Пучение (пучинистость) грунтов – серьезные силы природы, без учета которых фундамент дома может быть поврежден. Особенно опасно для фундамента неравномерное пучение, что может быть вызвано разнородностью грунтов, неравномерным прогревом (охлаждением) почвы.
Механизм действия сил пучения
Грунт способен удерживать в себе воду. При отрицательных температурах объем замерзшей воды значительно увеличивается (на 9-12%), увеличивая при этом объем грунта. Сравните: плотность воды – 1000 кг/м3, а плотность льда — 916 кг/м3. Так как масса воды не меняется, то замерзая и превращаясь в лед, она занимает больший объем, и всем свои новым объемом давит на грунт. Грунт движется. Двигаться вниз ему некуда – там слишком большая плотность, поэтому он движется вверх и давит на фундамент.
Чем больше в грунте воды, тем больше его пучение. Классификация грунтов в зависимости от их относительной деформации пучения определена ГОСТ 25100-95 (таблица Б.27):
Из таблицы видно, что мягкопластичные глинистые грунты имеют наибольшую деформацию пучения. На физическом уровне это связано с тем, что глина, в отличие от песка и гравия, не пропускает воду и вода накапливается. При глубине промерзания 1 м объем грунта может увеличиться на 10%, что составляет 10 см, при глубине промерзания 2 м — уже на 20 см. Силы пучения достаточно, чтобы поднять и фундамент, и весь дом вместе с ним.
При равномерном сокращении объема грунта по мере его оттаивания, силы пучения не так опасны, а если оттаивание идет неравномерно из-за неравномерного распределения воды в грунте, то возможны серьезные деформации фундамента, перекос окон, не закрывающиеся двери, трещины в стенах и т.п. На неравномерное пучение так же влияют наличие одновременно отапливаемых и неотапливаемых помещений, неравномерное укрытие грунта вокруг дома снегом и т.п.
Как действуют силы пучения на фундамент?
Действие сил морозного пучения
Посмотрим на рисунок. Сила пучения грунта, расположенного непосредственно под фундаментом, действует на него снизу вверх. Пучение грунта, расположенного вокруг фундамента, действует на его боковые стенки по касательной и горизонтально. Чем глубже фундамент, тем меньше сила пучения, действующая на его основание. Но при этом увеличивается площадь боковой поверхности фундамента, а с ней и суммарная величина сил пучения, действующих по касательной и горизонтально. Таким образом, заглубление фундамента ниже глубины промерзания грунта избавляет от действия морозного пучения грунта на его основание, но не гарантирует устойчивости фундамента и дома. Так как, если дом легкий (каркасный, щитовой), то его веса может не хватить для нейтрализации сил морозного пучения грунта, действующих по касательной (их величина может достигать 7 тонн на квадратный метр), и фундамент будет выталкиваться (выпучиваться) из грунта.
Помимо выпучивания, грунт под действием касательных и горизонтальных составляющих сил морозного пучения сжимает фундамент с боков, вызывая его деформацию, что очень опасно для сборных ленточных фундаментов из блоков. Поэтому строя дом на ленточном фундаменте на чрезмернопучинистом (сильнопучинистом) грунте следует отдать предпочтения монолитному железобетонному фундаменту, а не фундаменту из блоков.
Как уменьшить действие на фундамент сил морозного пучения?
Есть несколько способов для защиты от морозного пучения грунта:
- утепление грунта вокруг дома (по горизонтали) — самый простой и недорогой способ. За счет утепления глубина промерзания грунта уменьшается (в некоторых случаях исключается полностью), что позволяет строить мелкозаглубленные фундаменты. Выбирая ширину полосы утепления, ориентируемся на глубину промерзания в данной местности: если глубина промерзания 1,2 м, то и утепляем на ширину 1,2 м;
- утепление ленточного фундамента по вертикали — позволит: снизить теплопотери дома до 20%; снизить трение между грунтом и фундаментом от пучения грунта; компенсировать горизонтальное расширение грунта при его пучении (при утеплении пенополистеролом);
- сделать поверхность фундамента при его строительстве более гладкой – так как бетон — пористый материал, то грунт при смерзании имеет с бетоном хорошее сцепление и касательные силы пучения выпучивают (выталкивают) фундамент наружу. Самый простой способ для устранения смерзания фундамента и грунта – проложить между ними рубероид. Это более гладкий материал, и грунт при пучении будет по нему скользить, соответственно, действие касательной силы морозного пучения значительно сократится;
- защита от попадания влаги от дождя и тающего снега – возможно при сооружении отмостки по всему периметру дома. Ширина отмостки должна превышать ширину обратной засыпки фундамента, что позволит отвести воду подальше от фундамента;
- отведение имеющейся в грунте влаги — выполнить дренирование. Необходимо как можно сильнее обезводить грунт, окружающий малозаглубленный ленточный фундамент. Для этого траншеи для ленточного фундамента выкладывают геотекстилем, после отливки фундамента и выполнения гидроизоляции и утепления фундамента, на дно вокруг всего дома укладывают дренажные трубы кольцевого дренажа, и засыпают дренажной смесью (песок + керамзит), или просто песком. Пристеночная дренажная мембрана отводит воду к дренажным трубам;
- полная или частичная замена грунта, подлежащего и прилегающего к фундаменту — чрезмернопучинистый (сильнопучинистый) грунт заменяется на непучинистый (песчаный грунт). Замена грунта проводится на этапе заложения фундамента. Под основание фундамента укладываем подушку из утрамбованного песка высотой 30 см и шириной, превышающей ширину фундамента на 20 см. Песчаный слой уменьшает слой пучинистого грунта и сила морозного пучения сокращается: например, если на глубину 1 м укладывается фундамент при глубине промерзания грунта 1,5 м, то слой пучинистого грунта равняется 50 см, увеличение его объема при морозном пучении может составить 5 см. При сооружении под таким фундаментом песчаной подушки высотой 30 см, слой пучинистого грунта равен 20 см, и увеличение его объема при морозном пучении составит 2 см;
- использование для обратной засыпки фундамента (после его заливки бетоном и снятия опалубки) непучинистого грунта — такой грунт не будет примерзать к стенкам фундамента, что уменьшит действие касательных сил морозного пучения. Для предотвращения заиливания с течением времени песка в песчаной подушке и в обратной засыпке (частички глины из окружающего грунта попадают в песок и он приобретает пучинистые свойства), песчаную подушку под фундаментом и обратную засыпку отделяют пленкой или фильтрующей тканью от остального грунта.
