Глубина промерзания грунта существенно влияет на выбор типа фундамента и его проектирование. При промерзании верхних слоев почвы возникают механические напряжения, которые могут привести к деформации фундамента и, как следствие, к повреждению здания. Поэтому для зимних условий необходимо учитывать глубину промерзания при закладке фундамента, чтобы избежать зимнего пучения soil, особенно в регионах с характерными холодными зимами.
Кроме того, некоторые типы фундамента, такие как плитный или столбчатый, требуют разных решений, чтобы эффективно распределять нагрузку и минимизировать воздействие замерзания. Соответственно, проектировщики должны учитывать глубину промерзания, чтобы гарантировать стабильность и долговечность конструкции, предотвращая ответственность за ущерб в будущем.
Фундамент и глубина промерзания грунта
Величина сезонного промерзания грунтов определяется путём многолетних, минимально 10 лет, наблюдений. Это среднее значение от зафиксированных в этот период наибольших отметок замерзания почвы на участке очищенном от снежного покрова и низким залеганием водоносного горизонта.
Полученные данные для всех регионов РФ представлены в табличной форме в нормативных документах, регламентирующих строительство инженерных сооружений.
Факторы, оказывающие влияние на промерзание
Для разных пород величина промерзания различна. Она зависит от:
- зоны климатических условий;
- уровней нахождения подземных и грунтовых вод;
- типа и плотности породы;
- степени пучинистости грунта.
Влияние грунтовых промерзаний на конструкцию и заложение фундаментов
В большинстве случаев закладка фундаментов необходима обязательно ниже промерзания грунтового основания. Хорошим условием для сооружения фундамента является глубокое залегание подземных водоносных горизонтов. Но если существует опасность замерзания грунтовой воды, кристаллизуясь, она превращается в лёд с увеличением объёма грунта. Происходит морозное пучение, на конструктивы фундаментов начинается давление, достигающее нескольких десятков тонн на кв. метр. Это сильно сказывается на последующем состоянии инженерных сооружений: деформации элементов, появление трещин, смещения, недопустимые крены и даже полное разрушение.
Воздействие морозных пучений происходит в двух направлениях:
- вертикальном, когда грунты, упираясь в фундаментную подошву, приподнимают её. Для устранения такого влияния заложение должно быть ниже промерзания и увеличивается площадь опирания фундамента;
- горизонтальном, соприкасаясь с конструктивом породы прилипают к нему, и за счёт бокового трения, образующегося при замерзании, поднимают его и наклоняют. Эффективно покрытие поверхности конструкции материалами, уменьшающими силы трения (специальные мастики, отработанное машинное масло, полиэтиленовые плёнки) или замена грунтов крупным песком.
Исключением из правил является заложение фундаментов:
- на прочных скальных породах, которые не промерзают, не размываются и не сжимаются. Фундаменты допускается закладывать без всякого заглубления;
- основание из хрящевидных грунтов (гравий, каменные обломки, хрящи). Независимости от глубины сезонных промерзаний, фундамент закладывается на глубине ≥ 50 см;
- на песчаных грунтах с частицами большой крупности, отличающиеся лёгкостью разработки, большой гигроскопичностью, сильным уплотнением под нагрузками и незначительным промерзанием. Допускается глубина заложения от 60 до 70 см.
Снижение глубины грунтовых замерзаний
Реальная глубина промерзания всегда ниже нормативной, что обусловлено наличием снежного или ледяного покрова, но её можно ещё уменьшить:
- высадкой по периметру дома кустарников, для задержания снега;
- укладка вокруг дома качественного плитного или ленточного утеплителей шириной ≥ 1,5 м;
- устройством дренажа;
- постоянное проживание людей с отоплением здания.
Фундамент ниже глубины промерзания грунта обеспечит долговечность дома.
Влияние промерзания грунтов на фундамент здания
Опастно пренебрегать разрушительным влиянием уровнем грунтовых вод и сезонным промерзанием грунтов на фундамент и стены здания.
В процессе эксплуатации здания температурный режим грунтов вблизи фундаментов существенно изменится по сравнению с нормативным, а соответственно изменится и глубина промерзания грунтов этих зданий.
При прочих равных условиях расчетная глубина промерзания грунта у фундаментов определяется в основном тепловым режимом здания, подвала или технического подполья, конструкцией пола первого этажа и его возвышением над уровнем земли, типом фундамента, характером сопряжения здания с грунтом и другими факторами.
Глубина промерзания грунта у стен здания может существенно меняться в зависимости от ориентации здания по сторонам света. Чем континентальное климат района строительства, тем это различие существеннее . Указанное явление может приводить к неодинаковому перемещению наружных и внутренних стен при промерзании—оттаивании и возникновению трещин, особенно в местах примыкания наружных и внутренних, продольных и поперечных стен.
При наличии в составе здания (сооружения) отапливаемых и неотапливаемых помещений (для хранения инвентаря, топлива, веранд и т.п.) существенно изменяется характер промерзания грунта вблизи фундаментов здания. Указанные выше явления могут приводить к значительному неодинаковому вертикальному перемещению наружных и внутренних стен и возникновению трещин в местах примыкания, особенно на контакте отапливаемого и неотапливаемого помещений.
Следовательно, расчетное сочетание перечисленных факторов должно отвечать наихудшим условиям, приводящим к максимально возможному неравномерному промерзанию грунтов у фундаментов зданий.
Глубина заложения фундаментов зависит от ряда условий:
- вида сооружения и его конструктивных особенностей,
- величины и характера нагрузок, действующих на фундамент,
- геологических и гидрогеологических условий площадки;
- возможности пучения грунта при промерзании и осадки при оттаивании.
Минимальная глубина заложения фундаментов под наружные конструкции сооружений, возводимых на всех грунтах, кроме скальных, должна быть не менее 0,5 м от поверхности планировки участка . В зданиях с подвалами приведенная глубина заложения подошвы фундаментов относительно пола должна быть не менее 0,5 м; при плотных или утрамбованных грунтах допускается не заглублять фундамент в грунт, т.е. принимать глубину заложения равной толщине подготовки под полы и пола подвала.
Глубина заложения фундамента с учетом условий возможности пучения грунтов при промерзании
Вид грунтов
Расстояние от поверхности планировки до уровня грунтовых вод в период промерзания грунтов
Глубина заложения фундамента от поверхности планировки
1. Скальные и крупнообломочные грунты, а также пески гравелистые, крупные и средней крупности
Не зависит от расчетной глубины промерзания
2. Пески мелкие и пылеватые, а также супеси твердой консистенции
Превышает расчетную глубину промерзания на 2 м и более
3. Пески мелкие и пылеватые, супеси независимо от их консистенции
Менее расчетной глубины промерзания или превышает ее менее чем на 2 м
Не менее расчетной глубины промерзания
4. Супеси пластичной и текучей консистенции
5. Суглинки и глины с твердой консистенцией
Превышает расчетную глубину промерзания на 2 м и более
Не зависит от расчетной глубины промерзания
6. Суглинки и глины мягкопластичной консистенции
Может назначаться менее расчетной глубины промерзания при условии защиты грунтов основания от увлажнения поверхностными водами, а также от промерзания в период строительства и эксплуатации
7. Суглинки и глины текучепластичной и текучей консистенции
Не менее расчетной глубины промерзания
8. Суглинки и глины независимо от их консистенции
Менее расчетной глубины промерзания или превышает ее менее чем на 2 м
При наличии супесей и мелких или пылеватых песков нормативная глубина промерзания должна быть увеличена на 20%.
Уровень подземных грунтовых вод оказывает существенное влияние на поведение многих грунтов. Более хорошими условиями для будущего фундамента будут такие, при которых глубина промерзания меньше глубины грунтовых вод. И, наоборот, тяжелыми условиями считаются условия, когда глубина промерзания больше глубины грунтовых вод .
В последнем случае по мере усиления морозов будет увеличиваться и глубина промерзания грунта. Когда глубина промерзания достигнет уровня подземных грунтовых вод, начнется их превращение в лед, а вместе с этим и вспучивание, «вздутие» грунта. Это неприятное явление усугубляется еще и тем, что вспучивание практически никогда не бывает равномерным и в разных местах фундамента подъем грунта будет неодинаковым. Следствие этого — перекос фундамента, перераспределение нагрузок в нем и во всем строении, возможность появления трещин как в самом фундаменте, так и в стенах дома . Если бы процесс шел равномерно, то проблеме вспучивания грунта не нужно было бы уделять столько внимания — зимой дом равномерно бы приподнялся, а весной равномерно бы опустился. К сожалению, это недостижимо и по ряду других причин.
Если уровень грунтовых вод высок и их захватывает глубина промерзания, можно выбрать один из способов выхода из такой ситуации:
учесть этот фактор при выборе надежного варианта фундамента, не считаясь с увеличением сметы на строительство;
провести работы, если это возможно, для гарантированного понижения уровня грунтовых вод (осушение, прокладка дренажных канав и т.д.).
Устройство фундаментов на водоносных песчаных или супесчаных грунтах со свободным горизонтом воды выше отметки подошвы должно сопровождаться понижением уровня грунтовых вод до отметки на 0,5 м ниже дна котлована.
Что такое морозное пучение и глубина промерзания грунта?
Это понятия, смысл которых стоит понимать любому человеку, решившему самостоятельно возводить фундамент. Так же будет полезным для того, кто решил привлекать специалистов.
Морозное пучение
Морозное пучение — процесс превращения в лед воды, которая содержится в грунте. Всем известно, что вода, превращаясь в лед, увеличивается в объеме. Поскольку поздней осенью вода в грунте содержится в большом объёме из-за дождей и периодически выпадающего и оттаивающего снега, то, промерзая, верхний слой земли увеличивается в объеме (профессионально говорится "вспучивается"). Так как вспучивающемуся грунту необходимо куда то деваться, то он расширяется вверх. 
— один угол получает много солнечного света и тепла, а противоположный наоборот пребывает дольше в тени 
— грунт под одним углом дома сильнее увлажняется, чем под другими углами в результате стока воды от дождей или из-за рельефа участка 
Вслед за фундаментом деформируется всё строение. 
В стенах из кладки образуются трещины (особенно заметно, если нет армопояса, а в доме из бруса не открываются или не закрываются двери и окна, начинаются течи или сквозняки). Весной, когда промерзший грунт оттаивает и лёд снова превращается в воду, поверхность грунта садится обратно, разумеется вместе с фундаментом и строением. Вторая неприятность заключается в том, что весной, когда грунт оттает и сядет, поверхность земли не будет в точности копировать геометрию прошлого лета. А это означает, что фундамент и строение не займут уже никогда исходную форму и будут всегда существовать с некоторым искривлением, от года к году претерпевая новые деформации. Разумеется, этот процесс изнашивает постройку, существенно сокращая долговечность дома, доставляет неудобства при эксплуатации и проживании. Негативный результат от промерзания может появиться сразу первой зимой, но воздействие промерзания особенно заметно с течением длительного времени. Но, есть немало примеров, когда лёгкие дома на незаглубленных фундаментах в Московской области не испытывают подобных проблем или испытывают их в приемлемой степени, и это не редкость. Дело в том, что степень пучения может быть разной и зависит от многих факторов, и да же может меняться от год от года. Поэтому, пучинистость грунта делится на 5 степеней:- непучинистый,
- слабопучинистый,
- среднепучинистый,
- сильнопучинистый,
- чрезмернопучинистый.
Примерную степень пучения на участке может определить любой человек. К слабопучинистым относятся места на возвышенностях, с низким уровень грунтовых вод, и там где залегают песчаные (быстрофильтрующие воду) грунты. У чрезмернопучинистых всё наоборот – это места в низинах, там где есть обводненные, болотистые, водовмещающие глинистые грунты, когда вода стоит на штыке–двух лопаты круглый год. В завершение стоит сказать, что каждый участок может перемещаться в соседнуюю категорию по пучинистости в зависимости от погодных условий конкретного года. Чем меньше осадков было осенью, чем меньшее количество раз таял снег за осень и зиму – тем менее вспученным будет грунт. В таблице ниже вы сможете найти общие рекомендации по заглублению фундаментов в зависимости от типа грунта:
Ниже в таблице вы найдёте процент расширения грунта в зависимости от его типа (песчаные грунты в таблице не представлены, поскольку в большинстве случаев не являются пучинистыми)
Глубина промерзания грунта
Глубина промерзания грунта — это та глубина, на которую может промерзнуть грунт зимой. Эта глубина определяет границу, ниже которой рекомендуется располагать подошву фундамента (Подошва фундамента — это низ монолитной части без подбетонки) или "анкерные" элементы фундаментов (уширение свай ТИСЭ, лопасти винтовых свай и т.д.). Есть нормативная глубина промерзания, представленная на карте.
Но, фактическая глубина промерзания может быть значительно меньше или больше указанной на карте. Рассмотрим причины: 1. В первую очередь важна разновидность грунта, залегающего на участке. Ниже приведена таблица с глубиной промерзания различных типов грунтов, в частности для городов Московской области.
Появляется логичный вопрос – почему, принимается 140 см для Московской области, когда в таблице присутствуют куда большие значения? Дело в том, что глубоко промерзают именно песчаные грунты, которые пучинистыми не являются и не представляют для конструкции фундамента опасности. Песчаным грунтам свойственно быстро фильтровать воду, при том чем крупнее размер частиц (фракция), тем, как правило, быстрее происходит фильтрация. Поскольку из песчаных грунтов влага удаляется быстро, то и степень проявления пучения в них несущественна, а само промерзание проходит глубоко в результате открытых пор. Неприятной ситуацией может быть наличие водоупора под песком на глубине одного-двух метров, поскольку это может приводить к застаиванию влаги в верхней толще и к её вспучиванию; это ситуации-исключения.
В глинистых грунтах наоборот. Фильтрация воды очень медленная и в результате заполненных пор глубокого промерзания не происходит. В результате, к заморозкам поры глинистого грунта не успевают освободиться от воды, что приводит к значительному вспучиванию, которое может повредить фундамент постройку. Именно исходя из этих соображений принимается величина 140 см.
Из глинистых грунтов стоит отдельно выделить грунты с консистенцией “Твёрдый”. Это водоупоры, грунты с очень плотной структурой, и они не насыщаются водой. Этим грунтам присуща низкая степень пучения и малое промерзание. К сожалению, в Московской области твёрдые глинистые грунты или крупные пески в верхней толще земли встречаются редко.
2. Помимо типа грунта на глубину промерзания так же влияют погодные условия конкретного года (температура зимой, толщина снежного покрова, количество выпавших осенью и зимой осадков). 3. Локация конкретного участка. Очевидно, что участкам в низинах, вблизи болот свойственно быть более влажными, чем участкам на холмах и вдали от водоёмов.
4. Профилактические мероприятия по снижению увлажнения и промерзания (о них будем говорить ниже).
Виды "противопучинистых" фундаментов и мероприятий
Степень проявления морозного пучения необходимо учитывать при выборе типа фундамента. "Противопучинистыми" вариантами являются фундаменты по технологии ТИСЭ, винтовые сваи, заглубленные ленты с монолитной широкой подушкой (именно с подушкой, т.к. без неё лёгкие дома на ленте так же подвержены вспучиванию), монолитная плита расположенная ниже границы промерзания грунта.
Разумеется, уширения свай ТИСЭ, лопасти винтовых свай и монолитную полушку заглубленной ленты необходимо расположить ниже границы промерзания для придания им функции "якоря". К противопучинистым типам фундаментов не относятся столбчатые фундаменты без уширения, мелкозаглубленные ленты, плавающие плиты, а так же прямые заглубленные ленточные фундаменты без широкой монолитной подушки (на практике наша компания знает много случаев, когда стенки заглубленной ленты вспучившимся грунтом обжимаются настолько сильно, что грунт вслед за собой тащит вверх фундамент вместе с домом).
Способы защиты от морозного пучения
Есть немало современных способов, позволяющих почти полностью, либо частично устранить воздействие морозного пучения. 1. Круглогодичное отопление строения. Не стоит путать с ситуацией, когда хозяева приезжают в дом пару раз за зиму. Речь идет о доме, в котором температура круглый год не падает ниже +15 градусов.
В этом случае уместно рассмотреть плавающую плиту или мелкозаглубленную ленту. Суть метода в том, чтобы сперва возвести закрытый по периметру непродуваемый цоколь (фундамент без "щели"), а затем важно правильно утеплить его. Стоит утеплить два места: — фундамент утепляется по наружному периметру, вертикально. В качестве материала чаще всего используется ЭППС (экструдированный пенополистирол), он бывает уже встроен в некоторые отделочные фундаментные панели. Толщину ЭППС следует принимать не менее 50 мм, а лучше 80 или 100 мм для Московского региона.
— необходимо утеплить отмостку. Для этого нужно в толще отмостки проложить ЭППС той же толщины, что и при утеплении фундамента. Ширина утепления в отмостке должна составлять не менее 1,2 метра (в идеале не менее глубины промерзания). Если данные рекомендации выполнены правильно, то пучение грунта под домом будет устранено как минимум на 80-90%, что является вполне достаточным.
Полученная система будет работать следующим образом: зимой часть тепла будет выходить из дома через нижнее перекрытие. Если цокольное пространство является замкнутым и потеря тепла через стены фундамента минимальна, то будет прогреваться земля под домом. Этого прогрева будет вполне достаточно, чтобы остановить промерзание и вспучивание.
Утепление отмостки необходимо для того, чтобы избежать потерь тепла через промерзший грунт с наружной стороны фундамента (т.е., чтобы не отапливать грунт снаружи дома). Это не очень дорогой, но действенный метод. Главный его минус – зависимость от беспрерывного зимнего отопления.
2. Дренаж — это отдельная тема для статьи, но дренажи направленные на осушение участка и отведение воды от дома, являются одним из способов по снижению сил морозного пучения.
3. Ливневая система (ливневка). В данном разделе мы поговорим об отведении ливневой воды от дома комплексом водных стоков. Этот комплекс включает в себя водосточную систему, отмостку и ливневые желоба, идущие вдоль отмостки, и, уводящие ливневую воду от строения.
%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%20%D0%BC%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BF%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F.jpg)
Если, отмостку делать нет средств, но у Вас есть правильное желание отводить от строения воду с кровли и стен, то Вы можете воспользоваться временным вариантом “скрытой” отмостки.
4. Армопояс (в каменном доме). Очень важный, но к сожалению многими не выполняемый элемент. Ранее уже было отмечено то, что при воздействии морозным пучением на строения со стенами из кладочных материалов (кирпич, блоки любых видов) в стенах образовываются трещины. Они могут иметь различную ширину раскрытия и приносить разную степень неудобства владельцам здания.
Для предотвращения возникновения трещин требуется армопояс. Армопояс — это монолитная балка в теле стен, стягивающая все стены строения между собой как бандаж и тем самым препятствует появлению трещин. Выполняется армопояс как минимум по всему периметру, при этом неразрывно (это важно!). Если внутри строения есть несущие стены, то желательно сделать пояс по всем несущим стенам.
Чаще всего устраивается армопояс под каждым межэтажным перекрытием, при этом он одновременно исполняет вторую важную функцию — служит поясом для опирания тяжелых перекрытий из бетона, либо деревянных лаг. Армопояс должен обязательно крепиться к кладке анкерами, чтобы при возникновении деформаций армопояс не мог съехать вдоль блоков по касательной. Анкерами могут являться простые арматурные стержни с шагом 500 мм, заходящие в кладку не менее 200 мм и подходящие к верху армопояса.
Это важнейший элемент несущей конструкции, рекомендованный всем каменным строениям, независимо от типа фундамента и силы воздействия морозного пучения. Такой пояс повысит важнейшие свойства дома — прочность, надежность и долговечность.
