Как защитить фундамент от промерзания грунта?

Рис. 3.

Столбчатый фундамент с использованием трубдля щитового деревянного дома:1 – труба; 2 – бетонная подушка; 3 – анкер из полосовой стали; 4 – брус нижней обвязки; 5 – забирка;6 – болты для подвески забирки и крепления анкеровДля малоэтажных зданий с малонагруженными фундаментами необходимо принимать меры, направленные на снижение сил морозного пучения. В целях уменьшения воздействия касательных сил пучения, возникающих при смерзании грунтов засыпки с поверхностью фундаментов, следует:Возводить фундаменты простейших форм с минимальной площадью поперечного сечения; Предпочтение отдавать столбчатым или свайным фундаментам с фундаментными балками; Уменьшать площадь смерзания грунта с фундаментами; Обеспечивать заанкеривание фундаментов в слое грунта ниже отметки сезонного промерзания; Снижать глубину промерзания грунта около фундаментов теплоизоляционными материалами; Применять обмазки и обертки; Проводить соответствующие мероприятия по увеличению нагрузок для компенсации касательных сил пучения; Производить полную или частичную замену пучинистого грунта непучинистым.При строительстве малоэтажных зданий энергетического и сельскохозяйственного назначения (см. фундамент загородного дома) на пучинистых грунтах применяют железобетонные фундаменты в виде плит или лежней без заглубления.

Этот способ значительно удешевляет строительство и, как показала экспериментальная проверка, обеспечивает эксплуатационную пригодность зданий и технологического оборудования. При этом полностью исключается воздействие касательных сил морозного пучения.В качестве лежней можно использовать железобетонные балки, панели перекрытий, дорожные и аэродромные плиты, сваи и т. п.

Лежни и плиты укладывают на выровненную песчаную подготовку толщиной 150-200 мм.При монолитном исполнении подобных фундаментов рекомендуется перед бетонированием уложить на песчаную подготовку водонепроницаемую пленку для устранения утечки из бетона цементного молока. Обычно для армирования плит толщиной 150-200 мм, под жилой одноэтажный кирпичный дом требуется двойная арматура диаметром 10-12 мм с шагом 200-250 мм плюс армированный пояс в уровне низа перекрытия над первым этажом из 3-4 стержней диаметром 10 мм.(см. рис.

1).Интересны решения по устройству конструкций “нулевого” цикла по финской технологии (например, фирмы PAROC) с теплоизоляцией основания из плитного пенопласта. Примером устройства таких фундаментов может служить один из коттеджей в г.Зеленогорске (Ленинградская обл.). Грунты основания здесь представлены пылеватыми песками (плывунами), уровень подземных вод примерно на 1 м ниже нулевой отметки.

Нормативная глубина промерзания 1,4 м.Здание одноэтажное, с мансардным этажом. Стены из пенобетона толщиной 300 мм, перекрытия по деревянным балкам. В зимний период здание может находиться некоторое время без отопления.Здесь, с целью демонстрации различных приемов, условно изображено гораздо больше противопучинных мероприятий, чем в реальном проекте (см.

рис. 2).Заслуживает внимания решение для легких зданий (щитовых домиков), когда необходимо прорезать значительную толщу слабых водонасыщенных грунтов (см. рис.

3). Такие фундаменты имеют гладкую поверхность, что позволяет успешнее справляться с возникающими касательными силами пучения, и глубину заложения ниже отметки промерзания, что исключает влияние нормальных сил пучения.Снижение касательных сил пучения может быть достигнуто обмазками или заменой верхнего слоя на другой, менее активный при пучении грунт, т. е.

возможны варианты.Все вышеизложенное не претендует на абсолютную полноту информации по данной проблеме. Автор стремился вкратце напомнить о существовании методов и приемов, которые выработаны практикой проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.При устройстве фундаментов домов следует предусматривать меры по защите оснований фундаментов от промерзания. На глубину промерзания влияют климат (температура, высота снежного покрова), вид грунтаи внутренняя температура дома.Непромерзающими видами оснований являются скала, крупный песок, гравий.

Ясно, что на промерзающих грунтах фундаменты следует закладывать ниже глубины промерзания почвы.Деформация фундаментов:а – величина просадки;б – величина пучения;в – величина бокового сдвига;У.П.Г. – уровень промерзания грунта; 1 – просадка фундамента (А>Б); 2 – выпучивание фундамента при заложении его подошвы выше У.П.Г. (А<Б+В1); 3 – отрыв и выпучивание верхней части фундамента при заложении ниже У.П.Г. (А<В1); 4 – боковой сдвиг фундамента; А – нагрузки на фундамент; Б – сопротивление грунта; В – вертикальные силы морозного пучения грунта; В1- касательные силы морозного пучения грунта; Г – силы бокового давления.Ошибкой многих индивидуальных застройщиков является уверенность, что чем глубже заложен фундамент, тем лучше, и что такое решение уже само по себе обеспечивает его надежную работу и устойчивость. Действительно, при расположении подошвы фундамента ниже уровня промерзания грунта вертикальные силы морозного пучения перестают действовать на нее снизу, однако касательные силы морозного пучения, действующие на боковые поверхности, могут и в этом случае вытащить фундамент вместе с промерзшим грунтом или оторвать его верхнюю часть от нижней. Такие случаи наиболее вероятны при устройстве фундаментов из камня, кирпича или мелких блоков, особенно под легкими зданиями и сооружениями.Чтобы не допустить деформации фундаментов на пучинистых грунтах, необходимо не только расположить их подошву ниже уровня промерзания грунтов и тем самым избавиться от непосредственного давления мерзлого грунта снизу, но надо также нейтрализовать касательные силы морозного пучения, действующие на боковые поверхности фундамента.

Для этой цели внутри фундамента на всю его высоту закладывают арматурный каркас, жестко связывающий верхнюю и нижнюю части фундамента, а основание делают уширенным, в виде опорной площадки-анкера, которая не позволяет вытащить фундамент из земли при морозном пучении грунта.Такое конструктивное решение гарантирует стабильную работу фундаментов при любых вертикальных деформациях грунта, однако, практически оно возможно лишь при использовании железобетона. Если фундаменты возводят из камня, кирпича или мелких блоков без внутреннего вертикального армирования, необходимо их стены делать наклонными (сужающимися кверху). Такой способ устройства фундаментных стен и столбов при тщательном выравнивании их поверхностей значительно ослабляет боковое вертикальное воздействие пучинистых грунтов на фундамент.Дополнительными мерами, уменьшающими влияние сил морозного пучения, могут быть:покрытие боковых поверхностей фундамента скользящим слоем (отработанное машинное масло, полиэтиленовая пленка); утепление поверхностного слоя грунта вокруг фундаментов (шлак, керамзит, пенопласт), при котором уменьшается местная глубина промерзания грунта.

Последнюю меру можно применить и для ранее построенных мелкозаглубленных фундаментов, нуждающихся в защите от морозного пучения.В районах с высоким расположением грунтовых водна фундаменты малоэтажных зданий воздействуют силы морозного пучения.В тяжелых пучинистых грунтах (водонасыщенные глины, суглинки, супеси, мелкие и пылеватые пески) эти силы достигают 100…150 кПа (10…15 тс/м2) и, действуя на фундамент снизу вверх, часто превосходят нагрузки вышерасположенных конструкций. При этом сезонные вертикальные перемещения поверхностного слоя грунта при его промерзании на 1…1,5 м составляют 10…15 см. Перекошенные крыльца, террасы, веранды, а иногда и стены домов – в подавляющем большинстве случаев результат действия именно сил морозного пучения грунтов.

Принципы защиты оснований и фундаментов от промерзания

На почву, находящуюся под зданием, оказывают влияние холодный наружный воздух и теплота, проникающая из здания.

Изоляция уменьшает воздействие низких температур на основание здания. Она может быть уложена с внешней стороны, с обеих его сторон или в составе конструкции цоколя — внутри фундаментной стены. Лучший результат достигается, если теплоизоляция находится с внешней стороны фундамента.

Под заглубленным основанием устраивается основание из уплотненного слоя щебня для предупреждения повреждения фундамента от морозного вспучивания грунта:1 – грунт; 2 – линия температурного равновесия; 3 – теплоизоляционный слой; 4 – направление действия отрицательных температур; 5 – направление поступления теплоты.

Вокруг здания теплоизоляцию обычно располагают в пределах примерно 1 м от фундамента. Ее прокладывают на глубине около 30 см так, чтобы она была с уклоном от стен здания.

В качестве изоляции используют различные теплоизоляционные материалы по возможности с минимальной степенью гигроскопичности. Толщина защиты зависит от применяемого материала.

Теплоизоляционный материал должен обладать не только хорошими теплоизолирующими свойствами, но и соответствовать нормам прочности. Поэтому при выборе теплоизоляционного материала, предназначенного для защиты фундамента от промерзания, нужно учитывать воспринимаемую им нагрузку.

Достаточно часто после окончания зимнего сезона на фасадах и цоколях коттеджей появляются трещины, перекашиваются дверные коробки или появляются щели в оконных рамах. Причиной этих неприятностей в большинстве случаев является подвижка оснований фундаментов, вызванная силами морозного пучения грунта, которые возникают в результате увеличения объема грунта при его замерзании.

Практически все грунты (кроме скальных) могут подвергаться морозному пучению, но в наибольшей степени этот недостаток присущ глинистым грунтам (суглинки, глины, супеси, мелкие и пылеватые пески), а также пескам, содержащим пылевато-глинистые частицы. Пески гравелистые, крупные и средние, не содержащие пылевато-глинистых частиц, считаются непучинистыми.

Как уже отмечалось, морозному пучению подвергаются грунты, содержащие мельчайшие пылеватые и глинистые частицы. По сравнению с крупными и средними песками, эти частицы очень хорошо связывают воду. При замерзании насыщенная водой масса значительно увеличивается в объеме, начинает давить на находящиеся в грунте конструкции и выталкивать их из земли.

Деформации морозного пучения — результат воздействия на конструкцию так называемых нормальных и касательных сил. Первые возникают под подошвой фундамента в результате замерзания и увеличения объема пучинистого грунта, вторые — из-за вертикального смещения грунта, примерзшего к боковым поверхностям фундамента или к стенам подвала. Кроме того, увеличившийся в объеме замерзший грунт начинает давить перпендикулярно поверхности стен подвалов, вызывая деформацию фундаментов в горизонтальном направлении.

Процесс пучения усиливается при увеличении влажности пучинистых грунтов в результате атмосферных осадков (в частности, обильных осенних дождей), при капиллярном поднятии влаги и повышении уровня грунтовых вод. В Подмосковье 80% всех грунтов относится к категории пучинистых, а глубина их промерзания в зимнее время может достигать 1,4 м.

Поэтому защита фундаментов, труб, проложенных под землей, площадок, покрытых асфальтом или плитками, а также подъездов к гаражам от деформаций, вызванных силами морозного пучения, является насущной необходимостью. Для уменьшения воздействия сил морозного пучения на подземные конструкции при строительстве и ремонте дома рекомендуется выполнить следующие мероприятия (табл. 1).

Таблица 1

Причины, вызывающие деформации конструкцийКонструктивное решениеВоздействие нормальных сил морозного пучения на подошву фундаментаУстройство подсыпки (1) толщиной 100-200 мм под подошву фундамента из непучинистого грунта: гравелистого, крупного или средней крупности песка, гравия, щебня или песчано-щебеночной смеси (песок 40%, щебень 60%)Воздействие касательных сил морозного пучения на боковые поверхности фундаментов и стен подваловустройство обмазки (2) боковой поверхности фундаментов и стен подвалов, уменьшающей их шероховатость и силы сцепления со смерзшимся пучащимся грунтом на глубину промерзания; обратная засыпка (3) пазух фундамента на всю глубину промерзания непучинистым грунтом; ширина засыпки по низу выемки должна быть не менее 0,5 м.Увлажнение пучинистого грунта атмосферными осадкамиУстройство отмостки (4) с уклоном 3-5 % в сторону от дома, ширина которой превышает ширину выемки для обратной засыпкиУвеличение влажности пучинистого грунта из-за повышения уровня грунтовых водУстройство дренажа (5) для понижения уровня грунтовых вод и их отвода от фундаментаЗаиливание непучинистых грунтов пылевато-глинистыми частицамиЗащита песчаной подсыпки от проникновения в нее частиц пучинистых грунтов специальными фильтрующими материалами (6)

Защита фундаментов и стен подвалов от деформаций морозного пучения

При возведении зданий на пучинистых грунтах необходимо под основанием фундамента устроить подушку из промытого песка, гравия или гравелисто-щебеночную подсыпку.

Основание из этих непучинистых материалов будет препятствовать воздействию на подошву фундамента нормальных (выталкивающих) сил морозного пучения. Следует отметить, что при повышении уровня грунтовых вод (в осенний период, а также во время таяния снегового покрова) подсыпка оказывается окруженной водой, насыщенной частицами пылевато-глинистого грунта. Мигрируя вместе с водой, эти частицы проникают в подсыпку и засоряют ее, постепенно превращая непучинистый грунт в пучинистый.

В результате после нескольких лет эксплуатации фундамент вновь оказывается стоящим на грунте, деформирующемся при замерзании. Предотвратить заиливание подсыпки позволяет использование специальных фильтрующих материалов (стеклохолст, «Тайпар» и т. п.), хорошо пропускающих воду, но препятствующих проникновению мельчайших пылевато-глинистых частиц в песчаную подушку.

Рис.1

фундамент;обратная засыпка из непучинистого грунта;фильтрующий материал;существующий пучинистый грунт.

Для уменьшения воздействия на фундамент касательных сил пучинистый грунт, соприкасающийся с вертикальными поверхностями фундамента или со стенами подвала, рекомендуется заменить непучинистым. Обратную засыпку, которая выполняется по всему периметру здания, необходимо (как и в предыдущем случае) защитить слоем фильтрующего материала (рис. 1).

Значительное увлажнение пучинистых грунтов приводит к тому, что при замерзании они увеличиваются в объеме намного больше, чем грунты с меньшей влажностью. Это влечет за собой возрастание уровня деформаций, и, как следствие, — необходимость более серьезной защиты фундаментов от воздействия сил морозного пучения. Одним из путей уменьшения активности пучинистых грунтов является устройство дренажа, позволяющее понизить влажность грунта за счет снижения уровня грунтовых вод.

Традиционная конструкция представляет собой систему дренажных труб, размещенных в слое промытого гравия, задерживающего частицы грунта. Трубы укладывают с небольшим уклоном, обеспечивающим сток воды в специальный колодец или канализацию. Несмотря на наличие гравийного фильтра, в процессе эксплуатации дренажной системы происходит постепенное засорение дренажных отверстий частицами грунта.

Прочистка дренажа — процесс достаточно трудоемкий, требующий устройства специальных колодцев. Предотвратить засорение системы можно путем укладки вокруг дренажных труб фильтрующего материала («Тайпар» или стеклохолст), не пропускающего самые мелкие частицы и обеспечивающего эффективную работу дренажной системы на протяжении длительного времени (рис. 2).

Рис.2

существующий фундамент;дренажные трубки;фильтрующий материал;промытый гравий

При наличии фильтрующего материала укладывать слой гравия вокруг дренажных трубок не обязательно.

Утепление оснований фундаментов

Рис.3

стена подвала;песчаная подсыпка толщиной 200 мм;экструдированный пенополистирол;песчано-гравийная засыпка толщиной 300 мм.

Рассмотренные мероприятия дают возможность уменьшить воздействие сил морозного пучения, но не ликвидировать их причину. Исключить морозное пучение грунтов позволяет устройство теплоизоляции вокруг здания. Сущность этого способа заключается в том, что находящийся около здания грунт защищается теплоизоляционными материалами от промерзания и тем самым ликвидируется причина, вызывающая морозное пучение.

Для устройства теплоизоляции материала используют утеплители, способные сохранять необходимые теплозащитные качества во влажной среде и воспринимать нагрузки от расположенных над ними конструкций. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает экструдированный пенополистирол различных марок.

Немаловажное значение имеет тот факт, что предлагаемая технология может быть реализована как при возведении новых домов, так и в процессе эксплуатации существующих построек, причем размещение теплоизоляционного материала по периметру здания позволяет не только защитить грунт от промерзания, но и утеплить подвальные помещения (рис. 3).

Грунт вокруг дома выкапывают на глубину 0,5—0,6 м. Размеры выемки должны обеспечить укладку утеплителя шириной не менее 1,2 м. После этого на дно траншеи насыпают слой промытого песка толщиной не менее 200 мм, устраивают небольшой уклон песчаной подушки в сторону от фундамента и тщательно утрамбовывают.

На песок укладывают теплоизоляционные плиты из экструдированного пенополистирола. Толщина плит принимается в зависимости от коэффициента теплопроводности утеплителя (табл. 2).

Таблица 2.

Коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/м °С0,030,0350,040,0450,05Толщина утеплителя не менее, мм60708090100

Не следует забывать, что потери тепла через наружные углы здания значительно превышают потери через гладь стены, поэтому в зоне углов необходимо предусмотреть дополнительное утепление. Для этого на расстоянии 1,5-2 м от угла укладывают утеплитель толщиной в 1,4-1,5 раза большей, чем приведена в таблице (рис.

4). Затем утеплитель засыпают слоем песка или гравия толщиной не менее 300 мм до поверхности грунта. Такое утепление будет препятствовать промерзанию грунта и появлению сил морозного пучения.

Рис.4

наружные стены дома;утепление из экструдированного пенополистирола по периметру дома;дополнительное утепление экструдированным пенополистиролом в зоне наружных углов;

Утепление основания крыльца

Рис.5

песчаная или гравийная подсыпка толщиной 400 мм;экструдированный пенополистирол;слой песка толщиной 50-100 мм;лестница

Много неприятностей владельцам загородных домов доставляют сезонные деформации крыльца и лестницы при входе в дом. Причиной этого является морозное пучение грунта, вызывающее выпирание относительно легкой конструкции лестницы.

Кроме того, основание крыльца или лестницы находится на глубине меньшей, чем подошва фундамента, поэтому силы морозного пучения вызывают особенно сильные деформации этих конструкций. Наиболее радикальным способом защиты крыльца от выпирания является защита его основания от промерзания (рис. 5).

Для этого делают выемку на 700 мм глубже подошвы крыльца или лестницы. На дне выемки устраивают песчаную подсыпку толщиной не менее 400 мм из промытого песка или гравия.

На уплотненное основание укладывают плиты экструдированного пенополистирола, толщина которых принимается в соответствии с вышеприведенной таблицей. Поверх утеплителя насыпают слой песка не менее 50 мм, на который устанавливается лестничный марш или крыльцо. Для защиты основания от промерзания утеплитель должен выступать за границы крыльца на 1,2 м.

Защита подъездов к гаражу от деформаций, вызванных морозным пучением грунтов

Рис.6

песчаная или гравийная подсыпка толщиной 100-200 мм;экструдированный пенополистирол;слой песка толщиной 50;засыпка из песка и грунта;бортовой камень;покрытие дороги (асфальт, плиты);песчаная подсыпка толщиной 200 мм.

На подъезде к гаражу в результате морозного пучения грунтов могут появиться неровности, мешающие нормальному открыванию ворот. Площадка перед гаражом постоянно очищается от снега, поэтому земля промерзает на большую глубину, что влечет за собой увеличение уровня деформаций грунта, вызванных силами морозного пучения. Предотвратить эти явления можно путем устройства теплоизоляции под дорогой, ведущей к гаражу.

Для этого под площадкой или дорогой выкапывают небольшой котлован глубиной около 400 мм. Его ширина с каждой стороны должна быть на 1,2 м больше ширины дороги (рис. 6).

На дне котлована устраивают песчаную или гравийную подсыпку толщиной не менее 100-200 мм, на которую укладывают плиты из экструдированного пенополистирола требуемой толщины. Следует отметить, что, помимо способности сохранять высокие теплозащитные характеристики в грунтовой среде, экструдированный пенополистирол является материалом, способным воспринимать достаточно большие нагрузки, в частности от асфальтового покрытия дороги и машины, стоящей на нем.

Утеплитель, находящийся под полотном дороги, засыпают дополнительным слоем песка толщиной 200 мм, по которому укладывают покрытие из плит или асфальта. На песчаной подсыпке можно установить бортовой камень, заглубив его в песок приблизительно на 200 мм. Утеплитель, расположенный вне эксплуатируемого покрытия, засыпается слоем песка (20-30 мм), после чего выемка заполняется грунтом и выравнивается.

Аналогичным образом утепляют пешеходные дорожки и площадки перед домом, покрытые плиткой. Не следует забывать, что выемка под утеплитель должна быть с каждой стороны на 1,2 м шире площадки или дорожки (рис. 7).

Рис.7

песчаная или гравийная подсыпка толщиной 200 мм;экструдированный пенополистирол;слой песка толщиной 30 мм;обратная засыпка песком и грунтом;покрытие площадки;песчаная подсыпка.

Рис.8

песчаная или гравийная подсыпка толщиной 100 мм;изолируемые трубы;гравийно-песчаная смесь толщиной 100 мм;экструдированный пенополистирол;засыпка песком, гравием или грунтом

Защита трубопроводов от промерзания

Рис.9

Как правило, трубопроводы инженерных коммуникаций (водопровод и канализация) прокладывают ниже уровня промерзания грунта. Однако на входе в дом участки трубопроводов поднимаются ближе к поверхности и оказываются на глубине промерзания, поэтому эту зону необходимо утеплить.

Устройство траншей глубиной 1,5-2 м для прокладки трубопроводов с последующей обратной засыпкой занимает много времени и является достаточно трудоемким процессом.

Уменьшить глубину заложения коммуникаций можно путем устройства теплоизоляции, защищающей трубы и прилегающий к ним участок грунта от замерзания (рис. 8). Помимо этого, утепление трубопроводов в пучинистых грунтах, имеющих небольшую глубину заложения, позволит защитить трубы от деформаций грунта, вызванных силами морозного пучения.

Следует отметить, что эти работы можно производить не только в процессе прокладки новой линии, но и во время функционирования существующей.

Таблица 3.

ГрунтыСоотношение h/a при глубине траншеи менее 1.5 мУгол между направлением откоса и горизонталью, градПесчаные и гравелистые влажные1:0,6756Супесь1:0,2563Суглинок1:090Глины1:090Лессы и лессовидные сухие1:090

На дне отрытой траншеи устраивают утрамбованную песчаную или гравийную подсыпку толщиной около 100 мм, укладывают на нее изолируемые трубы и закрывают их слоем песка или гравия (не менее 100 мм), на который (после утрамбовки) кладут плиты экструдированного пенополистирола. Сверху утеплитель засыпают песком или гравием (20-30 мм), а затем грунтом.

Существующие трубопроводы можно утеплить, расположив теплоизоляционные плиты не только сверху, но и по бокам (рис. 10), а при прокладке новых инженерных коммуникаций их рекомендуется поместить в теплозащитный канал из экструдированного пенополистирола (рис. 11).

Рис. 10

Рис. 11

песчаная или гравийная подсыпка толщиной 100 мм;изолируемые трубы;гравийно-песчаная смесь толщиной 100 мм;экструдированный пенополистирол;засыпка песком, гравием или грунтом.

Для обеспечения надежности теплоизоляции плиты утеплителя, образующие теплоизоляционный канал, желательно соединить друг с другом при помощи шурупов.

Дома, дачи, сады, земельные участки в Челябинске

Источники:

• library.stroit.ru
• www.mensh.ru
• www.peterhoff.ru