Таким образом, можно сказать, что тип почвы не оказывает значительное влияние на морозное пучение. Основные факторы — это влажность грунта и температура окружающего воздуха. Поэтому вопрос о том, какие грунты подвержены пучению, задан неверно. Все они в той или иной степени способны к вспучиванию.
Как определить пучинистость грунта?
Уникальную характеристику оснований, способных к пучению, составляет их способность значительно увеличивать объем при замораживании зимой.
Как же выявить пучинистые грунты? К основаниям, склонным к вспучиванию во время промерзания, относятся преимущественно глинистые (включая суглинки) и песчаные грунты (пылеватые, мелкозернистые и среднезернистые). При этом гравийные и крупнозернистые пески не считаются пучинистыми.
Грунты, такие как песчаные и глинистые, имеют мелкопористую структуру, что означает, что они состоят из множества мелких минеральных частиц, разделенных многочисленными маленькими полостями. Эти полости или поры могут удерживать воду. При снижении температуры ниже нуля вода в грунте замерзает и преобразуется в лед, который увеличивается в объеме по сравнению с первоначальным объемом воды. Этот процесс замораживания приводит к увеличению объема основания, что называется морозным пучением.
Основы классифицируются по степени пучинистости, которая зависит от того, на какой глубине находятся подземные воды. Для глинистых оснований также существует такой показатель, как текучесть. Ниже представлена таблица с классификацией разных типов грунтов по степени их пучинистости.
- Ключевым показателем является относительная деформация пучения Efh, которая вычисляется как отношение высоты подъема поверхности основания с пучением к толщине замерзшего слоя.
- Параметр Z представляет собой разницу между уровнем грунтовых вод и глубиной сезонного промерзания, которая составляет 1,2 м для отапливаемых зданий и 1,5 м для неотапливаемых объектов.
Если степень пучинистости по показателям Z и Jl (текучести) различается, принимается большее значение.
Учитывая, что пучинистые основания проявляют свои негативные характеристики при насыщении водой, существует еще один подход к классификации, который принимает во внимание условия увлажнения основания зданий в зависимости от рельефа местности.
Итак, если по показателям Z и Jl грунт классифицируется как слабопучинистый, но место строительства находится в низком районе или котловине, следует рассматривать эти грунты как сильнопучинистые.
Таким образом, пучинистый грунт представляет собой песчаный или глинистый материал, подверженный увлажнению и сезонным заморозкам.
Распространение пучинистых грунтов на территории России
Поскольку песчаные и глинистые основания распространены повсеместно, можно утверждать, что области с пучинистыми свойствами занимают почти половину территории России. Это включает в себя:
- западные регионы РФ: Калининградская, Псковская и Ленинградская области, а также Республика Карелия;
- средняя полоса России: Владимирская, Калужская, Ивановская, Костромская, Рязанская, Московская, Смоленская, Тверская, Тамбовская, Тульская, Ярославская, Белгородская, Брянская, Вологодская, Воронежская, Кировская, Курская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Ульяновская области, Чувашская Республика;
- юго-восточные районы Архангельской и Мурманской областей, Хабаровского края, Республики Саха (Якутия), Красноярского края, Иркутской и Тюменской областей, Республики Коми;
- Амурская, Читинская, Новосибирская, Омская, Кемеровская области, Республика Бурятия, Республика Тыва, Алтайский край, Свердловская область, Республика Татарстан, Республика Башкортостан, Волгоградская область, Ростовская область, Республика Калмыкия;
- северные регионы Краснодарского и Ставропольского краев.
В зону вечной мерзлоты не входят территории, которые занимают основные районы Якутии, Красноярского края, Тюменской и Архангельской областей, а также Республика Коми. Данная зона характеризуется тем, что грунт на ней промерзает на значительную глубину, достигая сотен метров, что делает проблему пучинистых грунтов для этих территорий неактуальной.
Проблема морозного вспучивания также не возникает в регионах, где в основание зданий заложены в основном скальные и крупнообломочные грунты — это касается северокавказских республик и южной части Ставропольского края.
Кроме того, вопрос пучинистости не актуален для тех территорий, где основания зданий практически не подвержены промерзанию — это южные районы Краснодарского края и Республика Дагестан.
Глубина промерзания, наряду с уровнем залегания грунтовых вод, является важными факторами, которые влияют на величину возможного вспучивания основания. Например, в окрестностях Байкала, где глубина промерзания может достигать 2,5 м, подъем поверхности при вспучивании может составлять 30-40 см. В Московской области же, при глубине промерзания 1,5 м, подъем поверхности составляет 15-18 см.
Для снижения пучинистости почвы можно построить отмостку. Эта конструкция обычно возводится вокруг здания для защиты фундамента от дождевых вод. Однако, если выполнить более качественную теплоизоляцию отмостки, это позволит снизить уровень расширения земли в зимнее время.
Классификация грунтов по степени пучинистости
Классификация грунтов по уровню пучинистости представлена в нормативной документации, касающейся проектирования оснований, включая ГОСТ на грунты и ряд других специализированных изданий. Хотя различные источники могут немного варьироваться в своих подходах, основная идея остается общей. В следующей таблице показана классификация, составленная на основе информации из ГОСТ 25100-2011, ГОСТ 25100-95, СП 22.13330.2016 и других материалов:
Классификация грунтов по степени пучинистости в соответствии с ГОСТ и СП
| Тип грунта по уровню пучинистости | Степень пучинистости ɛfh, % (относительная деформация пучения) | Описание и характеристики данного типа грунтов |
|---|---|---|
| Непучинистый | 0,5, · Пески мелкие и пылеватые при Sr>0,95 |
Не имеют склонности к пучению, что делает их подходящими для строительных работ. |
| Чрезмерно пучинистый | >10 | Имеют высокую способность к деформации под воздействием влаги, что может негативно сказаться на фундаменте строений. |
* — данные взяты из ГОСТ 25100-95 таблицы Б.27, (в обновленной версии этого ГОСТа 2011 года данная информация отсутствует).
В данном контексте: Sr — это степень влажности, представляющая собой отношение естественной (природной) влажности грунта W к уровню влажности, при котором поры полностью заполняются водой (без присутствия воздушных пузырьков); JL — показатель текучести грунта, который устанавливается только для глинистых пород и иллюстрирует, насколько «разжижен» грунт в результате воздействия влаги.
Степень морозной пучинистости ɛfh указывает на величину увеличения высоты образца грунта при замерзании. К примеру, если толщина промерзаемого слоя грунта составляет 1,0 м, а показатель ɛfh равен 7%, то грунт увеличится в высоту на 7 см.
Тем не менее, даже «непучинистые» грунты также подвергаются увеличению объема, хотя и в гораздо меньшей степени — менее 1%.
Существует также таблица, которая устанавливает степень пучинистости грунта в зависимости от уровня грунтовых вод относительно расчетной глубины промерзания грунта z (из «Руководства по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова):
Уровень грунтовых вод следует учитывать с учетом прогноза его изменения в соответствии с требованиями норм проектирования.
Определение пучинистого грунта
Пучинистыми считаются глинистые, пылеватые и мелкие пески, а также крупнообломочные грунты с глинистым и мелкопесчаным заполнителем, содержащие более 10%, которые на момент промерзания имеют влажность выше определенного уровня (см. таблицу выше).
Для упрощения восприятия можно использовать следующую формулировку:
Гарантированно НЕпучинистыми считаются только:
- средне- и крупнопесчаные грунты, а также гравелистые;
- щебенистые и крупнообломочные грунты с глинистым или мелкопесчаным заполнителем менее 10% (который заполняет пустоты между камнями);
- скальные грунты (вода не проникает в них в достаточной мере из-за отсутствия сообщающихся пор, а также они отличаются высокой плотностью и прочностью)
Для остальных видов грунтов (супеси, суглинки, глины, мелкие и пылеватые пески, а также щебенистые и крупнообломочные грунты с содержанием заполнителя более 10%) верно следующее утверждение: они могут быть как пучинистыми, так и непучинистыми. Это зависит от:
- Уровень влаги в почве – любой грунт, находясь в полном сухом состоянии, не проявляет никаких пучинистых свойств при замерзании (хотя в природе есть исключения). Однако при увлажнении глинистые грунты становятся подверженными неприятным явлениям, о которых мы говорим. То есть один и тот же тип грунта может измениться с непучинистого на средне-, сильно- или даже чрезмерно пучинистый при условии его значительного увлажнения (например, из-за повышения уровня грунтовых вод, утечек из водопроводных систем и других факторов). Чем выше степень влажности, тем сильнее выражено пучение.
При проектировании фундаментов на участках, где присутствуют пучинистые грунты, необходимо учитывать риск увеличения влаги в почве, вызванный поднятием уровня подземных вод, инфильтрацией поверхностных вод и блокировкой поверхности. (СП 22.13330.2016 п. 6.8.2).
- гранулометрического состава грунта – степень пучинистости увеличивается в основном с ростом содержания (% по массе) частиц размером от 0,05 до 0,005 мм. Более крупные, а также более мелкие частицы оказывают на показатель пучинистости меньшее влияние.
- Наличие и близость уровня грунтовых вод, которые способствуют поступлению влаги в промерзающий грунт через капилляры.
Чтобы различить супесь, песок и глину по визуальным и косвенным признакам, а также определить тип грунта, ознакомьтесь с отдельной статьей.
Степень морозной пучинистости ɛfh показывает, насколько образец грунта увеличивается в высоту при замерзании. Например, если промерзает слой грунта толщиной 1,0 м с показателем ɛfh равным 7%, его высота увеличится на 7 см.
Видео
В любом случае, пучение грунта представляет собой давление. Поэтому к решению этой проблемы следует подходить комплексно. Это означает, что необходимо сооружать отмостки, устанавливать армирующий каркас в опалубку фундамента перед заливкой бетонной смеси, выполнять работы по гидро- и теплоизоляции, а также создавать дренажную систему для отвода атмосферных осадков в первую очередь и снижать уровень грунтовых вод во вторую.
К этому свойству почвы можно относиться по-разному, однако игнорировать его недопустимо ни в коем случае. Если вы упустите какую-либо деталь, это может привести к образованию трещин на протяжении всей конструкции фундамента, что ослабит основу всего здания.
Для точного определения уровня подземных вод можно просто выкопать шурф глубиной 1,5-2 м. Если в шурфе не появилась вода, то на дне бурят скважину садовым буром еще на 1,5 м. В случае появления воды измеряют расстояние от поверхности грунта до уровня залегания подземных вод. Это и будет уровень подземных вод (УПВ).
Как самостоятельно определить степень пучения грунта
Чтобы в «домашних» условиях установить наличие пучинистых грунтов на вашем участке, проще всего выкопать шурф (вертикальную выработку) глубиной примерно 2 метра и подождать несколько дней. Если на дне вырытого шурфа не накопилась вода, необходимо пробурить (для этого применяется садовый бур) скважину на 1,5 метра. Как только в скважине появится вода, с помощью планки измеряется расстояние от уровня грунтовых вод до поверхности.
Чтобы определить тип почвы, достаточно провести визуальный анализ. На основании этого можно сделать предварительные выводы о способности грунта расширяться в зимний период.
При наличии слабопучинистого грунта уровень грунтовых вод (УГВ) будет располагаться ниже установленной глубины промерзания. Это значение зависит от типа почвы:
- пылеватые пески – 0,5 метра;
- супеси – не более 1,0 метра;
- суглинки – 1,5 метра;
- глина – 2 метра.
При среднем пучении уровень грунтовых вод окажется ниже глубины промерзания на:
Если же грунт относится к категории сильнопучинистых, то УГВ будет находиться ниже на:
Когда глина и суглинки располагаются близко к расчетной глубине промерзания, это делает их менее предпочтительными для возведения фундамента мелкого закладки. Тем не менее, это не означает, что строительство на таких видах почвы невозможно.
