Выбор и устройство фундамента на пучинистых грунтах

При наступлении заморозков грунтовые воды подвергаются замерзанию и превращению в лед, плотность которого больше, чем у воды. Объем льда, соответственно, больше, чем воды, поэтому и объем грунта вместе со льдом становится больше. Эту особенность всегда учитывают при строительстве фундамента. Пучинистый грунт увеличивается в своем объеме по причине морозного пучения. Он содержит три составляющих: глину, супеси и суглинки.

Схемы ленточных фундаментов.

Проведение исследования и анализа пучинистости грунта

Как определяют глубину промерзания грунта

Схема сборного столбчатого фундамента.

Пучинистость грунта является серьезным препятствием в процессе строительства любого вида фундамента. Это связано с тем, что глина содержит достаточное количество пор, что способствует тому, что вода удерживается в слоях глины. Поэтому содержание воды и глины в грунте определяет степень его пучинистости.

Степень морозной пучинистости – это величина, которая определяется как отношение изменения величины объема грунта при его промерзании в абсолютном выражении к размеру высоты грунта до его замерзания.

Определение склонности грунта к морозному пучению связано с показателем, характеризующим увеличение грунта на 1 см и больше на глубину 1 м в процессе промерзания грунта. Пучинистые грунты имеют показатель степени морозной пучинистости, равный 0,01.

Какие грунты можно отнести к пучинистым?

Схема установки столбчатого набивного фундамента.

Степень пучинистости грунта определяют его составом, уровнем пористости, наличием грунтовых вод. К пучинистым грунтам можно отнести пылеватые и мелкие пески, глинистые грунты. Непучинистыми являются крупнозернистые и гравийные песчаные грунты. Объясняются эти различия следующими особенностями грунтов:

• грунт удерживает воду как губка, что связано с капиллярным эффектом прохождения воды через глины или мелкие пески от уровня грунтовой воды на определенную высоту до поверхности земли. Находящиеся на поверхности пылевые частицы испытывают силы смачивания водой;

Крупнозернистые пески не испытывают воздействия этих сил, а увлажнение грунта происходит на уровне, где проходят грунтовые воды. Чем более тонкую структуру имеет грунт, тем выше происходит подъем влаги. Степень пучинистости при этом является более высокой, чем у грунтов с более крупной структурой. Смесь глины или пылеватого песка, а также гравия или крупного песка является пучинистым грунтом.

• если учитывать, что промерзание грунта должно происходить сверху вниз, то отмечается определенная скорость опускания границы между уровнем влажного и мерзлого грунта. Это зависит от погодных условий. Увеличенная в объеме влага, которая превратилась в лед, вытесняется сама собой в более низкие слои грунта, проникая через его структуру. Величина показателя степени пучинистости при этом зависит и от скорости просачивания выдавливаемой сверху влаги сквозь структуру грунта. Если она успевает просачиваться, а не замерзнуть в грунте, то он не является пучинистым.

Как правильно сделать анализ пучинистости грунта для устройства фундамента

Первый этап возведения фундамента на грунтах, имеющих определенную степень пучинистости, связан с проведением анализа величины этого показателя.

При этом важно оценить свойства грунта на его глубине. Анализ позволяет оценить степень подвижности грунта в условиях его пучения при заморозках.

Схема закладки фундамента в пучинистом грунте.

Предварительно ведут разработку скважины, чтобы осуществить подбор грунта, который залегает на разной глубине. В результате требуется определить степень его пучинистости. Только после этого начинают выполнять разметку фундамента.

Если остановиться подробнее на этапах проведения данного анализа, то можно выделить следующие этапы выполнения работ:

1. Осуществление подбора грунта в пробуренной скважине, глубина которой больше на 50-70 см от уровня глубины промерзания грунта. За счет этого будет дана более точная оценка степени пучинистости.
2. Определить тип почвы, объем глины, содержащийся в почвах.
3. Содержание в грунте почвенного и насыпного слоя, который не является подходящим для возведения фундамента, предварительно удаляют, оставляя только глинистые слои. Им присуща наибольшая несущая способность.
4. Следует учесть равномерность вспучивания грунта по всей площади конструкции при проектировании. Нормальной опорой для фундамента будут считаться только те слои грунта, которые обладают наибольшей несущей способностью, связанной с их низкой степенью пучинистости.
5. Отмерзающий грунт способен опустить фундамент вместе с постройкой, в зимний же период конструкция основания постройки будет снова подниматься. Если ниже глубины промерзания залегают среднепористые или крупнопористые слои, то они будут представлять собой наиболее подходящую опору для фундамента.
6. Перед укладкой фундамента на пучинистый грунт его верхний слой лучше заменить песком и гравием, утрамбованными перед укладкой конструкции основания строительного сооружения.
7. Необходимо отметить уровень грунтовых вод перед тем, как производить укладку фундамента. При их высоком расположении устраивают дренажные системы.
8. После того как проведен анализ пучинистости грунта, принимаются меры, позволяющие обеспечить долговечность фундамента.

Какие меры принимаются против пучинистости грунта

Схема деформации фундамента при пучении грунта.

Чтобы строение не было поднято в результате пучения грунта, что может привести к деформации фундамента, необходимо произвести следующие виды работ:

1. Необходимо вырыть котлован, удалив из него часть грунта, которая может подвергаться пучению, заменив проблемный слой гравелистым или крупным песком. Полученный при этом слой требуется тщательно утрамбовать. Поскольку такому грунту присуща высокая несущая способность, то на нем можно возводить любые типы фундамента.
2. Уровень укладки фундамента должен быть более низким, чем глубина промерзания. Это сделает основание сооружения или здания более устойчивым. Воздействие сил пучения в данном случае будет проявляться только в отношении боковой поверхности.
3. Чтобы уменьшить влияние сил пучения, используют слой теплоизолятора, укладываемого на слой грунта. При этом можно возводить мелкозаглубленный фундамент, используя слой утеплителя толщиной, которая будет зависеть от расположения участка строительства.
4. Пучение грунта может быть исключено при устройстве дренажной системы, которая позволяет производить отведение воды на строительном участке. Специально вырытая канава и фундамент должны иметь равные размеры. В канаву необходимо заложить перфорированную трубу под уклоном небольшого размера. Чтобы завернуть трубу для изоляции, используют фильтрующую ткань. Канаву с трубой необходимо засыпать гравием, можно воспользоваться и крупнозернистым песком.
5. Следует заранее подготовить на строительном участке специальный дренажный колодец, имеющий отверстие, чтобы в него могла стекать вода. Участок, где будет располагаться колодец, должен быть достаточно низким. С этой целью необходимо устроить отмостку и предусмотреть ливневую канализацию.
6. Необходимо правильно обустроить забирку, то есть элемент столбчато-ленточного фундамента, используемый вместо цоколя.

Одной из характерных особенностей пучинистого грунта является способность к быстрому промерзанию и быстрому оттаиванию. Грунт будет оказывать деформирующее воздействие на основание, нарушая целостность фундамента. Лучше всего спроектировать фундамент, включающий арматурный каркас, что придаст конструкции особую жесткость.

Какой тип фундамента использовать в зависимости от анализа грунта

Схема монолитного фундамента.

Устройство фундамента того или иного вида производят в зависимости от уровня глубины промерзания грунта, который может подвергаться различной степени пучения. Возведение ленточного фундамента нельзя производить на грунтах, которые могут подвергаться сильному пучению.

В процессе проведения инженерно-геологических исследований должны учитываться следующие важные моменты, которые связаны со следующими процессами:

1. Определение показателя промерзания грунтов;
2. Оценка показателя уровня нагрузки здания или сооружения на фундамент.
3. Определение вида грунта.
4. Установка срока эксплуатации постройки.
5. Выявление уровня залегания грунтовых вод.
6. Исследование возможностей обустройства дренажной системы.
7. Подготовка всех необходимых инструментов и материалов для строительства.

Схема столбчатого фундамента.

Уровень качества строительства определяет срок эксплуатации фундамента, поэтому необходимо ответственно и грамотно подходить к проблеме выбора типа фундамента. Неправильный выбор может оказаться причиной лишнего расходования денежных средств, возможно, в больших объемах. Этап проектирования должен быть основательно продуман.

Определившись с участком для строительства, составляют план, который будет зависеть от назначения будущей постройки. Необходимо выявить наличие подземных коммуникаций на участке под строительство. Устройство жесткой конструкции фундамента позволит перераспределять нагрузки, оказываемые со стороны грунта, а также деформации несущих стен фундамента, как можно равномернее.

Легкие постройки из бруса требуют укладки мелкозаглубленного фундамента. Тяжелые здания, которые имеют несколько этажей, должны строиться на заглубленных фундаментах. Большое внимание при выборе фундамента уделяют уровню залегания грунтовых вод.

Устройство фундамента мелкозаглубленного типа на пучинистом грунте возможно в том случае, если нельзя проложить дренажную систему для отвода воды, уровень залегания которой достаточно высокий. Если уровень низкий, то можно производить обустройство любого вида фундамента: плитного, ленточного, свайного и т.д. В процессе индивидуального строительства лучше всего укладывать ленточный фундамент.

Как правильно возводить фундамент на пучинистых грунтах

Составляющие конструкции фундамента

Схема армирования углов ленточного фундамента.

При проведении инженерно-геологических работ на участке не следует экономить на исследованиях. Это поможет не тратить лишние силы и средства при строительстве более заглубленных фундаментов. Выбору типа фундамента следует уделить особое внимание. Только тогда опора здания или сооружения будет максимально прочной и устойчивой.

Фундамент не считается подземной частью здания, так как он находится не только под землей, но частично над поверхностью земли. Конструкция опоры здания должна передавать всю нагрузку строения на грунт. В первую очередь внимание уделяют устройству подземной части конструкции.

При строительстве фундамента следует помнить, что его качество определяется спустя некоторое время после возведения опоры. Самое главное – это точное проведение всех расчетов при проектировании опоры здания. Деформации, вызываемые неправильным устройством фундамента, могут быть следующими:

1. Температурные, связанные с перепадами температуры.
2. Осадочные, связанные со смещением грунта в результате движения на определенной глубине грунтовой воды.
3. Усадочные, происходящие из-за потерь влаги, исчезающей из тех материалов, которые входят в состав опоры.

При устройстве фундамента учитывают основные элементы, из которых состоит опора здания или сооружения:

1. Подошву, представляющую собой горизонтальную плоскость, которая является нижней поверхностью фундамента.
2. Боковые поверхности, представляющие собой внутренние и наружные вертикальные плоскости.
3. Цоколь, находящийся над землей, высота которого может составлять от 30 см.
4. Слой гидроизоляции, который представляет собой конструктивную прослойку, укладываемую в горизонтальном или вертикальном положении.

Несущим является верхний слой, а другие слои грунта под фундаментом называются подстилающими. Расстояние между поверхностью земли и подошвой называют глубиной заложения фундамента. Границу, проходящую между опорой здания и наземной частью, называют обрезом. При строительстве фундамента учитывают длину и ширину подошвы и обреза.

Последовательность выполнения работ при укладке ленточного фундамента

Выбор типа фундамента для строительства на пучинистых грунтах

Схема взаимодействия правильно устроенных фундаментов с пучинистыми грунтами.

Если анализ грунта выявил, что степень показателя пучинистости грунта средняя или выше, то можно начинать строить мелкозаглубленный ленточный фундамент. При этом могут возникнуть риски деформации конструкции опоры, поэтому несущая нагрузка стен здания на фундамент должна быть рассчитана заранее. Если запроектировано строительство малоэтажного здания, то ленточный фундамент может иметь ширину, равную 40 см. Предварительно необходимо провести внешнюю и внутреннюю разметку.

При строительстве фундамента на пучинистых грунтах не стоит останавливаться только на ленточном фундаменте. Самым важным является то, чтобы фундамент был выполнен правильно. Можно запроектировать заглубленный фундамент. В процессе его эксплуатации он не будет подвергаться различным деформациям.

Затраты на строительство фундамента могут быть разными, начиная от совсем незначительных расходов, кончая крупными. К заглубленным фундаментам относятся не только ленточные опорные конструкции домов, но и столбчатые и столбчато-ленточные. Если разработан проект дома с подвалом, то его фундамент тоже относится к заглубленным типам.

Все предусмотренные в проекте фундамента размеры должны быть перенесены в ходе разметки периметра будущей опоры здания. В каждый угол периметра необходимо забить колышки, через которые натягивают шнурок или леску. Внутренняя разметка связана с определенным отступом, который будет равняться ширине фундамента.

Дальнейшее строительство ленточного фундамента не представляет особой сложности, так как данный вид опоры здания имеет достаточно простую конструкцию. Наличие мастерства и знаний по строительству ленточных фундаментов позволит все работы выполнить за месяц.

Укладывают мелкозаглубленный ленточный фундамент на глубину, равную не менее 40 см. С целью начала обустройства фундамента прорывают траншею, которая должна иметь основание с ровной поверхностью. Затем в ней тщательно утрамбовывают грунт и укладывают щебень или гравий слоями.

Правила устройства фундамента

Схема взаимодействия фундамента с пучинистым грунтом.

Все работы, связанные со строительством ленточного фундамента, должны производиться при наличии таких материалов и инструментов, как:

1. Крепеж.
2. Бетон.
3. Арматура.
4. Доски для опалубки.
5. Бетономешалка.
6. Щебень или гравий.
7. Стальная проволока.
8. Мембрана (если есть необходимость).

Чтобы правильно осуществить работы по созданию ленточного фундамента, следует соблюдать определенные правила:

1. Если применяют тощий бетон, то фундамент возводят только спустя 1 неделю после его заливки, когда бетон уже наберет необходимый уровень прочности. Размер тощего бетона может составлять от 5 до 10 см, а его прочность в зависимости от погодных условий способна достигать 50%.
2. Низкомарочный тощий бетон позволяет провести бетонную подготовку, получив ровную и гладкую поверхность. Далее производят гидроизоляцию конструкции. При достаточно низком уровне грунтовых вод можно применять противокапиллярный вид гидроизоляции.
3. Чтобы обеспечить более надежное отвердение бетонной заливки, можно использовать профилированную мембрану, которая будет являться препятствием для стекания цементного молока, которое используется в процессе заливки бетонной смеси в слой грунта. Препятствием образованию трещин в фундаменте является шипованная поверхность мембраны.

Замена бетонной подготовки шипованной мембраной позволит сократить все расходы на материалы. Сроки выполнения работ будут ускорены, как и возможность возведения фундамента после затвердевания бетона. Если строительство будет сопровождаться благоприятными погодными условиями, то среди наиболее подходящих смесей выбирают марку бетона М200. Чем выше марка, тем при более холодных погодных условиях можно вести строительство.

Для улучшения качества бетонной смеси в нее можно добавить специальные добавки. Их доля не должна быть больше 1-2% в объеме бетонной смеси. Они должны обеспечивать повышенную пластификацию и морозостойкость бетонной смеси.

http://youtu.be/hI8oietMmho

Выполнение работ по созданию ленточного фундамента

Закладка ленточного фундамента на глубину промерзания используется в основном при строительстве домов, этажность которых более двух, то есть является повышенной. Возведение данного типа фундамента в индивидуальном строительстве связано с повышенными расходами. Поэтому высокая себестоимость работ не позволяет использовать этот тип опор для частных домов.

Изображение 1. “Индустриальные” варианты фундамента.

Фундаменты ленточного типа делятся на сборные и монолитные. Поперечное сечение фундаментов должно иметь ступенчатую, трапециевидную или прямоугольную форму. Заглубленный ленточный фундамент в отличие от мелкозаглубленного не должен иметь под лентой основание, включающее песчаную подушку или грунтовую подсыпку. Опора заглубленного фундамента должна представлять собой грунтовую структуру, состояние которой не является чрезмерно увлажненным.

Индустриальное строительство связано с устройством фундамента ленточного типа, при возведении которого применяются фундаментные стеновые блоки (ФБС), укладываемые на блок-подушки, как показано на схеме (ИЗОБРАЖЕНИЕ 1).

Если при закладке используют железобетонные блоки, то при укладке кладочного раствора в горизонтальный слой обязательно закладывается арматурный каркас. Его вяжут прямо в съемной опалубке с помощью вязальной стальной проволоки. Опытные строители советуют всегда применять опалубку при возведении опоры дома, а не отливать заглубленный или мелкозаглубленный фундамент непосредственно в грунт. Возможен монтаж каркаса с помощью сварочного аппарата.

На ровную боковую поверхность наносят гидроизолирующее покрытие, уменьшающее воздействие сил бокового сцепления с промерзшим грунтом. Это позволяет исключить увлажняющее воздействие на фундамент паводковых или грунтовых вод.

Выполнение работ по строительству столбчатого фундамента

Изображение 2. Особенности столбчатого фундамента.

Использование столбчатого фундамента получило широкое распространение в индивидуальном строительстве, что связано с простотой и доступностью данного вида опорной конструкции. Этот вид опор идеально подходит для устройства легких заборов, веранд и щитовых домов, а также крылец, террас, каменных ограждений.

Недостаточно большая площадь опоры не позволяет возводить столбчатые фундаменты для тяжелых каменных домов. Вместе с тем должен быть найден правильный баланс, уравновешивающий несущую способность опор, вес строения и силы выталкивания, возникающие в результате сцепления опоры с мерзлым грунтом.

Столбчатый фундамент возводится с использованием набивных свай и заливки бетонного раствора в скважину. Предварительно пробуривают скважину, учитывая глубину промерзания грунта и залегания грунтовых вод, а затем проводят устройство набивной сваи. Площадь нижней части опоры или диаметр скважины определяют несущую способность сваи.

Если нижняя часть набивной сваи не покрывается гидроизоляцией, то происходит просачивание цементного молока в грунт, что должно повысить несущую способность грунта, как показано на схеме (ИЗОБРАЖЕНИЕ 2).

Выполнение работ по созданию столбчато-ленточного фундамента

Столбчато-ленточный вид фундамента возводится аналогично столбчатому типу. При этом опоры объединяются лентой-ростверком в общую конструкцию, как показано на схеме (ИЗОБРАЖЕНИЕ 3). При возведении столбчатого фундамента опоры объединяют за счет нижней части строения. В целом между данными видами фундаментов нет особой разницы.

Ленту-ростверк создают для выполнения следующих задач:

1. Обеспечить связку опор в особо жесткую конструкцию в процессе строительства дома, который будет иметь нежесткие стены из бруса, бревна или щита.
2. Закрыть подпол дома надежной жесткой конструкцией, которая не только устойчива к влажности, но и к загрязнениям, а именно создать забирку.
3. Подготовить поверхность с целью укладки стен из пеноблока, кирпича, стенового блока и т.п.

http://youtu.be/xs_hvSwr4Fg

Необходимо соблюдение воздушного зазора при строительстве между лентой и грунтом, равного 10-15 см, который должен компенсировать пучинистые деформации грунта. Если воздушный зазор засыпать песком, думая, что песчаный грунт не является пучинистым, то в результате лента-ростверк будет оторвана от опоры либо поднята вместе с ней при морозном вспучивании грунта. Поэтому опытные строители не рекомендуют это делать, так как фундамент будет незаглубленным. Следует заранее определить необходимый вид фундамента: столбчатый или незаглубленный.