Пучение грунту: причини, розрахунок, мінімізація збитків

Під терміном "пучение грунту" ховається досить складне явище природного походження, яке може привести до серйозних наслідків. У той період, коли земля промерзає, фундамент разом з усією будовою піднімається. При відтаванні відбувається навпаки-підстава опускається. Але суть в тому, що відбувається це нерівномірно.

В результаті будівлі приходять в аварійний і часом загрозливий стан. У деяких випадках через такого явища будівлі і зовсім починають руйнуватися, причому повністю.

Особливість природного явища

Головна особливість процесу обдимання полягає в значному збільшенні обсягу води в грунті через зимового промерзання. Згідно ГОСТ 25100-2011 розрізняють 5 категорій, які розрізняються між собою за ступенем обдимання (в дужках вказано рівень розширення грунту):

• Надмірно рухливі грунти-більше ніж 12 %.
• Сільнопучіністие грунти-не більше 12 %.
• Среднепучіністие грунти-до 8 %.
• Слабопучіністие грунти-приблизно 4 %.
• Непучинисті грунти - не перевищує 4 %.

Однак останню категорію слід вважати умовною, оскільки в природі просто не існує грунту, де повністю відсутня волога. До такого типу слід відносити лише граніт і великоуламкові породи грунту. Однак в наших умовах такий різновид грунту зустрічається досить рідко.

Стадії загрозливого явища

Територія Російської Федерації проходить по всій північній частині Євразійського материка. З цієї причини взимку завжди мінусова температура. Залежно від конкретного регіону, грунт може перебувати в завмерлому стані в період від 2 до 9 місяців.

При цьому можна розрізнити кілька стадій обдимання грунту:

• I-попередня. При цьому грунт охолоджується до температури, поки ще не рівною для кристалізації води.
• II-заснована. В цьому випадку вода вже починає переходити в інше своє агрегатний стан, перетворюючись в лід. Відповідно, відбувається її об`ємне розширення, що, як нам відомо, не обіцяє нічого хорошого.
• III-переохолодження. Тут вже під впливом морозу грунт стискається. Згодом це призводить до різкого зниження температури.

Тільки варто враховувати, що перераховані стану носять умовний характер, так як перехід з однієї стадії в іншу відбувається дуже повільно. У той же час можна виділити ще один етап в процесі відтавання грунту - його просідання.

Як правило, явище обдимання спостерігається переважно в зимовий період. З цієї причини цей сезон не підходить для будівництва, особливо масового характеру. Це обумовлено серйозною небезпекою - дуже високий ризик, що зведене будова буде зруйновано дуже швидко.

Особливо силу обдимання грунту слід враховувати тим, хто проживає на Крайній Півночі. У цій місцевості нижні шари грунту промерзають набагато сильніше, ніж в інших широтах.

Головний провокуючий фактор

На перший погляд здається, що збиток від пученія може бути не таким величезним, але це тільки здається. Щоб усвідомити всю загрозу від такого природного явища, варто ясно уявляти собі, як відбувається цей процес.

Як ми тепер знаємо, явище характеризується неоднорідністю, що головним чином обумовлено перепадом висоти поверхні землі. Як правило, це спостерігається навесні-та сторона будівлі, яка знаходиться на півдні, добре обігрівається. До того ж свою лепту вносить весняна крапель. З настанням вечора в грунті накопичується велика кількість талої води, яка потім стає льодом.

Маса цього такого пласта може досягати декількох центнерів, а цього вже цілком достатньо, щоб підняти фундамент на певну висоту. На даний процес йде вся ніч.

Днем же спостерігається зворотна картина - з підвищенням температури лід в землі починає відтавати. Відповідно, підстава починає просідати, і разом з цим земля знову збагачується черговою порцією води, яка потім знову кристалізується. Все це відбувається день у день, поки температурний режим не нормалізується.

Протягом весняного періоду перепаду рівня води Будівля може опуститися на кілька сантиметрів. Цього цілком вистачає для виклику серйозних руйнувань, виправити які згодом буде дуже складно, якщо взагалі це можна зробити.

Інші причини обдимання грунтів

На інтенсивність пученія можуть впливати різні фактори, серед яких можна згадати і такі:

• Тривалість зимового періоду і його інтенсивність (суворість).
• Товщина снігу.
• Характеристики грунту.
• Кількість опадів за сезон.
• Рівень вологості повітря.
• Характер рельєфу місцевості.
• Рослинність.
• Глибина залягання підземних вод.
• Розташування місцевості по відношенню до південної сторони.

Оскільки будівлі можуть отримати дуже серйозної шкоди від обдимання, то зведення його фундаменту повинно проводитися нижче глибини промерзання грунту. Дана величина знаходиться в прямій залежності від тієї місцевості, де планується будівництво будинків.

Варто відзначити, що середземна вологість грунту є основним фактором, який більшою мірою впливає на інтенсивність обдимання. У той же час не слід скидати з рахунків і щільність нижніх шарів грунту. Але ж від цього параметра також багато що залежить.

Чим щільніше грунт, тим меншою деформації буде піддано будівлю. В іншому випадку морозне обдимання грунтів буде відбуватися більш інтенсивно, що не обіцяє нічого хорошого.

Як визначити ступінь обдимання грунту?

Для цього варто враховувати не тільки склад грунту, але і рівень залягання грунтових вод. З необхідністю визначення, наскільки сильно грунт пучиниста в місцевості приватної ділянки, може зіткнутися будь-який власник заміської нерухомості. Для реалізації поставленої мети необхідно викопати шурф глибиною до 2 метрів. Це така спеціальна вертикальна вироблення квадратної, круглої або прямокутної форми перетину.

Після цього слід почекати кілька діб. Якщо на дні виритого невеликого котловану не здалася волога, потрібно пробурити ще на 1,5 метра. Варто тільки здатися воді, процес можна зупинити. Тепер залишається заміряти відстань від рівня води до поверхні.

Визначити тип грунту можна візуальним оглядом. На підставі цих даних можна зробити приблизний висновок щодо ступеня розширення грунту в період холодів.

Звернемося до математичних розрахунків

Розрахунок пученія грунту можна виконати самостійно, за допомогою формули E = (H-h) / h, де:

• E-коефіцієнт ступеня пучинистості грунту.
• H-висота пласта грунту після промерзання.
• h-висота пласта грунту до замерзання.

Відповідно, необхідно попередньо виконати потрібні виміри. Причому не тільки влітку, а й взимку. Робити висновки щодо пучинистости грунту можна на підставі зміни висоти. Якщо цей параметр становить 10 мм або більше на 1 метр промерзання, тоді коефіцієнт E буде дорівнює 0,01, що вже свідчить про те, що слід вживати відповідних заходів, щоб уникнути серйозних наслідків.

Варто ще раз нагадати, що процесам обдимання переважно схильна грунт, в якій присутній великий рівень вологи. Звертаючись в лід, вона помітно розширюється, збільшуючись в обсязі. Хто не заморожував воду в пластиковій пляшці, помістивши її в морозильну камеру холодильника з метою експерименту або по потребі? Відразу можна уявити собі всю силу водної стихії, зібраної в обмеженому обсязі.

Більшою мірою пучинистості схильні глиниста порода грунту, суглинки і супіски. А глина завдяки наявності безлічі пір здатна добре утримувати воду.

Способи мінімізації шкоди

Тепер нам ясно, що величину обдимання грунту не слід недооцінювати. Проте як уникнути неприємних наслідків, які можуть становити серйозну загрозу для життя людей? Для цього існує кілька способів. Але оскільки пученіе грунту багато в чому пов`язано з впливом на фундамент, то велика їх частина має на увазі способи його зміцнення або ізоляції. Розглянемо оптимальні варіанти вирішення такої непростої проблеми.

Процедура заміни грунту

Даний спосіб працює тільки при закладенні фундаменту-під основу укладається пісочна подушка. Причому вона повинна бути помітно ширше самого фундаменту будівлі. Потім вона добре трамбується і ущільнюється. Завдяки такій подушці забезпечується рівномірний розподіл всього навантаження на основу. До того ж шар пучинистого грунту знижується, отже, і сила природного явища теж стає слабкіше. До того ж піщана подушка володіє амортизаційними властивостями.

До всього іншого фахівці рекомендують щоб уникнути деформації від обдимання грунту засипати непучинистим грунтом область між опалубкою після її зняття і грунтом. Такий захід дозволить уникнути примерзання грунту до стінок фундаменту.

Тільки через якийсь час пісок в зворотній засипці (включаючи подушку) може змішатися з глиняними частинками, втрачаючи свої непучіністие властивості. Щоб уникнути цього піщана подушка і зворотна засипка повинна бути відокремлена плівкою, руберойдом або фільтруючої тканиною.

Зведення фундаменту

Тут мається на увазі оптимальний вибір типу підстави, що актуально лише на етапі будівництва будинку. Якщо ж він вже зведений, то слід використовувати інший спосіб вирішення проблеми. Відносно даної методики, можна вибирати між двома типами підстави-плитна конструкція або фундамент палі.

Моноліт

Формування плитної конструкції дозволить погіршити будівлю, що, в свою чергу, дозволить звести до мінімуму вплив грунту на фундамент. Звичайно, повністю виключити вплив морозного обдимання на монолітну плиту висотою понад 200 мм, втопленої в землю, не вийде. У той же час в результаті обдимання грунту підстава буде просто рівномірно підніматися на малу висоту в зимовий час. З потеплінням фундамент повернеться в початкове положення.

З технічної точки зору реалізація плитного фундаменту нескладна. Певні труднощі зазвичай виникають при операції армування. До того ж спосіб цей досить витратний.

Паль

Пристрій пальового фундаменту дозволить обійтися малою кров`ю. Тільки така конструкція може бути застосована лише до будівель з малою вагою (будівництво за каркасною технологією, використання сип панелей і т. д.).

Для підстави можуть підійти такі варіанти:

• Гвинтові палі - вони вкручуються в землю трохи нижче її рівня промерзання.
• Армовані конструкції-попередньо потрібно підготувати кілька свердловин, після чого встановити в них стрижні, загорнуті в руберойд і обмотані металевим каркасом.

Після того як палі будуть встановлені, їх слід з`єднати спеціальними балками або плитами для рівномірного розподілу навантаження на фундамент.

Утеплення периметра будинку

Даний спосіб дозволяє мінімізувати або зовсім виключити промерзання грунту. За рахунок утеплення грунту є можливість для зведення мелкозаглубленного підстави завдяки зменшенню глибини промерзання.

Тільки такий варіант боротьби з обдиманням грунту актуальний для районів з позитивною середньорічною температурою. Ширина укладається утеплювача повинна дорівнювати глибині промерзання грунту. Що стосується товщини матеріалу, то тут все залежить від теплоізоляційних властивостей і характеру клімату.