Какие грунты пучинистые а какие нет

Пучинистые и промерзающие грунты. Чем они опасны, и как геологи помогают устранять связанные с ними риски?

Еще с античных времен строителям было известно, что не все земли одинаково хорошо использовать в качестве основания зданий. В зонах выхода на поверхность скальных пород, прочность которых не уступает высококачественному бетону, за устойчивость построек можно совершенно не опасаться. На песках и других менее прочных основаниях нужен надежный фундамент, который не позволит строительному объекту сильно осесть и «зарыться» в землю. Необходимые геометрические параметры фундаментов специалисты-проектировщики научились определять уже давно, на основании сведений об основных физических свойствах пород. Но есть, однако, группа грунтов, называющихся специфическими, характеристики которых изменяются под влиянием внешних факторов. «Яркие» представители этой группы – набухающие грунты и пучинистые промерзающие грунты, не раз становившиеся причинами преждевременного разрушения многих построек, пока люди не разгадали их секреты.

В чем заключается коварство пучинистых и набухающих грунтов?

Особенность, отличающая пучинистые и набухающие грунты – это способность неоднократно (циклически) изменять объем.

Набухающие грунты

К этому типу относятся некоторые виды глин, способные увеличивать объем (набухать) при возрастании влажности и сжиматься при ее снижении. Напряжение, возникающее в геологическом массиве, сложенном набухающими глинами, бывает настолько велико, что вызывает подъем построенных на нем сооружений на несколько метров. Чередующиеся подъемы и опускания приводят к растрескиванию фундаментов, других элементов построек. При неоднородном геологическом строении либо неравномерном намокании, здания накреняются и теряют устойчивость.

Пучинистые грунты

Ведут себя примерно так же и оказывают сходное воздействие на строительные объекты. Отличается лишь причина, провоцирующая изменение объема грунтовой массы. В данном случае это – сезонное промерзание почвы. Пучинистость проявляется при замораживании и оттаивании водонасыщенного грунта, когда он представлен породами, обладающими большой пористостью и, вместе с тем, слабыми фильтрационными свойствами: суглинками, глинами, пылеватыми и мелкозернистыми песками. Пучиниться могут, хотя и не в такой степени, средне- и крупнозернистые пески, при условии, что в них (в качестве заполнителя порового пространства) присутствует не менее трети пылеватых и глинистых частиц. Учитывая, что проявлять свои опасные специфические свойства могут лишь пучинистые промерзающие грунты, проблема пучения почвы существует лишь в северных и умеренных широтах.

Исследования в зонах, где можно встретить набухающие и пучинистые грунты

Чтобы своевременно выявить набухание или морозное пучение грунтов, предупредить воздействие, оказываемое на фундаменты сооружений этими процессами, геологические работы в зонах возможного риска производят с особой тщательностью. В ходе изысканий устанавливают:

• динамику уровня грунтовых вод;
• среднюю температуру и длительность зимнего морозного сезона;
• глубину промерзания грунта;
• деформации построек, имеющихся в зоне исследования; признаки пучения и набухания (трещиноватость на стенках обнажений, откосах котлованов;
• суффозионный вынос мелкодисперсных частиц из трещин).

Механические испытания для установления прочностных характеристик грунта должны производиться как при естественной влажности, так и при искусственном водонасыщении. В отчете, помимо собранной информации, дается прогноз изменения обстановки на стройплощадке, предлагаются рекомендации по организации дальнейших наблюдений и мероприятия по обеспечению устойчивости строительного объекта.

По каким критериям выявляют риск набухания и пучения?

Для предварительного прогнозирования возможного набухания или пучения исследуют породу на гранулометрический состав, пластичность и влажность. Определяют плотность скелета (твердых частиц) и пористость. Если результаты анализов свидетельствуют, что по данным критериям грунт вполне может оказаться специфическим, то переходят к дальнейшим испытаниям, в процессе которых оценивают:

1. влажность набухания после окончания поглощения воды образцом;
2. относительную деформацию образца;
3. влажность после полной усадки;
4. относительное уменьшение размера после усыхания;
5. давление набухания, возникающее во время намокания образца;
6. абсолютную деформацию пучения;
7. относительную деформацию (отношение высоты подъема к мощности пучинистого слоя);
8. давление пучения.

Чтобы не допустить набухание и морозное пучение грунтов, вредное воздействие, оказываемое ими на фундаменты сооружений создающимся давлением, здания и сооружения должны проектироваться с пониманием специфических особенностей местной геологии. Оптимально, когда фундамент закладывается на более низкой отметке, чем глубина промерзания грунта. После этого пучинистые промерзающие грунты уже не могут представлять серьезной угрозы зданию. С набуханием мощных пластов глин бороться труднее, но современные строительные технологии позволяются справляться и с этой проблемой, при условии, естественно, своевременного выявления ее инженерами-геологами.

Коментарі та питання:

Ваші запитання, зауваження та побажання Ви можете залишити тут. Ми обов’язково відповімо на всі Ваші звернення

Пучинистый грунт

Пучинистые грунты всегда представляли собой непростую задачу для строителей. Пучинистыми называют те грунты, которые подвержены морозному пучению. Причиной подобного явления становится влага, которая замерзает при снижении температуры воздуха и почвы. Лёд имеет меньшую плотность (917,7 кг/м³), что меньше плотности воды (1000 кг/м³),а значит, при замерзании занимает в почве больше места, что становится причиной вспучивания слоёв земли.

Вот почему строительство фундаментов на пучинистом грунте — задача ответственная, а порой и очень сложная. Во время проведения подобных работ необходимо учитывать множество факторов: силу воздействия воды, массу, нагрузку.

К пучинистым грунтам относят, в основном, супеси, грунты и суглинки. Последние имеют очень много пор, которые способствуют удержанию влаги в почве, — вот почему степень пучинистости грунта зависит не только от объёма воды в нём, но и от количества глины.

При возведении любых сооружений строители обязаны помнить, что пучение грунта может быть таким сильным, что он сможет поднять даже огромное сооружение, превратив фундамент в пластилиновую коробку. Перед тем, как выстроить новый объект, сначала принимают все необходимые меры, которые помогут избежать пучения, и лишь потом приступают непосредственно к строительству.

Состав любого грунта обычно включает в себя минеральные частицы, воздух и воду. Как только дом передаёт свою нагрузку на основание, грунт начинает сжиматься, и основание дома даёт усадку. На физические свойства пучинистого грунта ощутимое влияние может оказывать объём минеральных частиц, доходящий до 0,001 мм.

Строителям хорошо известно о таком требовании, как ограничение усадки при помощи допустимых величин. Это означает, что давление жилища на собственное основание не должно превышать расчётное сопротивление пучинистого грунта. (Такими расчётами занимаются инженеры-геологи).

Описываемые грунты могут иметь различную степень пучинистости: слабую, сильную и чрезмерную . При замерзании почвы движение грунта направляется вверх, а при оттаивании — вниз.

Степень пучинистости грунта может определить только специалист. Зависит она и от природной влажности, и от природной плотности, но главное — от уровня, на котором залегают грунтовые воды.

Обычно средний показатель пучения грунтов составляет 6-7%. С другой стороны, эти данные не могут быть одинаковыми даже для двух соседних строительных площадок, ибо уровень грунтовых вод может очень сильно колебаться, особенно осенью и весной в период дождей и таяния снега.

Чаще всего средний уровень грунтовых вод колеблется в пределе 1 м. Степень пучинистости грунта наиболее точно можно определить в осенний период. Часть пор такого типа грунта постоянно смачивается, причиной чему служит поверхностное натяжение воды. Подъём воды тем выше, чем меньше диаметр пор.

Огромным преимуществом подобного грунта становится то, что он, промерзая, как и вся почва, заполняется льдом во всех направлениях. Таким образом, силы пучения всегда уравновешиваются. Также грунт всегда удерживает грунт, находящийся ещё ниже. Вот почему они подходят для сооружения домов из дерева и иных лёгких, но прочных материалов. Строители очень тщательно изучают степень пучинистости грунта на конкретном участке, чтобы рассчитать усадку дома. Строительные свойства этих грунтов прекрасно улучшаются при помощи песка, а также конструктивных и мелиоративных мероприятий. Например, фундамент делают заглубленным, а боковые стены его уплотняют, чтобы они могли прекрасно противостоять силам пучения.

Как определить тип и пучинистость грунта

Любое строительство начинается с исследования грунта. На уже застроенной территории этот этап можно пропустить и воспользоваться результатами исследований, проведенных для других построек. Но часто застройка участка начинается именно с гаража. Хороший пример – каркасный гараж-дом, который был построен нами в качестве склада стройматериалов и временного жилища для строителей.

Нужно хорошо представлять, на каком грунте вы строите гараж. Исходя из его свойств выбирается тип и рассчитываются параметры фундамента. Неправильно спроектированный фундамент в лучшем случае может обойтись дороже, чем это необходимо, а в худшем – разрушиться.

Пучение грунта – одна из самых серьёзных опасностей, подстерегающих построенные без проведения должных исследований фундаменты. Впрочем, о неправильной усадке тоже не стоит забывать.

Таблица для определения степени пучинистости грунта. Z – величина, показывающая на сколько метров уровень грунтовых вод находится ниже глубины промерзания

Если вы не хотите воспользоваться услугами специалистов, для начала придётся выкопать на месте будущей постройки яму два метра глубиной с аккуратными вертикальными стенками. Так вы сможете визуально определить тип грунта. Кроме того, вы можете провести простой эксперимент, который поможет развеять ваши сомнения, если они у вас будут.

Берёте горсть грунта и добавляете в неё воды. Скатываете «сосиску» и, внимание, самый ответственный момент, сворачивате из неё бублик. В зависимости от того, что произошло с «сосиской», делаем выводы:

• Получился отличный бублик – это глина;
• «Сосиска» развалилась на несколько частей – суглинок;
• «Сосиска» рассыпалась на мелкие части – супесь;
• Не получилось даже сделать «сосиску» – песок.

Если на дворе осень, заодно с типом грунта вы можете определить уровень подземных вод. Хуже всего, если на дне ямы появилась вода. Если сухо – лучше всего воспользоваться ручным буром, и увеличить глубину своих знаний об уровне грунтовых вод еще метра на полтора-два. Воды не видно – до грунтовых вод достаточно далеко и вы даже можете сделать подвал или погреб.

Эта таблица поможет определить, какая глубина фундамента для гаража требуется

Но нас интересует не абсолютное значение уровня грунтовых вод, а то, насколько он находится ниже глубины промерзания. Глубина промерзания – величина нормативная, и определяется из таблицы. Тут стоит учесть, что зимы в последнее время стали мягче, чем раньше, но раз в несколько лет выпадает наоборот, более суровая. Так что если в расчётах предусмотрите дополнительный запас – не ошибётесь.

Не забывайте о том, что сделать фундамент на пучинистом грунте будет гораздо проще, если вы сможет уменьшить воздействие на грунт факторов, вызывающих пучение. Например, сделаете дренаж и утеплите отмостку.

При промерзании грунта, влага из замерзших слоёв выдавливается вниз. И если она не успевает выдавливаться, как раз и происходит пучение.

Усадка фундамента

Теперь у вас есть все необходимые данные для того, чтобы выбрать тип и глубину фундамента. Осталось рассчитать его ширину. Тут нужно ориентироваться на несущую способность грунта. Если на фундамент могут воздействовать горизонтальные силы пучения – ширина и конструкция фундамента это тоже необходимо учитывать, но тут в двух словах о расчёте не расскажешь.

Расчётное сопротивление грунта поможет определить минимальную площадь фундамента для гаража

Если постройка каркасная, например, гараж из сэндвич-панелей, то нагрузка на фундамент создаётся минимальная и мощная конструкция не требуется. Вопрос, как лучше сделать фундамент, сводится скорее к выбору типа фундамента.

А вот тяжелые капитальные постройки требуют серьёзного подхода к расчёту фундамента, так как нагрузка на грунт тут уже может оказаться вполне сопоставима с предельно допустимой.

Просадочные и пучинистые грунты

Объемные изменения в грунтах оснований во многих случаях отражаются отрицательно на состоянии возведенных на них сооружений, и задача специалиста геотехника— установить возможность развития таких явлений и определить меры борьбы с ними.

Объемные изменения могут возникнуть под действием многих причин, главнейшими из которых являются промерзание и высыхание.

Пучинистые грунты

Чем больше глинистых частиц в грунтах и в скальных породах основания, чем легче сооружение и менее глубоко заложен фундамент и чем больше глубина промерзания, тем больше опасностей для сооружения. Грубозернистые грунты мало изменяются в объеме при промерзании, так как в лед превращается только та вода, которая непосредственно содержится в порах грунта. Глинистые фракции в тонкозернистых грунтах обладают способностью постоянно абсорбировать воду из нижележащих слоев, которая, замерзая, образует тонкие прослойки льда, поэтому горная порода имеющая в составе глинистые грунты относится к пучинистым грунтам. Накопление частиц льда после длительного, периода промерзания приводит к морозному пучению грунта, достигающему иногда нескольких десятков сантиметров, что особенно вредно отражается на легких постройках или на недостаточно прочных частях сооружений, например на оконных парапетах подвальных этажей. Явления морозного пучения грунтов известны давно, и мероприятия по их предотвращению изложены в строительных нормах. Наиболее простым способом избежать последствия морозного пучения является увеличение глубины заложения фундаментов. Также, в современной геотехнической практике распространены методы утепления покровных слоев грунта за счет укладки теплоизоляционных гидрофобных плит по периметру здания или сооружения. Вид утеплителя, толщина и площадь покрытия обычно определяются расчетным методом на этапе проектирования.

Возможность объемных изменений в скальных породах часто остается без внимания. Например на складе для хранения семян Минсельхоза России в Краснодарском крае, построенного на песчанистых мергелях мелового возраста, фундаменты наружных кирпичных стен заложены на глубину от 0,8 до 1,2 м, а колонны заглублены на 1,8—2,0 м. После нескольких лет эксплуатации в здании появились трещины, поломались окна, что как оказалось, явилось следствием пучения скального основания стен, но не более глубоко посаженых колонн. Непосредственной причиной этих повреждений явились вертикальные деформации продольных жестких балок в сооружении, которые сначала были отнесены за счет осадки колонн. Однако при более детальном обследовании выяснилось, что в основании наружных стен между прослоями мергелей образовались включения льда.

Причинами повреждения некоторых зданий, являются также морозное пучение грунтов под полом неотапливаемых подвальных помещений и проникновение в них весенних талых вод из-за недостаточной гидроизоляции и покрытий полов от более тяжелых и глубже заложенных и вследствие этого менее выпучиваемых колонн.

Очень часто происходит морозное пучение глинистых грунтов в основании зданий холодильников, возникающее после нескольких лет их эксплуатации, несмотря на теплоизоляционные устройства. Грунты в периферийной части основания холодильника прогреваются потоком тепла, поступающего из окружающей среды, и не промерзают, а грунты в центральной части промерзают и пучатся на высоту десяти и более сантиметров, что ведет к серьезным повреждениям сооружения. Во избежание этого явления холодильники рекомендуется строить с подвальными помещениями или с искусственно подогреваемым покрытием в подошве.

Просадочные грунты

Высыхание, связанное с изменением объема грунта,—другая причина повреждений зданий. Довольно часто происходят разрушения зданий в результате естественных процессов высыхания и просадки меловых и третичных глин. В районах распространения лондонских глин это явление приняло такие размеры, что научно-исследовательскому строительному институту пришлось провести специальную разъяснительную компанию среди населения.

Повреждения возникают в стенах южной экспозиции, в основании наружной части которых влажность грунта уменьшается на несколько процентов по сравнению с основанием внутренней части. В результате происходит перекос фундамента здания, и в его стенах появляются вертикальные трещины или, если перекрытия конструктивно усилены, образуются косые трещины. Поэтому часто повреждаются углы сооружений.

Известно вредное влияние на сооружения корней деревьев корни которых распространяются широко вокруг фундаментов зданий и являются причиной понижения уровня подземных вод и снижения влажности глинистых грунтов, что приводит к просадке грунта. Особую осторожность необходимо проявлять при посадке тополей, так как они обладают развитой корневой системой, которая способна вытеснять грунты в основании фундаментов.

Дренирующий песчаный слой, подстилающий глинистый пласт, может привести к осушению последнего на всю его мощность. В этом случае в грунте появляются вертикальные трещины, распространяющиеся на мостовые, садовые ограждения и небольшие постройки. Смыканию во влажный период времени трещин, образовавшихся в стенах тех или иных сооружений, препятствуют попадающие в них обломки кирпича и цемента.

В районах распространения глинистых грунтов следует строить высокие, предпочтительно тяжелые здания. Поверхность грунта на участке застройки должна быть закрытой, свободной от рыхлых насыпей. Если этого нет, необходимо принять меры предосторожности. Влаголюбивые деревья, такие как тополь или ивы, должны рассаживаться далеко от стен сооружения (минимальное расстояние, согласно британским строительным нормам составляет 7,5 м). Вокруг здания вместо газона следует делать отмостку. В сухое время года ближайшие к зданию газоны должны поливаться, и воде, стекающей с крыш, надо давать возможность частично просачиваться в грунт. Европейские строительные нормы предусматривают заложение на глубину не менее 1,4 м, причем, если здание оборудовало котлом для отопления, глубина фундамента отсчитывается от пола подвального помещения.

На кирпичных заводах высыхание глинистого грунта вокруг обжиговых печей ведет к неравномерной просадке грунта и повреждению конструкций. Мерой предосторожности служит укладка под печи слоя гравия, насыщенного водой. Несомненный интерес представляет обратное явление — подъем поверхности грунта по окончании эксплуатации завода. Так, например, в Кемеровской области фундаментная железобетонная плита коксового завода, строящегося на территории старого завода, поднялась примерно на 12 см. Грунты в основании завода представлены неогеновыми глинами; несмотря на неравномерное поднятие грунта, железобетонная плита не испытала повреждения, но сооружения завода, как правило, очень чувствительны к неравномерным деформациям основания. Известен другой случай когда на Серовском металлургическом заводе пилоны литейного корпуса, дали осадку после 30 лет эксплуатации. Это обстоятельство отразилось на неравномерном вертикальном смещении подкрановых путей и было вызвано искусственным понижением (после реконструкции завода) первоначально высокого уровня грунтовых вод, за которым последовала потеря влажности глинистых грунтов вблизи печей.

Особый характер повреждений зданий может быть связан с увеличением объема некоторых горных пород.

Наша организация предлагает комплексный подход с целью разработки проектов оснований и фундаментов, в том числе с учетом факторов просадки и пучения грунтов.

Более полную информацию по разработке проектов оснований и фундаментов, по выполнению расчетов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.