой почве.

Указанные факторы отрицательно влияют на прочностные характеристики фундаментного основания.

Следует серьезно отнестись к выбору оптимального варианта фундамента и обратить особое внимание на следующие факторы:

• характеристики глинистого грунта. Забор проб для лабораторных исследований осуществляется путем выполнения шурфов на расчетную глубину. Анализ образцов целесообразно осуществлять в весенние месяцы, когда влага в грунте поднимается близко к его поверхности;
• уровень промерзания грунта. В литературных источниках и профессиональных сайтах представлена информация по максимально возможной глубине замерзания почвы в различных регионах, позволяющая определить тип и уровень заглубления фундаментной основы;

К выбору оптимального варианта фундамента следует отнестись серьезно

близость водоносных слоев и способность глинистой почвы поглощать влагу. Глубина пластов воды определяется при бурении, а склонность глины к впитыванию влаги определяется в лабораторных условиях. Образцы увлажняют с последующим контролем продолжительности высыхания.

Лабораторный анализ почвы, поднятой с различной глубины, позволит получить полное представление о характеристиках и строении глинистого грунта, который делится на следующие разновидности:

• глинистую почву. Концентрация чистой глины достигает 1/3 от общего объема грунта. Такая почва отличается повышенной сыпучестью и высокой пластичностью;
• суглинки. Наряду с 10% глины такие почвы содержат песчаную фракцию. В зависимости от содержания песка и глины они делятся на легкие, средние и тяжелые;
• супеси. Концентрация глины не превышает 1/5 часть от суммарного объема. Из-за повышенной концентрации песка супеси малопригодны для строительства.

Позволит получить полное представление о характеристиках и строении глинистого грунта лабораторный анализ почвы, поднятой с различной глубины
Глина делится на следующие типы:

• ледниковая. Она обладает повышенной нагрузочной способностью и пригодна для возведения фундаментных оснований;
• аллювиальная. Она характеризуется повышенной пластичностью, что затрудняет строительство фундаментов.

Профессиональные строители утвердительно отвечают на вопрос о возможности сооружения надежного фундамента на площадке с глинистым грунтом

Важно правильно выбрать оптимальный вид фундамента для конкретных условий строительной площадки. При близком расположении водных пластов, находящихся выше уровня замерзания, следует перед сооружением фундамента сделать дренажную систему

Она обеспечит эффективный отвод влаги от основания здания.

Утвердительно отвечают на вопрос о возможности сооружения надежного фундамента на площадке с глинистым грунтом-профессиональные строители

Чем чревато вспучивание почвы несущей конструкции

В случае заложения фундамента на уровне промерзания при склонных к пучению грунтах, то как только наступят холода и он начнет увеличиваться в объемах, фундаментная плита начнет подниматься. Данная ситуация может пагубно отразиться на целостности строения. После укладки основания ниже уровня земли, который подвергается замерзанию, процессы пучения будут воздействовать на дом по касательной, а не только на основание конструкции.

Данная ситуация также не гарантирует сохранность фундамента, так как деформирующие процессы оказывают сильное влияние на стены снаружи. Часто такие проблемы затрагивают деревянные и каркасные строения, которые отличаются незначительной массой.

Наиболее крупные проблемы с фундаментом возникают при оттаивании замерзшей воды, когда вспученная земля начинает опускаться и вызывать конструкционную просадку. Порой такая ситуация чревата перекосом дома, в худшем случае он становится вовсе не пригодным для использования по причине разрывов основания.

Возможные ошибки

Наиболее часто встречающиеся промахи при возведении незаглубленного столбчатого основания – это:

• 
  неправильный выбор конструкции фундамента;

• чрезмерная экономия расходных материалов;
• неверный расчёт количества и опорной площади столбов;
• невыполненная гидроизоляция;
• производство работ в зимнее время;
• подбор некачественных материалов.

Соблюдение базовых требований к строительству и недопущение вышеуказанных ошибок позволит возвести крепкое долговечное основание.

Много важной и полезной информации о столбчатом фундаменте найдете здесь.

Вспучивание и методика борьбы с ним

При необходимости возведения фундамента на пучинистых грунтах, в процессе строительства необходимо воспользоваться следующими мерами для предотвращения воздействия на постройку:

• Полнейшая замена почвы на не склонные к пучению виды. Под несущее основание засыпают песок и щебень. Из непучинистых составляющих осуществляется обратная отсыпка, которая позволяет уменьшить процессы воздействия на стены.
• Обустройство основания идеально-гладкими стеновыми конструкциями снаружи, которые достигаются посредством слоев гидроизоляции. Наличие этих прослоек предотвращает сцепление почвы с основанием строения.
• Обустройство несущего основания подобного расширенному монолиту в нижней его части. Этот способ уместен для свайного фундамента, ленточного и даже столбчатого.
• Укладка теплоизоляции горизонтально по периметру всего строения. Этот способ особо действенен, если в строение проводится отопление и утепляется цоколь.

Влияние вспучивающих сил особо заметно в местах приближения влаги к поверхности. Избыток влажности в грунте чреват его размытием.

Фундаменты повышенной жесткости

Типы фундаментов для пучинистых грунтов
Это специальные конструкции, приспособленные к неравномерным деформациям основания за счет разности степени пучинистости различных участков почвы. Они бывают:

• Ленточные;
• Плитные;
• Столбчатые с ростверком.

Конструктивно, такие основания предусматривают жесткое соединение всех блоков в единое целое, поэтому каждый элемент конструкции передает нагрузку на соседние зоны фундамента и нейтрализует их. При проектировании таких оснований используются совершенно новые расчетные параметры, такие как расчет по деформациям пучения и горизонтальные сдвиги.

Учитывая, что тут возможны и неравномерные деформации, то их значения не должны быть выше, чем предельно допустимые.

Параметры, используемые при проектировании жестких фундаментов:

• Пучинистые свойства грунта и возникающее в нем давление;
• Жесткость фундамента и надфундаментных элементов на изгиб;
• Стойкость к вертикальным и продольным деформациям;
• Учет активного влияния несущих стен и перекрытий при стабилизации движения фундамента;
• Расчет жесткости и гибкости несущего каркаса здания (арматурного пояса);
• Масса будущего здания;
• Точный учет свойств грунта.

Как показала практика, сложными при возведении жестких фундаментов остаются только расчеты, ведь в результате получатся исходные данные для возведения основания. А возвести его не составит труда, причем это относительно дешевый процесс, сделать который можно и своими руками без подключения мощной строительной техники.

Возведение основания на склонных к пучению грунтах

Глубокое обустройство фундамента будет максимально уместным на пучинистых грунтах. Для возведения основания постройки пригодятся инструменты и материалы:

• цемент;
• песок;
• вода;
• гравий;
• щебень;
• арматура;
• бетон и бетономешалка;
• лопата.

Боковые стены конструкции будут под надежной защитой от пучения в грунте. Для укладки днища на большую глубину, потребуется много стройматериала, поэтому будут существенные затраты.

Приходилось ли вам ранее строить дома на пучинистых грунтах?

Да

Нет

Свайно-винтовой

Фундамент на винтовых сваях — это пространственная конструкция, состоящая из вертикальных опор. За равномерное распределение нагрузок на основание отвечает монолитный ростверк или обвязка из доски, бруса, швеллера, двутавровой балки. Выбор обвязочного пояса зависит от типа, размера и этажности постройки.

Плюсы фундаментов на винтовых сваях:

• Возможность установки опор вручную. Этот факт позволяет строить здания рядом с уже готовыми постройками.
• Отсутствие земляных работ. Сваи с винтовыми лопастями просто ввинчиваются в грунт по размеченным точкам.
• Возможность строительства на участках со сложным рельефом. Винтовые сваи можно использовать для застройки участков со склонами и перепадами по высоте.
• Скорость строительства. На формирования свайного поля для строительства дома уходит один-два дня. Еще столько же потребуется для монтажа обвязочного пояса.

Единственным недостатком свайно-винтовых фундаментов является невозможность строительства на скальных и каменистых грунтах.

Неравномерная осадка основания постройки и ее особенности

В холодный сезон особенно подвержены промерзанию пучинистые слои грунта с повышенным содержанием влаги. Из-за кристаллизации воды они увеличиваются в объеме и выпучиваются. Грунтовые пласты начинают приподниматься в пределах глубины промерзания, поэтому все строения подвержены усадке. Серьезные неприятности возникают у построек, периметр которых не защищен и не способен противостоять пучению. Фундаментальная плоскость вскоре даст трещину, которая приведет к разрушению.

Для эффективного противостояния возможной осадке основания, в том числе свайного, необходимо взвешенно подходить к вопросу о строительстве стен здания, так как они могут иметь очень разнообразный вес. Обустройство фундамента должно учесть конечные нагрузки стен на основание, они не должны быть слишком тяжелыми.

Как построить самостоятельно?

Самостоятельное обустройство фундаментного основания состоит из нескольких этапов:

1. Подготовительные работы.
2. Установка столбов.
3. Монтаж ростверка.

Подготовительный этап

Они включают в себя следующее:

• разметка участка;
• расчёт конструкции НСФ;
• земляные работы.

Разметка участка

Согласно чертежам план дома переносят на участок. Для этого используют шнур, рулетку, реперы (деревянные колышки или отрезки арматуры). Значительно облегчит разметку лазерный уровень. Его можно купить или взять в аренду.

Далее поступают следующим образом:

1. На земле реперами отмечают углы будущего строения. Если здание в плане представляет собой прямоугольник или квадрат, прямые углы корректируют промерами диагоналей с помощью шнура.
2. Отмеряя расстояния 1,5 – 2 м между пересечениями стен и углами, фиксируют точки опор реперами.

Если планируется установка в доме тяжёлого оборудования (отопительный котёл и пр.), по периметру опорной площадки проектируют установку дополнительных столбов.

Расчёт конструкции

Нужно определить максимальную нагрузку от всего дома или сооружения. Как было сказано ранее, учитывают вес всех строительных конструкций, возможное максимальное количество людей, одновременно находящихся в постройке (берут средний вес человека 70 кг плюс 10% запаса).

Определяют вес мебели и оборудования. Необходимо принимать во внимание среднегодовую снеговую нагрузку на кровлю.

Получив окончательный результат, его делят на количество опор. Полученное число будет максимальной нагрузкой на каждый отдельный столбчатый фундамент. Необходимо знать расчётное сопротивление грунта (R0) земельного участка под застройку.

В интернете можно найти калькуляторы расчёта. Но для этого надо знать особенности почвы, её характеристики. Лучшим вариантом будет – взять данные характеристик грунтового основания в местном отделении землеустройства.

Пример расчёта: почва на участке представляет собой суглинок, её R0 будет равно 1, 88 кг/см2. Общая нагрузка от постройки составляет 2400 кг. На каждую из 10 опорных точек будет приходиться нагрузка 240 кг.

Следовательно, минимальная площадь каждого фундамента будет равняться: 240/1,88 = 127,66 см2. То есть величина опорной пяты в виде квадрата со сторонами примерно 12 см будет достаточной для того, чтобы фундамент выдержал нагрузку от строения.
Надо обязательно принимать во внимание поправочный коэффициент запаса прочности величиной 1,2. Также нужно учитывать Ro материала, из которого будут изготавливаться столбы.

В данном случае подойдёт столбик из красного обожжённого кирпича марки М 150 или М 200, железобетонный столб размером 300 х 300 мм или асбестовая труба ø 150 – 200 мм, заполненная бетоном. Выбор материала остаётся за застройщиком.

Земляные работы

В местах разметки опор снимают растительный слой до твёрдого грунта. Затем выбирают почву на глубину 150 – 200 мм размером согласно расчёту.

Ямки заполняют песком или песчано-гравийной смесью. Подушки тщательно трамбуют. Укладывают листы рубероида. На этом основание под столбы готово.

Установка опор

Самые популярные способы устройства незаглублённых столбчатых опор – это возведение таких конструкций, как:

• железобетонные столбы;
• кирпичные столбики;
• асбестовые трубы.

Железобетонные столбы:

1. Собирают опалубку из досок, деревянных щитов или полимерных листов. Для монтажа элементов ограждений используют гвозди, проволоку либо другой подручный крепёж.
2. В готовый короб помещают вертикально 4 – 5 отрезков арматуры периодичного профиля ø 10 мм. Отрезки между собой скрепляют проволокой. Арматура должна выступать из стакана на 150 — 200 мм.
3. Опалубку изнутри обкладывают рубероидом.
4. Замешивают цементный раствор М 150 – 200. Добавляют щебень средней фракции.
5. Готовую смесь заливают в опалубку послойно по 150 мм. Каждый слой трамбуют отрезком арматуры либо стержнем из прочного материала.
6. Столбы застывают и набирают несущую способность в течение 28-30 дней. Нужно следить за тем, чтобы бетон не пересыхал и был защищён от дождя.
7. Опалубку демонтируют и приступают к монтажу ростверка.

Кирпичные столбики:

1. Кладку выполняют в форме квадрата со стороной шириной 1/5 кирпича.
2. В центральное отверстие вкладывают отрезки арматуры и заливают цементным раствором.
3. Через 25 – 30 дней фундаменты готовы к дальнейшему строительству.

Кирпич пористый материал и способен впитывать влагу, что может вызвать разрушение опор. Поэтому фундаментную кладку нужно защитить слоем гидроизоляции. Внешние поверхности столбиков обмазывают горячим битумом и укрывают рубероидом.

Асбестовые трубы:

1. Трубы нарезают отрезками длиной 300 – 400 мм и устанавливают строго вертикально на песчаные подушки.
2. Внутрь труб, как и в предыдущем случае, вставляют арматуру и заливают бетоном.
3. Чтобы избежать непредвиденных смещений, опоры укрепляют распорками.
4. Асбест является одновременно опалубкой и несущей частью конструкции фундамента. По окончанию застывания бетона в трубах приступают к дальнейшему этапу строительства.

Монтаж ростверка

Ростверки (обвязки) делают из бруса, железобетонной ленты или металлического профиля. Обвязка служит для равномерной передачи нагрузки от здания на столбчатые фундаменты.

При возведении незаглублённых опор для лёгких сооружений наиболее подходит ростверк из бруса или металлопроката невысокого профиля. Железобетонная лента будет слишком тяжёлой для небольших точечных опор.

Брус укладывают на столбы, скрепляя проволокой с выпусками арматуры. Металлический профиль приваривают сваркой к той же арматуре.

Борьба с пучением при помощи инженерно-мелиоративных методов

• Приподнятие уровня строительной площадки благодаря способу отсыпки среднего или крупного песка из непучинистых грунтов. Данный способ поможет сократить глубину возможного промерзания склонной к вспучиванию земли.
• Глубинный дренаж. Данный метод малоэффективен, если подвальное помещение отсутствует. Его нельзя назвать крайне доступным, но именно этот способ позволит избежать подтопления или деформационных вмешательств при наличии цокольного этажа или погреба, которым нужно утепление.
• Уплотнение тяжелой трамбовкой, снижающей пористость грунта. Для индивидуального строительства этот способ является довольно трудоемким и достаточно дорогим, поскольку требует применения мощных механизмов и оборудования.

Подготовительные работы

Прежде чем приступать к работе, производится определение геометрических параметров и размеров постройки, а также подбор материалов. Количество бетона определяется из расчета его плотности и габаритов несущих конструкций.

Для фундаментов частных домов рекомендован бетон М200, в то время как для более тяжелых сооружений предпочтение отдают М250, а на чрезмерно пучинистых основания пригоден композитный материал М350.

В расчет включается длина конструкции по периметру и площадь ее внутренних перегородок. При этом глубина строительства фундамента определяются исходя из характеристик грунта, расходных материалов и этажности здания. Следует учесть, что расположение влаги должно быть ниже на 50 см от подошвы основания, иначе велика вероятность проявления деформаций.

По завершению проектировочных работ размеры с бумаги переносятся на местность, производится проверка правильности расстановки отметок. Обозначенный участок очищается от мусора и снимается верхний слой почвы.

Разметка будущего фундамента на участке