Особые свойства пучинистых грунтов

Особое свойство оснований, способных вспучиваться, заключается в значительном увеличении объема в результате зимнего промерзания.

Как определить пучинистые грунты? К основаниям, обладающим свойством вспучивания при промерзании, относятся только глинистые (в том числе суглинки) и песчаные грунты (пылеватые, мелкие и средней крупности). Гравелистые и крупные пески к пучинистым не относятся.

Песчаные, глинистые грунты и их разновидности обладают мелкопористой структурой, то есть состоят из мелких минеральных частиц, между которыми имеется множество мелких полостей. Эти полости или поры могут содержать влагу. При понижении температуры ниже нуля влага в грунте замерзает, превращаясь в лед, который, как известно, всегда увеличивается в объеме по сравнению с исходным объемом воды. В результате замерзания воды в порах и происходит увеличение всего объема основания, называемое морозным пучением.

Основания делятся по степени пучинистости, которая зависит от уровня или глубины, на которой залегают подземные воды. Для глинистых оснований еще имеет значение показатель текучести. Приводим следующую таблицу с градацией по степени пучинистости разных видов грунтов.

Степень пучинистости грунтов

Степень пучинистости грунтовМелкий песок, ZПылеватый песок, ZСупесь, ZСуглинок, ZГлина, ZПоказатель текучести JlОтносительная деформация пучения Efh
Грунты непучинистые> 0,75> 1> 1,5> 2,5> 3<0,75< 0,01
Грунты слабопучинистые0,5 - 0,750,75 - 11 - 1,51,5 - 2,520 - 0,250,01 - 0,035
Грунты среднепучинистые<0,50,5 - 0,750,75 - 11 - 1,51,5 - 20,25 - 0,50,035 - 0,07
Грунты сильнопучинистые-<0,5<0,75<1<1,5>0,5> 0,07
  • Основной показатель – это относительная деформация пучения Efh, которая определяется отношением величины подъема поверхности вспучивающегося основания к толщине промерзшего слоя.
  • Показатель Z – это разница между величиной УГВ и глубиной сезонного промерзания, значение которой равно 1,2 м для отапливаемых зданий, и 1,5 м – для неотапливаемых зданий.

Если степень пучинистости по показателям Z и Jl (текучести) отличаются, то принимается большее значение.

Так как пучинистые основания проявляют свои негативные свойства при условии насыщения водой, то существует еще один способ классификации, учитывающий условия увлажнения основания зданий по характеру рельефа местности.

Тип грунтовых условийУсловия увлажнения грунтового основания по характеру рельефа местности.Степень пучинистости
1Возвышенные и всхолмленные места, водораздельные плато, где грунты могут увлажняться только от атмосферными осадками.Слабопучинистые
2Равнины, слабовсхолмленные места, пологие склоны с затяжными уклонами, где грунтовые основания увлажняются атмосферными осадками и верховодкой, только частично грунтовыми водами.Среднепучинистые
3Низины, котловины, заболоченные места, в которых грунтовые основания увлажняются и водонасыщаются атмосферными осадками, верховодкой и грунтовыми водами.Сильнопучинистые

То есть, если по показателям Z и Jl основание относится к  слабопучинистым, но участок строительства расположен в низине или котловине, то следует считать, что грунты сильнопучинистые.

Таким образом, пучинистый грунт – это песчаный или глинистый  грунт, подверженный увлажнению и  сезонному промерзанию.

Распространение пучинистых грунтов на территории России

Так как песчаные и глинистые основания распространены повсеместно, то можно считать, что расположение грунтов с пучинистыми свойствами охватывает почти половину территории России. Сюда входят:

  • западные области РФ: Калининградская, Псковская и Ленинградская области и Республика Карелия;
  • средняя полоса РФ: 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;
  • южные части Архангельской и Мурманской областей, Хабаровского края, Республики Якутия, Красноярского края, Иркутской и Тюменской области, Республики Коми;
  • Амурская, Читинская, Новосибирская, Омская, Кемеровская области, Республики Бурятия, Коми, Тыва, Алтай, Свердловская область, Республики Татарстан и Башкортостан, Волгоградская область, Ростовская область, Республика Калмыкия;
  • северные части Краснодарского и Ставропольского краев.

Исключается зона вечной мерзлоты, которая охватывает большую часть территорий Якутии, Красноярского края, Тюменской и Архангельской области, Республики Коми. Зона вечной мерзлоты отличается тем, что грунт там промерзает на сотни метров вглубь, поэтому проблема пучинистых грунтов для этой зоны неактуальна.

Точно так же неактуальна проблема морозного вспучивания для регионов, где в основании зданий залегают в основном грунты скальные и крупнообломочные – это все северокавказские республики и южная часть Ставропольского края.

Кроме того, проблема пучинистости не имеет значения для территорий, где основания практически не промерзают – это южная часть Краснодарского края и Республика Дагестан.

Глубина промерзания наряду с уровнем расположения грунтовых вод является определяющими факторами, влияющими на величину возможного вспучивания основания. Например, в регионах, близких к Байкалу, где глубина промерзания может достигать 2,5 м, подъем поверхности при вспучивании может достигать 30-40 см, в Подмосковье при глубине промерзания 1,5 м подъем поверхности составляет 15-18 см.

Влияние пучинистых грунтов на фундаменты

Морозное пучение вызывает значительное увеличение его объема – величина подъема поверхности может составить  не один десяток сантиметров. При этом возникают усилия, величина которых достигает десятков тонн. Даже если опустить  подошву фундамента ниже глубины сезонного промерзания, это не предотвратит негативное влияние пучинистых сил, так как  они действуют и по боковым поверхностям.

Пучинистость почвы также проявляется в том, что после оттаивания основания при потеплении происходит его осадка, то есть на конструкцию фундаментов периодически воздействуют разнонаправленные силы.

Вес конструкций может компенсировать вспучивание только в случае сооружения здания высотой не менее трех этажей с массивными бетонными или каменными стенами. Для малоэтажной застройки в один-два этажа, тем более из легких конструкций – деревянных каркасных и срубов, из легкобетонных блоков и из кирпича – должен быть подобран и рассчитан специальный фундамент для пучинистого грунта.

Основная опасность отрицательного воздействия пучинистых сил заключается в их неравномерности. Разные части фундаментов здания всегда находятся в неодинаковых условиях. Промерзание происходит только по периметру отапливаемого здания, под фундаментом, на который опираются средние стены, основание не промерзает.

Неравномерность промерзания под зданием

Неравномерность промерзания под зданием

Кроме того, и по периметру ограждающих наружных стен основание промерзает неодинаково – с теневой, северной, стороны больше, с тех сторон, где прогревает солнце, – промерзание меньше. На величину промерзания влияет также толщина снегового покрова, архитектура здания, характер застройки участка.

Все эти факторы вызывают неравномерное воздействие пучинистых сил на разные участки фундаментов и неравномерные деформации в конструкциях, вызывающие самые неблагоприятные последствия – возникновение трещин и других повреждений в ограждающих и несущих конструкциях, которые могут привести к их разрушению.

Фундамент на пучинистых грунтах должен обладать особенностями, способными минимизировать или исключить негативное воздействие этого типа основания.

Мнение эксперта

Если в основании здания залегают грунты с пучинистыми свойствами, следует особенно тщательно подойти к выбору типа фундамента. Очень эффективной после многолетней практики применения зарекомендовала себя конструкция МзЛФ – об устройстве, армировании и расчете которого мы подробно рассказываем в статье«Мелкозаглубленный ленточный фундамент: расчёт глубины, подготовка основания, армирование своими руками и калькулятор расчётов».

Помимо выбора наиболее подходящего типа фундамента при строительстве на пучинистых основаниях, необходимо предусматривать дополнительные мероприятия, направленные на предотвращение замачивания и промерзания: устройство дренажа, утепление отмостки, заполнение пазух уплотненным сыпучим материалом.