Механізм дії сил обдимання
Грунт здатний утримувати в собі воду. При негативних температурах обсяг замерзлої води значно збільшується (на 9-12%), збільшуючи при цьому обсяг грунту. Порівняйте: щільність води - 1000 кг / м 3. а щільність льоду - 916 кг / м 3. Так як маса води не змінюється, то замерзаючи і перетворюючись на лід, вона займає більший обсяг, і всім свої новим обсягом тисне на грунт. Грунт рухається. Рухатися вниз йому нікуди - там занадто велика щільність, тому він рухається вгору і тисне на фундамент.
Чим більше в грунті води, тим більше його пученіє. Класифікація грунтів в залежності від їх відносної деформації обдимання визначена ГОСТ 25100-95 (таблиця Б.27):
З таблиці видно, що м'якопластичного глинисті грунти мають найбільшу деформацію пучения. На фізичному рівні це пов'язано з тим, що глина, на відміну від піску і гравію. не пропускає воду і вода накопичується. При глибині промерзання 1 м обсяг грунту може збільшитися на 10%, що становить 10 см, при глибині промерзання 2 м - вже на 20 см. Сили пучения досить, щоб підняти і фундамент, і весь будинок разом з ним.
При рівномірному скорочення обсягу грунту в міру його відтавання, сили обдимання не такі небезпечні, а якщо відтавання йде нерівномірно через нерівномірний розподіл води в грунті, то можливі серйозні деформації фундаменту, перекіс вікон, що не закриваються двері, тріщини в стінах і т.п . На нерівномірне пученіє так само впливають наявність одночасно опалювальних і неопалюваних приміщень, нерівномірне укриття грунту навколо будинку снігом і т.п.
Як діють сили пученія на фундамент?
Дія сил морозного здимання
Подивимося на малюнок. Сила пученія грунту, розташованого безпосередньо під фундаментом, діє на нього знизу вгору. Обдимання ґрунту, розташованого навколо фундаменту, діє на його бічні стінки по дотичній і горизонтально. Чим глибше фундамент, тим менше сила обдимання, що діє на його підставу. Але при цьому збільшується площа бічної поверхні фундаменту, а з нею і сумарна величина сил обдимання, що діють по дотичній і горизонтально. Таким чином, заглиблення фундаменту нижче глибини промерзання грунту позбавляє від дії морозного пученія грунту на його підставу, але не гарантує стійкості фундаменту і вдома. Так як, якщо будинок легкий (каркасний, щитової), то його ваги може не вистачити для нейтралізації сил морозного пученія грунту, що діють по дотичній (їх величина може досягати 7 тонн на квадратний метр), і фундамент буде виштовхувати (витріщає) з грунту.
Крім витріщення, грунт під дією дотичних і горизонтальних складових сил морозного обдимання стискає фундамент з боків, викликаючи його деформацію, що дуже небезпечно для збірних стрічкових фундаментів з блоків. Тому ладу будинок на стрічковому фундаменті на чрезмернопучіністом (сільнопучіністие) грунті слід віддати переваги монолітному залізобетонному фундаменту, а не фундаменту з блоків.
Як зменшити дію на фундамент сил морозного пученія?
Є кілька способів для захисту від морозного пученія грунту:
- утеплення грунту навколо будинку (по горизонталі) - найпростіший і недорогий спосіб. За рахунок утеплення глибина промерзання грунту зменшується (в деяких випадках виключається повністю), що дозволяє будувати мелкозаглубленние фундаменти. Вибираючи ширину смуги утеплення, орієнтуємося на глибину промерзання в даній місцевості: якщо глибина промерзання 1,2 м, то і утеплюємо на ширину 1,2 м;
- утеплення стрічкового фундаменту по вертикалі - дозволить: знизити тепловтрати будинку до 20%; знизити тертя між грунтом і фундаментом від пученія грунту; компенсувати горизонтальне розширення грунту при його обдиманні (при утепленні пінополістиролом);
- зробити поверхню фундаменту при його будівництві більш гладкою - так як бетон - пористий матеріал, то грунт при змерзання має з бетоном хороше зчеплення і дотичні сили обдимання витріщають (виштовхують) фундамент назовні. Найпростіший спосіб для усунення змерзання фундаменту і грунту - прокласти між ними руберойд. Це більш гладкий матеріал, і грунт при обдиманні буде по ньому ковзати, відповідно, дія дотичній сили морозного обдимання значно скоротиться;
- захист від попадання вологи від дощу і снігу, що тане - можливо при спорудженні вимощення по всьому периметру будинку. Ширина вимощення повинна перевищувати ширину зворотної засипки фундаменту, що дозволить відвести воду подалі від фундаменту;
- відведення наявної в грунті вологи - виконати дренування. Необхідно якомога сильніше збезводнити грунт, що оточує малозаглиблений стрічковий фундамент. Для цього траншеї для стрічкового фундаменту викладають геотекстилем, після відливання фундаменту і виконання гідроізоляції та утеплення фундаменту, на дно навколо всього будинку укладають дренажні труби кільцевого дренажу, і засипають дренажної сумішшю (пісок + керамзит), або просто піском. Пристінкова дренажна мембрана відводить воду до дренажним трубах;
- повна або часткова заміна грунту, що підлягає і прилеглого до фундаменту - чрезмернопучіністий (сільнопучіністие) грунт замінюється на непучиністих (піщаний грунт). Заміна грунту проводиться на етапі закладення фундаменту. Під підставу фундаменту укладаємо подушку з утрамбованого піску висотою 30 см і шириною, що перевищує ширину фундаменту на 20 см. Піщаний шар зменшує шар пучинистого грунту і сила морозного здимання скорочується: наприклад, якщо на глибину 1 м укладається фундамент при глибині промерзання грунту 1,5 м , то шар пучинистого грунту дорівнює 50 см, збільшення його обсягу при морозному обдиманні може скласти 5 см. при спорудженні під таким фундаментом піщаної подушки висотою 30 см, шар пучинистого грунту дорівнює 20 см, і збільшення його обсягу при морозному обдиманні складе 2 см;
- використання для зворотної засипки фундаменту (після його заливки бетоном і зняття опалубки) непучиністих грунту - такий грунт НЕ буде примерзати до стінок фундаменту, що зменшить дію дотичних сил морозного здимання. Для запобігання замулювання з плином часу піску в піщаній подушці і в зворотній засипці (частинки глини з навколишнього ґрунту потрапляють в пісок і він набуває пучіністие властивості), піщану подушку під фундаментом і зворотну засипку відокремлюють плівкою або фільтрує тканиною від решти грунту.