Глубина промерзания грунта. Мелкозаглубленный ленточный фундамент — расчёт и устройство

Проблемы морозного пучения грунта не возникают, например, в Израиле или в Африке, но мы живем в России и поэтому нам приходится при строительстве частного загородного дома в первую очередь подумать о том, как предотвратить морозное пучение грунта, особенно если дом без цокольного этажа.

В горной энциклопедии дано определение: «морозное пучение - процесс увеличения объёма и деформирования дисперсных грунтов при промерзании и образования выпуклых форм на их поверхности». Другими словами, это когда во влажном грунте вода замерзает, то его объем увеличивается и, соответственно, этому объему требуется выход.

Так называемые «серые» строители обычно предлагают заказчикам фундаменты, которые обладают большой несущей способностью, чтобы не было просадки дома, однако, эта проблема не является самой распространенной в Подмосковье. Разрушение стен дома или появление конструктивных трещин в абсолютом большинстве случаев связано именно с морозным пучением грунта.

Сила морозного пучения давит на мелкозаглубленный фундамент снизу или на ленточный фундамент сбоку и поднимает весь дом или его часть. Для кирпичных, пеноблочных или газосиликатных домов любая такая подвижка чревата трещиной, а большое число подвижек в течение нескольких лет может привести к разрушению дома. Ситуация усугубляется еще и разной загруженностью дома, разной толщиной снежного покрова, а так же более быстрым оттаиванием грунта на южной стороне.

Относительно спокойно можно себя чувствовать в деревянном доме — там перекосы можно заметить только лет через 10-20. В деревянном доме трещина не поднимается обычно выше фундамента, хотя в крайних ситуациях бывает даже такое, что лопаются стеклопакеты и разрывается сайдинг. Но даже если дом не рушиться, то наличие трещины воспринимается негативно. Кто хотел бы истратить, например, 5 миллионов рублей на строительство и жить в доме с трещиной? Что делать хозяевам таких домов?

Посмотрим на этот дом. Сразу видно, что дом строился без проекта, силами практикантов из ближнего зарубежья, во-первых, форма кровли, мягко говоря, некрасивая (кликните по картинке, чтобы увидеть полное фото), во-вторых, металлические опоры балкона проходят сквозь стену мостиками холода и, конечно, трещина в кирпичной кладке из-за неправильного изготовления фундамента завершает данную «композицию».

У хозяина этого дома, похоже, руки опустились после появления трещины и дом стоит в таком виде уже не один год.

А эти ребята даже въехали в магазин, но потом появилась трещина через все окно от фундамента до крыши. Возникшим напряжением разорвало стеклопакет.

Очень распространенная ситуация: чтобы уменьшить стоимость фундамента , крыльцо делают позже, когда дом уже построен — как будто в этом случае на него денег не надо тратить. А в результате фундамент крыльца отрывается от фундамента дома.

А это отлили бетонный погреб внутри загородного деревянного дома, но однажды погреб начал «расти», и вырос внутрь дома на столько, что пришлось сломать дом и заказчики попросили нас сделать что-нибудь, чтобы не ломая старого фундамента и погреба, построить новый дом. И когда им сказали, что это лучше не сохранять, они ответили «но ведь 10 лет простоял». Вы на сколько лет дом хотите построить на 10 или на 15 или 150 лет?

Глубину заложения фундаментов определяют с учетом вида грунтов, величины их сезонного промерзания, расположения уровня грунтовых вод, особенностей эксплуатации и конструкции дома. Для глин, суглинков и супесей, а также щебенистых, галечниковых и гравийных с глинистым наполнителем грунтов глубину заложения фундаментов принимают не менее величины глубины промерзания. При этом глубина промерзания для неотапливаемых помещений берется на 10% больше среднестатистической, для отапливаемых - на 20 - 30% меньше. Под внутренние стены отапливаемых помещений глубину промерзания можно в расчет не принимать, при условии, что с момента начала строительства и до заселения дома грунт промерзать не будет. То есть, строительство осуществляется за один теплый сезон, или будут приняты меры против промерзания грунта.

Ширина фундамента

Ширина фундаментов в плане зависит от толщины стен с необходимыми теплосберегающими свойствами. Вес кирпичных строений довольно большой, поэтому часто минимальной ширины фундаментов, обусловленной толщиной стен, бывает недостаточно. Площадь основания фундаментов определяют по несущей способности грунта и тем нагрузкам, которые будут приходиться на это основание в процессе эксплуатации дома. Несущую способность грунтов можно определить по таблице 1.

Таблица 1. Несущая способность грунтов

Более подробно с характеристиками грунтов и их воздействие на фундамент вы можете ознакомиться в цикле статей "Грунт - несущая основа фундаментов":

Нагрузки на основание дома

Нагрузки, приходящиеся на основание дома, складываются из многих составляющих. Это вес конструктивных элементов, природные воздействия (вес снегового покрова на крыше), эксплуатационные нагрузки (вес мебели, людей, бытовой техники и т.п.). Вес основных конструктивных элементов фундамента и стен дома определяют, исходя из строительного объема и удельного веса используемых материалов. Остальные нагрузки, приходящиеся на основание дома, можно определить, исходя из усредненных данных, приведенных в таблице 2.

Таблица 2. Усредненные нагрузки от конструктивных элементов дома, природных и эксплуатационных факторов

Силы морозного пучения

Самыми опасными силами, действующими на фундаменты малоэтажных строений, являются силы морозного пучения . В тяжелых пучинистых грунтах, где присутствуют водонасыщенные глины, суглинки, супеси, они достигают 100 - 150 кПа, а вертикальные перемещения поверхностного слоя грунта при его промерзании на 1 - 1,5 м составляют 10 - 15 см. В результате действия этих сил в зимний период фундаменты поднимаются вверх, а весной снова опускаются на место. Неравномерность подъема и опускания дома приводит к перекосу стен и образованию трещин, "залечить" которые порой бывает невозможно. Поэтому конструкция фундамента должна быть такой, чтобы исключить вертикальное перемещение конструкций дома в зимний период. Избавиться от действия пучинистых грунтов поможет засыпка котлована непучинистыми материалами, как показано на рисунке 3.

Чтобы возвести фундамент для дома, необходимо тщательно исследовать грунт и изучить его характеристики. От характера грунта на участке будет зависеть выбор фундамента.

Различные типы грунта обладают разной несущей способностью. От несущей способности грунта зависит, сколько лет простоит дом, не подвергаясь воздействию грунтовой воды, морозному пучению, усадке и деформированию.

Фундамент для дома выбирают, руководствуясь следующими критериями:

• тип и величина здания;
• характеристика грунта;
• уровень грунтовых вод;
• степень морозной пучинистости.

Все типы грунтов подразделяются на следующие группы:

• Каменистые и скальные;
• Хрящеватые;
• Глинистые;
• Песчаные;
• Суглинки и супеси;
• Торфяники;
• болотистая почва.

Каменистые и скальные грунты представляют собой мелкие и крупные частицы, не содержащие почвенных элементов. Данные грунты не подвержены пучению, так как в них отсутствует вода. Скальные и каменистые основания не меняют свои свойства и считаются идеальными для закладки фундамента.

Хрящеватые грунты включают в себя смесь камней, глины и песка. Любой вид фундамента на хрящеватых грунтах простоит не одно десятилетие, он не подвержен воздействию воды.

Песчаный грунт состоит из зернового песка, который хорошо пропускает воду и трамбуется при строительстве. Фундамент на крупнозерновом песке не замокает. Глубина промерзания песчаного грунта достигает 1 метра.

Глинистые грунты содержат в себе много влаги, подвержены размоканию и сильному пучению. В холодное время года глина промерзает на 1,5 метра. Фундамент на таком грунте, без замены почвы и устройства песчаной подушки быстро разрушится.

Суглинки и супеси состоят из песка и глины. Грунт промерзает, удерживает влагу и сильно размокает в случае преобладания глинистой части.

Торфяные грунты обильно насыщены водой. Уровень залегания грунтовых вод очень высок. Залегают торфяники на осушенных болотах. Почва легко продавливается и способна затянуть фундамент.

Болотистой почвой называют неоднородный грунт, который состоит из торфа, песчаника и глины. Такая почва имеет разную плотность и разную водонасыщенность.

При возведении фундамента на болотистой почве следует сделать геологическое исследование грунта. Полученные сведения помогут выбрать нужный фундамент.

В зависимости от типа грунта, глубина его промерзания может достигать 2х метров. Чем больше грунт насыщен водой, тем сильнее он промерзает и пучится в холодное время года.

Материалы, используемые для заложения фундамента:

1. Бетон.
2. Бутобетон.
3. Железобетон
4. Кирпич.

Основные виды и краткая характеристика фундаментов

Столбчатый фундамент является самым дешевым и легко возводимым основанием. Возводят данный тип фундамента под легкие каркасные дома из деревянного материала. Наличие погреба и подвала на таком фундаменте не предусматривается.

Конструкция столбчатого фундамента состоит из шурфов, которые бурят на участке. В полученные ямы устанавливают арматурный каркас и заливают бетонный раствор до уровня основания. Чтобы вывести столбы выше уровня земли, устанавливают опалубку и отливают столбы необходимой высоты. Размещают столбы по углам и на ширине 1,5 – 2х метров друг от друга.

В последнее время, для столбчатого основания используют технологию ТИСЭ.

Ее смысл заключается в том, что шурфы расширяют к низу, а далее армируют и заливают бетоном. Такая техника используется, чтобы упрочнить несущую способность столбов.

Установка столбчатого фундамента проходит на легких грунтах, не подверженных пучению и сдвигам. Применение столбов на неустойчивом основании приведет к расшатыванию и разрушению фундамента.

Столбчатый фундамент с ростверком выполняют по той же технологии, что и классический столбчатый, но дополнительно укрепляют при помощи перевязки.

Перевязка усложнит процесс заложения фундамента, но позволит возвести здание из тяжелых материалов (бетон, кирпич).

Устанавливают ростверк с небольшим заглублением в грунт на песчаной подушке и проводят единое армирование столбов и ростверка.

Глубокозаглубленный ленточный фундамент является самым надёжным.

Его закладка осуществляется на глубине ниже уровня промерзания грунта.

Данную основу возводят, если предусматривается строительство подвала. Глубокозаглубленный фундамент используют на любых почвах из-за высокой надежности и удерживания здания любого веса.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент представляет собой монолитную железобетонную конструкцию (как минимум по уровню грунта) и надстройку из кирпича. Глубина залегания ленты — 50-70 см, иногда меньше. Под лентой устраивается песчаная подушка 20-30 см толщиной. При хорошей влагоизоляции можно обустроить как минимум подпол, а иногда и погреб внутри периметра фундамента.

Такой фундамент позволяет уже применять в качестве перекрытий бетонные пустотные плиты и возводить любое малоэтажное здание. Но такая основа на глинистом или песчаном грунте треснет и неравномерно осядет.

Монолитный фундамент является единственным возможным видом фундамента на торфяниках и неустойчивых грунтах. Устройство такого фундамента практически не требует никаких земляных работ, кроме отсыпки песчаной подушки 20-30 см. Затем на подушке отливается монолитная плита под размер дома или чуть больше. Дом как бы плавает на таком фундаменте и состояние грунта слабо влияет на его устойчивость. Монолитная плита на таких почвах не разрушается и не подвергается пучению.

Такой фундамент весьма недорог именно за счет исключения земляных работ. Единственные ограничения — участок не должен иметь сильного уклона, потому что подушка будет потихоньку сползать. Кроме того, о подвале и погребе придется забыть.

Если же подвал все же нужен, то делают его так: выкапывается котлован на необходимую глубину. На дне котлована устраивается подушка из песка и щебня и отливается монолитная плита. На плите возводят из блоков или путем монолитного бетонирования стены подвала. С наружной стороны они тщательно гидроизолируются. Затем пространство между стенками подвала и стенками котлована засыпается.

Свайный фундамент лучше всего подходит для болотистой почвы. Различная высота свай позволит скрыть неровность поверхности. А специальный состав, которым обрабатываются сваи, защитит их от коррозии.

Для болотистой почвы сваи могут быть железобетонными или комбинированными. Они забиваются в грунт вибропогружением или вдавливанием, пока не будут установлены на твердый грунт. Такой фундамент будет очень прочным и долговечным, даже если сам грунт нестабилен.

Заложение фундамента с учетом особенностей грунта, располагаемого на участке строительства, позволит обеспечить надежность конструкций и сохранность основы до 150 лет.

Хорошее здание строится на надежном фундаменте, а фундамент в свою очередь - на грунте.

Прежде всего, отметим, что в строительной терминологии под грунтом понимают слой земли, на котором закладывается фундамент строения. Грунты классифицируют по их свойствам, имеющим значение в областях применения. Грунт является основанием фундаментов и воспринимает на себя все нагрузки от веса строения и природных факторов, воздействующих на него. В зависимости от местности, в которой ведется или предполагается строительство догма, грунты могут существенно отличаться друг от друга. Для правильной привязки проекта к местности нужен целый ряд показателей, среди которых - тип грунта, глубина его промерзания и насыщенность почвенными водами, уровень грунтовых вод, рельеф поверхности и т.д.

В результате геологических процессов, происходящих в недрах земли и на ее поверхности, тысячелетиями создавались пласты грунтов, которые могут быть различными не только в пределах определенного региона, но и на более малых площадях. Неравномерность пластовых отложений может быть и в пределах строительного участка, особенно если это связано со сложными геологическими условиями: склоны, овраги, болотистые местности и т. п. На физические свойства основания оказывает существенное влияние не только состав грунтов, глубина расположения определенных их пластов, но и их водонасыщенность, то есть уровень грунтовых вод, влияние паводковых явлений и атмосферной влаги.

Поэтому проектированию дома из керамзитобетонных блоков , и в особенности его опорной части - фундамента, предшествует изучение гидрогеологической обстановки на строительной площадке и сезонность ее изменения. Знание геологической обстановки позволит правильно выбрать тип фундаментов, площадь их опорного основания и глубину его заложения. При словах "изучение гидрогеологической обстановки" у читателя может возникнуть мысль о сложном геологическом оборудовании с буровыми вышками и т.п. Наличие такого оборудования совсем не обязательно на большинстве площадей, особенно при малоэтажном строительстве. Конечно, при сложных геологических условиях могут понадобиться и такие меры, но в большинстве случаев можно обойтись опытом соседей и бурением нескольких скважин или разработки шурфов в пределах строительной площадки.

Покосившиеся заборы на соседних участках, деформации фундаментов существующих зданий, трещины на стенах могут много сказать опытному строителю. Причиной этих явлений может быть малая глубина заложения фундаментов или пренебрежение геологическими особенностями участка. Особенно важно знание гидрогеологической обстановки при сооружении двух - трехэтажных строений с подвалом, защита которого от влияния грунтовой влаги - задача довольно сложная и трудоемкая.

Как правило, отбор грунта осуществляют с помощью ручного зонда в шурфах или скважинах глубиной до 5 м для малоэтажного деревянного дома и до 7 - 10 м - для кирпичных или каменных домов. Скважина, пробуренная на участке, может принести много полезной информации. По изменениям вида грунтов можно определить их физические свойства и глубину расположения, толщину пластов, уровень грунтов и его изменение, а течение нескольких сезонов. Особенно важно знать уровень грунтов в периоды обильных дождей и таяния снега. В это время грунт накапливает много влаги, которая может оказать влияние на эксплуатационные характеристики фундамента, особенно в подвальной части дома. При высоком уровне грунтовых вод придется искусственно его понижать, соорудив дренажную систему или водоотводящую канаву. Наиболее актуальной может стать задача сооружения дренажной системы при строительстве дома с подвалом. Экономия средств и времени на геологические изыскания противопоказана и может повлечь за собой ряд неприятных последствий. В регионах со сложными грунтами, к числу которых относится и Подмосковье, нельзя начинать строительство без проведения этих работ. Только наличие полной информации об инженерногеологической обстановке позволит грамотно выполнить строительную часть проекта дома. При этом шурфов (скважин) требуется не менее четырех (в первую очередь по углам будущего строения).

Глубина промерзания грунтов в ряде случаев оказывает большое влияние на физические процессы, связанные с нагрузками на конструктивные элементы подземной части здания. Глубина промерзания грунта не является величиной постоянной для данной местности и может зависеть от места расположения участка. Так, грунт на участке, расположенном в низменности и защищенном от ветра, может промерзать на меньшую глубину, чем на участке, расположенном на возвышенности, продуваемой всеми ветрами. Но, в любом случае, нужно ориентироваться на глубину сезонного промерзания, являющуюся средней для данного региона. Эти сведения можно получить в любой проектной организации.

Величина заглубления фундаментов напрямую зависит от глубины промерзания грунта, а значит от вида грунтов, величины их морозного пучения и на участке.

В статье об площадки под строительство дома мы уже касались вопроса о том, что на рынке есть недобросовестные компании, ведущие строительные работы и предлагающие своим заказчикам уже готовые проекты деревянных домов с фундаментами, не проводя при этом предварительных геологических изысканий. От услуг такого застройщика стоит отказаться уже потому, что в зависимости от региона, глубина промерзания грунта по СНиП может разниться, причем довольно существенно.

Ведь глубина, на которую роются траншеи для заливки фундамента или величина заглубления винтовых свай на юге страны намного меньше, чем в Москве и Московской области. Где, в свою очередь, глубина промерзания так же меньше, чем на севере Карелии или в Мурманской области. К тому же Расчетная глубина промерзания грунта должна дополнительно корректироваться с учетом теплотехнического расчета в случае применения постоянной теплозащиты основания.

Далее в этой статье приведены графические и табличные выдержки из нормативных источников как СССР (впрочем, с тех пор ничего в нашем климате не изменилось), так и современной России с зонами сезонного промерзания грунтов, их глубинами, и параметрами на это влияющими.

При расчете фундаментов в Российской Федерации следует руководствоваться указаниями основного документа: СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83), а так же СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», и еще несколькими руководящими документами. Согласно им,глубина заложения фундамента должна приниматься с учетом:

• назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;
• глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
• существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
• инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);
• гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
• сезонных глубин промерзания грунтов .

Расчет глубины промерзания грунта по СНиП

Согласно п.2.124 (2.27) пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) она рассчитывается очень просто – h=√М*k. То есть квадратный корень из суммы абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в конкретно взятом районе, умноженный на коэффициент, равный:

• для суглинков и глин – 0,23 ;
• для супесей, песков мелких и пылеватых – 0,28 ;
• для песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,30 ;
• для крупнообломочных грунтов – 0,34 .

Пример расчета глубины промерзания

Согласно для Вологды таблица среднемесячных температур за год выглядит так:

Применяя формулу h=√М*k, суммируем все абсолютные значения месяцев с отрицательными температурами и получаем число «М» равное 38,5 . Извлекаем квадратный корень из этого числа и получаем 6,20 . Далее умножаем 6,20 на коэффициент k=0,23 (для суглинков и глин) и в итоге имеем 1,43 .

h=√38,5 * 0,23 => h=1.43

То есть нормативная глубина промерзания грунта по СНиП в Вологде, в условиях суглинков и глин, составляет 1 метр 43 сантиметра . Соответственно, например для песков крупных, она составит 6,20*0,3=1,86 м .

Дело в том, что этот коэффициент возрастает по причине укрупнения частиц грунта – ведь чем они крупнее, тем больше расстояние между ними и тем глубже промерзает грунт в итоге. А для глинистых грунтов это еще влияет на их пучинистость. Чем больше воды накапливается между частицами, тем выше морозное пучение таких грунтов, ведь вода расширяется при замерзании.

Морозное пучение грунта и фундамент

Морозное пучение грунта - это свойство, определяющее деформацию грунта в процессе замерзания – оттаивания. Тем больше вспучиванию подвержен грунт при промерзании, чем больше воды в нем накапливается. Говоря научным языком, пучинистый грунт – это дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения.

Сильнее остальных морозному пучению подвержены пылеватые и глинистые грунты, наиболее проводящие и удерживающие влагу (объем грунта может увеличиваться до 10%, то есть при глубине промерзания 1,5 м – на 15 см). Песчаные грунты подвержены пучению гораздо меньше, а каменистые и скальные – практически не подвержены.

Ну и само собой получается, что чем больше в году месяцев с отрицательными температурами, тем глубже будет промерзать грунт.

Так, для справки, выглядит конечная сводная таблица глубин промерзания грунтов по СНиП для ряда городов.

Причем глубина промерзания грунтов по СНиП зависит не только от типа самих грунтов на строительной площадке, но косвенно еще и от толщины снежного покрова.

Поэтому когда вы расчищаете зимой снег на своём участке вы, сами того не подозревая, формируете в одном месте сугробы, а около дома – очищенную поверхность. Тем самым вы своими же руками создаёте неравномерность промерзания грунта на своем участке. А это может неблагоприятным образом сказаться на вашего деревянного дома. Поэтому, дополнительно ко всему, неплохо устроить по периметру дома посадки из кустарника, что так же будет формировать снежный вал над фундаментом и способствовать меньшей глубине промерзания грунта, вплоть до 10-15%.

2013 – 2017, . Все права защищены. При копировании статьи или любого ее фрагмента ссылка на первоисточник обязательна.