Як побудувати фундамент на пучинистому ґрунті.

Про шкоду пучинистості ґрунтів - як убезпечити дачні будови від цього шкідливого явища

Приїхавши після зими на дачну ділянку, уважно озирніться довкола. І ви побачите, що в якихось будинках на стінах та шибках вікон зміяться тріщини. На інших ділянках скособочилася брама (рисунок 1), сильно нахилилися дров'яник або сарай (малюнок 2).

Це результат дії вкрай небажаного природного явища, як спученість грунту. Особливо погано, точніше сказати руйнівно, безодня впливає, в першу чергу, на ту частину фундаментів будівель, яка знаходиться в землі. Це часто не враховують не тільки дачники-самобудівники, але іноді і професійні будівельники.

Звідки ж береться і як утворюється ця шкідлива пучинистість ґрунту? Як відомо, ще зі шкільного підручника з фізики, вода в процесі замерзання збільшується в обсязі на 10-15 відсотків. Через це підйоми та опускання ґрунту в умовах Північного Заходу досягають 20 сантиметрів і більше.

Якщо розширення води відбувається у вологих, щільних глинах, в дрібнопіщаних і пилоподібних ґрунтах, які здатні різко змінювати об'єм і деформуватися (тобто спучуватися) при негативній температурі, то ці ґрунти вважаються пучинистими. А крупнозернисті та гравійні – непучинисті. За неодмінною умовою, що вони мають вільний відтік води.

У непучинистих ґрунтах волога під власним тягарем осідає, як би провалюється, немов через сито, і тому не піднімається високо. Іншими словами: чим дрібніша (тонша) структура грунту, тим вище по ньому піднімається волога, і тим більше він стає пучинистим.

Зрозуміло, що промерзання ґрунту відбувається зверху донизу. Волога, що знаходиться вверхніх шарах, перетворюючись на лід, збільшується обсягом і опускається вниз. І якщо вона, не затримуючись, просочується через структуру навколишнього ґрунту, наприклад, через гравій, крупнозернистий пісок, які практично не створюють опору, то ґрунт без вологи не розширюється, а отже, ефект пучинистості не виникає. І навпаки.

Особливо це стосується щільної глини. З такої глини волога не тільки не встигає піти, а ще й накопичується. В результаті такий грунт неодмінно стає безоднім. Пучинисті явища - це не лише значні абсолютно непередбачувані рухи ґрунту, а й колосальні навантаження на фундамент, що досягають тиску 6-10 тонн на один квадратний метр.

Звідси незаперечний висновок: перед тим, як розпочинати будівництво, треба обов'язково з'ясувати, яка максимальна глибина промерзання буває в цьому місці:

у найхолоднішу пору року;
при найбільшій вологості ґрунту;
за повної відсутності снігового покриву.

У Ленінградській області глибина промерзання – до 1,5 метрів. Зрозуміло, що одночасне поєднання всіх цих факторів малоймовірне, проте це страховий випадок, що дозволяє передбачити, а значить уникнути будь-яких природних катаклізмів.

Істотне значення має і те, що якщо навіть пучинистість, деформуючи грунт, не буде впливати безпосередньо на підошву фундаменту, розташованого нижче рівня промерзання, напруга на межі зони промерзання може виявитися настільки значним, що здатне видавити фундамент разом з промерзлим грунтом або відірвати його верхню частину від нижньої. Подібні випадки найбільш ймовірні при влаштуванні фундаменту з каменю, цегли або дрібних блоків, особливо під легкими будинками та спорудами.

Це результатдії про сил бокового зчеплення. Вони виникають при зчепленні мерзлого ґрунту з бічними стінками фундаменту та за певних умов досягають тиску від 5 до 7 тонн на один квадратний метр бічної поверхні.

Наприклад, на фундаментний стовп діаметром 20 сантиметрів за глибини промерзання 150 сантиметрів впливають сили бічного зчеплення понад 9 тонн. Це у кілька разів перевищує навантаження від ваги будівлі. І тому виникає пучинистий ефект.

Це обумовлюється тим, що над поверхнею постійно відбувається зіткнення холоду, що знаходиться нагорі, та тепла землі. Якщо тепло землі взагалі постійно, то ступінь замерзання грунту залежить від багатьох факторів: температури і вологості навколишнього повітря, вологості грунту, щільності і товщини снігу, ступеня прогріву сонцем.

Через різницю температур межа промерзання вдень знаходиться вище, ніж уночі. Ця різниця особливо збільшується там, де сніговий покрив невеликий або зовсім немає. Ближче до весни ґрунт на південній стороні розморожується швидше, ніж на північній, а отже, стає вологим, і, відповідно, сніговий пласт над ним робиться більш тонким, ніж з північного боку.

Тому на відміну від північної сторони будинку ґрунт з південного боку інтенсивніше прогрівається вдень і сильніше промерзає вночі, сприяючи тим самим виникненню сил бокового зчеплення. Дія цих сил особливо посилюється, якщо поверхня фундаменту нерівна і не має відповідного гідроізолюючого покриття.

Заглиблений стрічковий фундамент також може підніматися силами бічного зчеплення, якщо знову-таки не має гладкої, ковзної бічної поверхні і недостатньо притиснутий зверху будинком або бетонними перекриттями.

Як уникнути таких небезпечних руйнівних,а найчастіше просто катастрофічних неприємностей? Один з таких варіантів, що дозволяє уникнути їх, показаний на малюнку 3. Як ми бачимо, тут немає заглиблених в ґрунт опор, які могли б піддаватися пучинистим навантаженням. У цьому випадку споруда лежить на опорних плитах. На них тисне сила, що дорівнює частині ваги будівлі, тобто зовсім невелике навантаження.

Великопіщана (протипухнаста) подушка не дасть утворитися льоду і забезпечить її рівновагу. Такі фундаментні плити можна виготовити в домашніх умовах з бетону з додаванням гравію, заклавши металеву арматуру. Найкраще використовувати дріт. Товщина плити має бути не менше 10 сантиметрів. Можна використовувати готові плити. Перед укладанням плит пісок змочують та трамбують.

Однак набагато більшого поширення в дачному будівництві набули так звані дрібнозаглиблені фундаменти. Це коли глибина закладення фундаменту не сягає глибини промерзання грунту (рисунок 4). З закону фізики ясно, що вага частини будівлі (ВЗ) повинна врівноважуватися силою пучення ґрунту (ПГ), що утворюється при розширенні льоду, що промерзає, і силами бічного зчеплення (БС), які виштовхують опори.

Сила пучення ґрунту при низькій температурі може значно перевищити вагу будівлі, і тоді фундаментна опора буде неминуче виштовхнута назовні. Це дуже помітно провесною, коли повністю відтає і добре прогріється верхній шар грунту. У теплий час опора опускатиметься, але зовсім ненабагато, оскільки простір під нею заповнений водою і грунтом, що наплив. Така опора через деякий час зміститься, і будівництво неминуче перекоситься.

Щоб уникнути подібного небажаного явища, дуже часто в фундамент та стіни закладається металева арматура,а також споруджуються арматурні пояси (рис. 5). Або основа фундаменту робиться розширеним у вигляді опорного майданчика-анкера (рисунок 6). У цих випадках підвищується жорсткість стін та фундаменту, а, отже, різко зростає опір усієї конструкції навантаженням від спучування ґрунту.

Олександр Носов, майстер на всі руки