Вибір фундаменту для пучинистих ґрунтів

Пучення грунту та його види

Пучення — здатність грунту збільшувати свої обсяги через заледеніння вологи, що знаходиться в ній. Чим більшою кількістю води просочений ґрунт, тим сильніше він розширюється за мінусових температур. Зміни обсягу пояснюються різною питомою щільністю двох матеріалів, що у води становить 1000 кг/м2, а льоду — 910 кг/м2.
важливо: ґрунт, що збільшує в обсязі, не може розширюватися вниз, оскільки там розташовані глибинні, нестисливі пласти ґрунту, він піднімається вгору і тисне на фундамент, виштовхуючи його із землі.

Схильність ґрунту до пучення безпосередньо залежить від його структури — великоуламкові, гравісті та піщані ґрунти практично не вбирають воду і не піддаються пученню, тоді як розширення глини, суглинку, чорноземів та супісків, що вбирають воду як губка, максимально. Особливо сильно пучення проявляється після затяжних дощів, що тривали восени. На фактичну величину пучення, крім типу ґрунту, впливають два фактори:

• рівень глибина грунтових вод;
• Рівень промерзання ґрунту.

важливо: від рівня промерзання залежить, який по товщині пласт грунту буде розширюватися, від глибини грунтових вод – сила пучення: якщо УГГВ високий, то верхні кулі грунту будуть постійно вологими, що призведе до збільшення їхньої пучинистості.

Рис.: Види впливу пучення на фундамент

Виділяють два різні за прикладним характером
тип розриву:

• Вертикальне– Діє знизу-вгору, виштовхуючи опорну частину фундаменту. Вертикальне пучення проявляється, якщо підошва основи розташована у пласті промерзаючого ґрунту, якщо вона заглиблена нижче рівня промерзання, вертикальні навантаження на фундамент не діють;
• Стосовне– Виштовхування фундаменту відбувається в результаті тертя ґрунту, що розширюється, і стінок основи. Такі навантаження значно менші ніж вертикальні, проте якщо будівля легка (каркасний або дерев’яний будинок) і її вага не може врівноважити сили, що виштовхують, проблеми можливі і без активних вертикальних навантажень.

важливо: деструктивний вплив пучення на фундамент погіршується тим, що навесні, коли лід, що міститься в грунті, відтає, грунт зменшується в обсязі і будинок просідає, часто нерівномірно, що призводить до руйнування та деформації відповідальних елементів будівлі.

Особливості пучинистого ґрунту

Пучнисті землі є наявність у ґрунті ділянки таких складових, які схильні до накопичення великої кількості води.

Пучнисті землі є наявність у ґрунті ділянки таких складових, які схильні до накопичення великої кількості води. В результаті в сезон морозів ця вода кристалізується (тобто замерзає), збільшуючись від цього в обсязі, а саме — в грунті присутній лід, якому потрібне місце.

Особливо пучнистими є такі ґрунти:

• Дрібнопіщані з високим рівнем ґрунтових вод;
• Глинисті та суглинисті;
• Пиловаті ґрунти.

Грунт, насичений в зимову пору року льодом, починає витріщатися, відшукуючи собі місце. Таким чином відбувається зміщення фундаменту під впливом пучнистої землі. Причому залежно від ступеня заглибленості основи негативний вплив ґрунту може бути як знизу, так і на стінах фундаменту. Тобто, якщо основу будинку не поглиблюють нижче за рівень промерзання грунту, то такий базис знаходиться як би на поверхні лави, що грає. Його постійно деформує, змінюючи відповідно і спочаткупочаткове становище будинку. Якщо ж фундамент поглиблюють нижче рівня промерзання ґрунту, то тут безодня земля знизу не впливає на каркас будинку, а ось на бічні його стінки неабияк тисне. Чи варто говорити про негативні наслідки для будинку через такий вплив на фундамент.

Важливо: рівень промерзання ґрунту в середній смузі Україні досягає позначки 1,5 метра. І поглиблювати фундамент нижче за цей рівень дуже затратно. Тому варто підібрати один із наведених нижче типів фундаменту, який відмінно впорається з навантаженням, що надається на нього і будинком, і ґрунтом.

Варто зазначити, що в момент промерзання та пучення ґрунт може збільшуватися в обсязі в діапазоні 4-12%. І обсяг збільшення повністю залежить кількості води в грунті.

Професіонали ділять пучні землі за ступенем пучення на такі види:

• Слабопучнисті ґрунти. Відсоток збільшення ґрунту в обсязі не перевищує 4%.
• Середньопучнисті. Тут земля збільшується обсягом до 8%.
• Сильнопучнистий ґрунт. Його обсяг може збільшитись до 12%.

При цьому відсоток спучування ґрунту обумовлений додатковими факторами, такими як:

Типи фундаменту для будинку з піноблоків

• Рівень розташування підземних вод;
• Глибина промерзання ґрунту;
• Дисперсійні властивості ґрунту;
• Висота капілярного змочування шарів землі на ділянці.

Види фундаментів на пучинистих ґрунтах

В основі надійності фундаменту малих та середніх будівель в умовах пучинистих ґрунтів лежить їхня здатність зберігати стійкість під впливом дотичних сил пучення.

Якщо великі масивні будівлі, побудовані із закладенням фундаменту на глибині нижче сезонного промерзання ґрунту, протидіють дотичних сил своєї масою, то, щоб ці сили не зруйнували будівлю невеликої величини та маси, застосовують такі типи фундаментів:

• Стрічковий фундамент із закладенням нижче за глибину промерзання. У такому разі на підошву сили пучення не діятимуть, а для нейтралізації дотичних сил тертя, що впливають на бічну поверхню фундаменту, проводять ряд заходів, про які – нижче.
• Дрібнозаглиблений стрічковий фундамент або монолітна плита – так звані фундаменти, що плавають.
• Стовпчастий фундамент.
• Палевий фундамент.

застосування стрічкового фундаменту на пучинистих ґрунтах

У пучинистих ґрунтах використанню підлягають виключно фундаментні стрічки глибокого закладання монолітного типу. Збірні конструкції непридатні через те, що через неврівноважене навантаження дотичні сили пучення можуть відірвати верхній пояс фундаментних блоків від нижнього.
важливо: армування фундаменту в даному випадку є обов’язковим — армокаркас забезпечує просторову жорсткість стрічки, що у разі дії на фундамент нерівномірних деформацій захистить конструкцію від розтріскування.

Рис.: Варіанти монтажу стрічкового фундаменту в пучинистому ґрунті

При будівництві легких будівель – будинків з каркасних панелей або дерева, низька вага будівлі не зможе врівноважити дотичні сили пучення, навіть якщо його опорна частина розташована нижче за глибину промерзання грунту. В даному випадку необхідно облаштовувати стрічку з розширеною підошвою, збільшений перетин якої працює в ґрунті як анкер, перешкоджаючи виштовхуванню фундаменту дотичним навантаженням.

Переваги стовпчастого фундаменту над іншими типами при влаштуванні їх у пучинистих ґрунтах

Підсумовуючи, можна виділити деякі переваги стовпчастих фундаментів щодо інших типів. Ці переваги спостерігаються не тільки при будівництві фундаментів на пучинистих ґрунтах, а й у нормальних умовах:

• Влаштування стовпчастого фундаменту в залежності від обраного матеріалу для його виготовлення та кроку стовпів буде коштувати в 1,5-2 рази дешевше, ніж стрічковий фундамент, і в 3-3,5 рази, ніж плитний, влаштований і у звичайних ґрунтах, і в пучинистих ;
• Можливість застосування збірних залізобетонних плит при влаштуванні стовпчастого фундаменту в пучинистих ґрунтах скорочує трудові об’єми в два, а то й тричі;
• Є можливість зменшення витрат на будівництво фундаменту, а особливо в пучинистих ґрунтах. Така економія досягається, якщо зменшити переріз стовпів та виконати їх монолітними;

  
  Конструкція стовпчастого фундаменту

Також варто відзначити ще один позитивний момент стовпчастих фундаментів – це те, що ґрунт під окремим стовпом працює набагато ефективніше, ніж під стрічкою фундаменту. Це говорить про те, що навіть у пучинистих і слабких ґрунтах стовпчастий фундамент дає меншу осадку, ніж стрічковий, за умови, що вони чинять однаковий тиск на одиницю площі опори.

Застосування монолітної плити на пучинистих ґрунтах

Монолітний фундамент фундамент класифікується як незаглиблений. В умовах пучинистих ґрунтів він використовується у двох випадках:

• Для зведення важких кам’яних будинків, вага яких додатково посилює стійкість плити до вигинів та врівноважує виштовхувальні навантаження;
• Для будівництва невеликих споруд, що мають низьку вагу, з якими плита працює як «плаваюча» конструкція.

Під поняттям «плаваюча» плита позначається здатність моноліту, розміщеного на поверхні ґрунту, опускатися і підніматися разом із ґрунтом. До такого фундаменту висуваються підвищені вимоги до стійкості на вигин (досягається за рахунок посиленого армування та збільшення товщини), оскільки через нерівномірне промерзання ґрунту (в центрі будинку ґрунт завжди зберігає плюсову температуру) під фундаментом утворюється яма глибиною 10-20 см.

Рис.: Схема промерзання ґрунту під плитним фундаментом.

важливо: на низькощільних і просадних ґрунтах будівництво фундаментної плити має супроводжуватися її утепленням шаром ЕППС товщиною 10-15 см. та облаштуванням піщаної підсипки товщиною 30-50 см. Таке рішення забезпечує рівномірність промерзання ґрунту під периметром фундамент і, як наслідок, відсутність провалу по центру плити .

Заходи, що протидіють дотичним силам пучення

Протидіяти дотичних сил пучення при влаштуванні стрічкового фундаменту можна шляхом проведення низки заходів:

• будівництво не збірного, а монолітного залізобетонного фундаменту
• засипка дна та пазух траншеї під фундамент піском: чим ширший шар бічних пазух, тим менший вплив дотичних сил пучення
• значне збільшення глибини закладення фундаменту з метою збільшити загальну масу будови до такої величини, яка перевершуватиме сили здирання
• анкерний пристрій фундаментів: розширення нижньої частини, на яке впливатимуть реактивні, спрямовані вниз, сили пучення
• підсипання великого піску підвищення загального рівня майданчика: цим зменшується глибина промерзання грунту під будинком
• влаштування дренажних траншей, що особливо актуально при високому рівні ґрунтових вод
• заходи щодо утеплення фундаменту

Матеріали для Вас:

1. Несуча здатність паль
2. Скільки коштує фундамент для дому

Палевий фундамент на пучинистих ґрунтах

На наш погляд пальовий фундамент на пучинистих ґрунтах – найбільш доцільний варіант улаштування фундаменту. Судіть самі: перелічені вище заходи, які не завжди ефективні і дуже дорогі, у разі пальового фундаменту не потрібні.

Загальна площа поверхні паль, на яку впливатимуть дотичні сили пучення, настільки мала, що їх можна знехтувати. Глибина занурення залізобетонних паль варіюється в межах 5-12 метрів (для зведення багатоповерхових будівель можуть застосовуватися складові конструкції загальною довжиною до 24 метрів), що значно нижче за рівень промерзання грунту в будь-якій точці Україні.

Рис.: Схема фундаменту із ЗБ паль

Фундамент на пальових опорах переносить навантаження від ваги будівлі на пласт глибинного грунту, що не стискається. Це дозволяє будувати будівлі в умовах високого рівня ґрунтових вод, де через низьку щільність просоченого вологою грунту стрічкові фундаменти не забезпечують необхідної надійності.

важливо: при облаштуванні пальово-ростверкових фундаментів на пучинистих ґрунтах, обв’язка паль завжди робиться висячою – піднятою над рівнем ґрунту на 30-40 см. Укладати ростверк безпосередньо на ґрунт не можна, оскільки при розширенні ґрунту його може відірвати від пальових опор.

Фундамент на забивних палях придатний для будівництва в пучинистих ґрунтах будівель будь-якої поверховості та ваги – від легких каркасних споруд до багатоповерхових будинків. На такий фундамент не працюють дії вертикального пучення, а дотичні сили не надають на залізобетонні палі серйозних навантажень.

Таким чином, при відносній доступності за вартістю, пальовий фундамент в умовах пучинистих грунтів набагато надійніший, ніж дорогі стрічкові та плитні фундаменти.

Корисні матеріали

Пристрій паль

У даній публікації наведено інформацію про технологію облаштування фундаментів з буронабивних…

Технологія улаштування буронабивних паль

Буронабивні палі мають циліндричну форму, а їх каркас стоїть з армування кіл, що зазнали армування, і поздовжньої арматури.

Методи зведення основи на ґрунтах з пучинистими властивостями

Розташування основи нижче рівня промерзання ґрунту – запорука його стійкості у майбутньому.

Поширеним вирішенням проблеми зведення надійної основи на ґрунтах з пучинистими властивостями є глибоке розташування основи, яке перебуватиме нижче рівня промерзання ґрунту.

Дане рішення буде надійно запобігати впливу пучення в нижній частині основи, проте бічні стінки базису, як і раніше, будуть не надто надійно захищені від такого роду деформаційних впливів.

При недостатній міцності основи, що закладається, матеріал може бути деформований або зміщений.

При закладці базису на велику глибину, цей спосіб буде істотно бити по кишені, оскільки буде потрібно багато матеріалу.

Як правило, оптимальний фундамент на пучинистих грунтах повинен надійно чинити опір впливу пучення, а також рівномірно розподіляти деформаційні явища по всій площі основи, щоб не допускати пошкодження стін.

З цією проблемою, якнайкраще, справляється дрібнозаглиблений базис, який характеризується невеликою глибиною закладки. Неглибока закладка нівелює дотичний вплив проблемного ґрунту, адже основа представлена ​​монолітною спорудою.

Щоб дрібнозаглиблена основа надійніше справлялася зі своєю роботою, під ним влаштовують спеціальну подушку, яка складається з матеріалів, не схильних до пучинистих властивостей. Це може бути пісок або щебінь середніх розмірів.

Після заливання бетонної суміші, зовнішній бік основи, аж до самої подушки, також прокладають непучинистими матеріалами, а потім присипають землею.

Стовпчастий базис на грунтах з пучинистими властивостями

При приватному малоповерховому будівництві, що виконується в умовах пучинистого ґрунту, оптимальним рішенням може стати використання стовпчастої основи.

Грамотний стовпчастий фундамент на пучинистих ґрунтах зазвичай влаштовується нижче за рівень промерзання.

Цей спосіб дозволяє заощадити значну суму грошей. Щоб уникнути напруги, що стосується впливу на опорні стовпи, слід зробити вибір на користь стовпів із залізобетону.

Стовпчасті основи, які виконані із застосуванням залізобетонних конструкцій, є оптимальним рішенням для закладення базису на грунтах, що характеризуються пучинистими явищами. Дана технологія є дуже зручною і має високу технологічність, оскільки підходить і для таких типів ґрунту, як:

• заболочені області;
• сирі ділянки;
• ґрунт з високим рівнем залягання ґрунтової вологи.

На таких ґрунтах стовпчаста основа може бути представлена ​​таким типом конструкції, в якому до опорного каркаса жорстко прив’язується анкерна площадка, яка є опорою для будови.

Несучі стовпи такої основи можуть бути представлені такими виробами:

• Асбоцементні труби з армованою внутрішньою стінкою заповнені бетоном.
• Залізобетонні конструкції.
• Металеві труби, захищені з внутрішньої сторони піщано-цементним складом, а із зовнішнього – металом або епоксидною смолою.

В якості арматури може використовуватися дріт, діаметр якого становить 6-12 мм, а також стрижні з металу або металеві відходи: частини водопроводу, газопровідні труби, куточки.

Приготування бетону слід проводити лише з використанням високомарочного цементу. На роль заповнювача підійдуть пісок чи щебінь із граніту. Чим жорсткіший бетон – тим міцніше його структура.

Як виготовляють стрічкові монолітні споруди?

Щоб грамотно встановити стрічковий фундамент на пучинистих ґрунтах, слід дотримуватись певного порядку.

На початковому етапі готується котлован, глибина якого представлена ​​значеннями від 0,5 м до 0,7 м.

Після того, як яма готова, її бічні укоси прокладаються матеріалами із гідроізоляційними властивостями. Це може бути як толь, і поліетилен.

Потім котлован засипається піском, у своїй насипка йде шарами. Кожен шар, товщина якого має становити від 20 до 30 см, необхідно утрамбовувати.

Гідрозахист забезпечує успішну протидію піску замулюванню. Наступний етап характеризується проведенням робіт із встановлення опалубки. Якщо ви не знаєте як правильно робити опалубку або заливати бетон, то у нас ви завжди можете замовити будівництво фундаменту під ключ.

Подушка з піску вкривається прошарком із гідроізоляційними властивостями, після чого в опалубку встановлюються прутки з арматури, діаметром до 1.2 см.

На фінальному етапі робіт йде заливання основи бетонною сумішшю, яку готують певним чином. Укладання верхньої арматури відбувається безпосередньо на сиру бетонну суміш, до того, як відповідні заходи будуть завершені. Дуже важливо з’єднувати арматуру саме методом в’язки, оскільки зварювальне з’єднання привносить у структуру основи крихкість і ламкість.