Современные подходы к организации строительства объектов на многолетних мерзлых грунтах, а также в зонах сезонного оттаивания грунтов дают возможность использования новых, более эффективных разработок в сфере обеспечения противопучинных мероприятий — таких, как сложно-модифицированная полимерная оболочка ОСПТ «Reline».
Секреты, которые помогут не бояться морозное пучение
Морозное пучение относится к агрессивным факторам природного характера, наносящим существенный вред фундаменту и зданию, вызывая разрушительные процессы.
Выбор типа и закладка фундамента очень ответственный и важный этап любого строительства. Здесь необходимо учесть разные факторы и нюансы, от которых зависит прочность и долговечность будущего строения. Об основе здания специалисты заботятся еще в процессе проектировочных работы, тщательно выбирая его тип, материалы и конструкцию.
Однако перед этим требуется тщательное изучение местности, на которой планируется возведение дома. С этой целью проводятся геолого-геодезические изыскания, позволяющие определить характер почвы, глубину промерзания земли, уровень залегания водоносного подземного пласта и другие важнейшие детали. Перечисленные показатели являются жизненно важными в деле выбора и закладки основания, от которых зависит надежность строения.
Морозное пучение имеет огромную силу, вызывая разрушение бетонных или кирпичных сооружений. Как показывают исследования, давление замерзшей влаги на см/кв составляет 2500 кг. После обильных осадков вода глубоко просачивается в почву. Часто она не успевает впитаться в почве и преодолеть точку промерзания. Под влиянием низких температур, она превращается в лед и начинается морозное пучение. Данное явление пагубно сказывается на основе помещения. Сила вспучивания зависит от количественного содержания влаги в почве. Если ее слишком много, последствия будут тяжелыми.
Глубина промерзания
Состав и характер земельного участка предопределяет выбор стройматериалов и типа фундамента. Вспучивание характеризует разные варианты грунта. Наиболее опасными в этом отношении считаются:
Характерной особенностью перечисленных разновидностей почвы является наличие пыльных частиц в своем составе. Если в песке нет таких мельчайших частиц и она состоит из гравия или же крупных фракций, сезонному вспучиванию он фактически не подвержен. Мельчайшие частицы удерживают просочившиеся в землю осадки и связывают их. Аналогичное касается и подземных вод. После замерзания этой влаги, происходит увеличение объемов в диапазоне 9-12 процентов. Именно такое расширение сдавливает основу постройки и выталкивает их наружу.
Ситуация усугубляется под воздействием различных сопутствующих факторов. Обильные атмосферные осадки осенью приводят к интенсивному пропитыванию почвенных слоев водой. Это также приводит к деформационным явлениям основания. Особой опасности подвергнуты местности с высоким залеганием подземного водоносного пласта. Влага в подобных местах поднимается капиллярным способом, захватывая все новые площади. В столице и области более 82 процентов разновидностей грунтов считается пучинистыми.
В чем опасность?
Кроме вспучивания фундаменты разных типов подвержены воздействию процесса оттаивания. С заморозками атмосферная температура падает до минусовых показателей. Земля в это время замерзает на глубину 1-2 метров. Это приводит к расширению грунта и образованию выталкивающего давления на основу помещения. Оно деформируется вертикально, вызывая разрушительные процессы. Когда наступает оттепель, происходит оттаивание обледеневшей земли. Плотность грунта пропадает, а объемы начинают уменьшаться.
Это явление приводит к излишней усадке базиса. Самым опасным по мнению специалистов, считается неравномерное морозное пучение. Данное явление зависит от толщины покрова снега. Если толщина слишком большая, граница промерзания повышается. В результате происходит расширение ареала вспучивания.
Схема промерзания
Пучинистые процессы зависят от схемы промерзания, которая на каждом земельном участке является уникальной. Это не раз доказывала строительная практика. Поэтому важным требованием к любому строительству является тщательное изучение участка, анализ почвенных слоев, учет климатических особенностей региона, а также точное определение точки промерзания.
От полученных в результате подобных исследований данных зависит прочность базиса здания. Чтобы не допустить ошибок, лучше воспользоваться услугами опытных специалистов-инженеров, использующих специальный инструмент и оборудование.
Каким зданиям грозит самая большая опасность?
Наиболее уязвимыми в этом отношении считаются легкие постройки, отличающиеся небольшим весом и хрупкостью конструкции. Это касается пенобетонных, древесных или же каркасно-панельных сооружений. Под давлением вспучившейся земли такие здания легко поддаются выталкивающим процессам. Недостаточный вес не может противостоять подобному явлению.
При выполнении работ на грунтах с высокой вероятностью морозного пучения строящийся объект может защищаться с использованием одного или несколько вариантов, рассмотренных ниже.
Что такое пучение грунта
Перекошенные дверные коробы, трещины на стенах и щели в оконных коробах — следствие деформационных влияний, оказываемых грунтом на основание дома.
Деформационные нагрузки почвы на основание происходят в результате сезонного промерзания грунта — так называемого морозного пучения.
Рис 1.1: Трещины в цоколе — характерный признак воздействия сил пучения на фундамент дома
Пучение — это изменение объема почвы, происходящее в следствии замерзания грунтовых вод, которыми она пропитана.
Совет эксперта! Расширение объема почвы обуславливается тем, что номинальная плотность воды в жидком состоянии составляет 1000 килограмм на кубометр, тогда как плотность льда — 917 кг/м3.
При наступлении сезонных морозов происходит следующее: согласно законам физики масса жидкости после замерзания остается неизменной, однако ее объем расширяется почти на 9%, в результате это расширения влага оказывает давление на почву — поскольку движение почвы вниз невозможно, из-за высокой плотности нижерасположенных слоев грунта, грунт движется вверх и поднимает фундамент здания.
Рис. 1.2: Почва, увеличившаяся в объеме в результате морозного пучения
Выделяют два характера воздействий морозного пучения на основание дома:
- Вертикальное выталкивающее воздействие — происходит вследствие пучения слоев почвы, расположенных под основанием здания;
- Касательное пучение — это выталкивающее воздействие, которое происходит вследствие пучения грунта, контактирующего с боковыми стенками фундамента.
Для оснований любого вида — ленточных, плитных и свайных, опасным является не только сам процесс вспучивания почвы, но и последствия ее оттаивания.
При наступлении зимы, когда температура понижается ниже нуля и грунт промерзает на глубину одного-двух метров, почва расширяет и начинает выталкивать фундамент здания. Происходит вертикальная деформация основания. При наступлении оттепели, замершие грунтовые воды оттаивают, почва теряет свою плотность и под давлением массы здания уменьшается до объемов, на несколько процентов меньших ее первоначальных размеров — в результате этого происходит дополнительная усадка фундамента.
Совет эксперта! Наиболее опасным для фундаментов является неравномерное пучение грунта, которое может наблюдаться при разной толщине снежного покрова — чем он толще, тем выше поднимается граница промерзания почвы и тем больший ее пласт подвергается пучению.
Рис. 1.4: Результат морозного пучения грунта
Строительная практика показывает, что конкретный земельный участок может иметь крайне сложную схему промерзания и пучинистого поднятия почвы.
К примеру: грунт вокруг здания, расположенного на среднепучинистой почве, по внешнему периметру постройки может иметь глубину промерзания до полутора метров и при сезонном пучении подниматься до 10 см. вверх, тогда как грунт, расположенный под домом всегда будет более теплым и сухим, и пучению может не подвергаться вообще.
Только так можно решить проблему и не допустить разрушения здания в результате пучения: посмотреть
Неравномерное пучение также может стать следствием оттаиванием снежного покрова на южной стороне здания — почва, пропитанная влагой из оттаявшего снега, при наступлении следующих заморозков будет подвергаться увеличенным силам пучения, в сравнении с силами на северной стороне здания.
Совет эксперта! В результате неравномерного пучения почвы фундамент здания перекашивается, это же происходит и со стенами постройки — в результате перекоса по ним идут трещины, конструкция деформируется, теряет прочность и приходит в аварийное состояние.
Рис. 1.5: Недостроенное здание, пришедшее в аварийное состояние из-за пучения грунта
Самую высокую опасность сезонное пучение представляет для легких домов, возведенных из пенобетона, дерева либо каркасных панелей. Обуславливается это неспособностью компенсации давлением массы здания оказываемых на фундамент выталкивающих нагрузок.
Строение обладающее достаточно большой массой (к примеру, дом из кирпича), будет давить на фундамент, и если давление от тяжести конструкции превысит выталкивающее давление грунта, почва из-за невозможности расширения будет уплотняться и воздействия пучения ослабятся к минимуму.
Эта оценка грунта будет весьма приблизительной — степень пучинистости для некоторых разновидностей грунтов будет смещена в неблагоприятную сторону.
Методы устранения пучинистых свойств грунта
- Самый простой и надежный метод исключения свойства пучинистости это замена пучинистого грунта на гарантированно непучинистый – песок средний, крупный или гравелистый (или щебень/гравий). При этом в песчаных и щебенистых грунтах не должно быть примесей глинистых частиц более 15% и желательно обеспечить защиту от заиливания глинистым грунтом разделив слои геотекстильными материалами.
При этом следует учитывать, что ширина пазухи котлована, заполняемой непучинистым грунтов должна быть не менее: 0,2 м при глубине промерзания df равной 1,0…1,5м; не менее 0,3 м при глубине промерзания df равной 1,5…2,0м; пазухи должны быть шириной не менее 0,5 м при глубине промерзания до 2,5 м. Желательно обеспечить отвод воды из непучинистого дренирующего грунта и перекрыть поверхность засыпки водонепроницаемой отмосткой.
Для свай пазуха образуется выполнением лидерной скважины большого диаметра на глубину сезонного промерзания грунта. Стойки в грунте устанавливаются в сверленые котлованы большого диаметра с последующей засыпкой пазух песком или песчано-гравийной смесью (ПГС).
— Засаливание грунта. Временная мера, например на период строительтсва. Выполняется технической поваренной солью или хлористым калием. Расход около 30 кг на 1 м 3 грунта. Вводится перемешиванием с грунтом обратной засыпки слоями около 10 см. Засоляется грунт с глубины 0,5 м до глубины 1,0 м. Засаливание может негативно сказаться на долговечности материала фундамента.(п. 5.1 Руководства)
— Обработка грунта нефтяным раствором. Выполняется для слоя грунта толщиной 5-10 см. на контакте с фундаментом. Состав раствора – диз. топливо 54%, высокоокисленный битум – 20%, окись кальция 20%, НЧК (алкиларилсульфонат) – 4% и вода 2% по массе. (п. 5.2 Руководства)
Обработка грунта выполняется перемешиванием его с нефтяным раствором в количестве 5-10% раствора от веса сухого грунта. Контактный слой устраивается при обратной засыпке пазух котлована. (необходимо соблюдать экологические нормы).
Исследованы так же варианты введения криотропных полимерных добавок в грунт – полимерные гели с верхней критической температурой растворения (описано в научной статье). Результаты получили замечательные, правда о сути материала и способе его введения информации почти нет.
Методы уменьшения влажности грунта в зоне промерзания
Основная причина пучения грунта – наличие в нем воды, переходящей в лед при промерзании, поэтому осушение грунтов с удалением из них воды являются наиболее эффективными.
Сюда входят следующие меры:
- устройство постоянного дренажа поверхностных атмосферных вод;
- вертикальная планировка с уклоном не менее 5% для отвода поверхностных вод;
- подъем отметок планировки насыпью непучинистым грунтом из расчета обеспечения необходимого расстояния до максимального уровня грунтовых вод;
- постоянное водопонижение;
- водонепроницаемые отмостки по периметру зданий и сооружений шириной не менее 1,0 метра;
- тщательное уплотнение обратных засыпок;
- специальные меры по предотвращению замачивания грунтов при прорыве водонесущих коммуникаций;
- удаленность от источников увлажнения не менее 20 м (колонки водоснабжения, места мойки машин и др.).
Инженерно-мелиоративные меры (дренаж и водопонижение, отвод поверхностных вод) являются коренными если они обеспечивают осушение грунтов в зоне сезонного промерзания и на глубину 2-3 метра ниже нее. Однако очень часто обеспечить такое снижение уровня грунтовых вод не представляется возможным или слишком дорого, тогда эти меры применяются в сочетании с другими для уменьшения деформации грунта при промерзании.
