Пучинистость грунтов

Определение пучинистости

Пучинистоть — это свойство грунта изменяться в объеме из-за замерзания и размораживания содержащейся в нём воды. При замерзании воды объем почвы увеличивается, так как это может произойти только за счет «выпучивания» почвы вверх (больше ей расширяться некуда, снизу и сбоку действуют силы сопротивления), то под пучинистостью почти всегда понимают сезонные подъёмы и опускания грунта. Также можно встретить такое определение пучинистости как "морозная пучинистость", это синонимы.

В чём опасность пучинистых грунтов?

Поднимаясь, замёрзший грунт оказывает неравномерное давление на фундамент, буквально выталкивая его из-земли. Именно неравномерное выдавливание (где-то почву «пучит» сильнее, где-то слабее) приводит к перекосу и разрушению фундамента.

Мнение эксперта

Эксперт-строитель
Антон Медведев

Важно понимать, что вертикально-направленное пучение — это следствие расширения грунта во всех направлениях, ведь замерзшая вода расширяется во всех направлениях, а не только вверх. Таким образом видимое нами выпучивание вверх происходит только потому, что почве при морозах просто некуда расширяться вниз и в стороны.

Что это значит для строителя? То, что надо помнить: почва давит на фундамент не только снизу вверх, но и в горизонтальном направлении. Например, если обустроить яму для скважины и укрепить её стены досками (это пример, понятно, что вряд ли кто в трезвом уме будет так делать), то силы пучения не выдавят доски на поверхность, а переломают их внутри ямы. В случае фундамента — это те повреждения, которые чаще всего невозможно увидеть! Вы не сможете заглянуть под землю, чтобы проверить состояние фундамента, его потребуется шурфить, а это трудоёмкий процесс.

Степень пучинистости грунта по ГОСТ

Землю «пучит» из-за воды, меняющей своё агрегатное состояние с жидкого на твёрдое. Поэтому в первую очередь надо понимать, что пучинистый грунт - это тот грунт, который задерживает в себе воду, иными словами, обладает низкими фильтрационными свойствами. Камни, песок, насыпные (хрящеватые) почвы воду не задерживают, она спокойно протекает через них. Глина, пылеватые песчаные почвы, смесь глины и песка (суспесь, суглинок) - удерживают воду хорошо, поэтому подвержены сильному расширению при образовании льда.

Запомним, что пучинистость связана со способностью почвой задерживать влагу. Именно эта способность и определяет классификацию по степени пучинистости грунтов.

Cтепени пучинистости

В этой таблице под степенью пучинистости надо понимать объёмную деформацию грунта. То есть за сезон среднепучинистый грунт может изменять свой объём на 3.5 - 7 процентов.

Естественно, на пучинистость влияет не только состав почвы, но и высота грунтовых вод. Прошу взглянуть на следующую таблицу.

Определение пучинистости грунтов для разной глубины грунтовых вод

Понимать таблицу следует так. Если у Вас на участке суглинок, а грунтовые воды находятся менее чем в метре от глубины промерзания, то почву относят к сильнопучинистой, а если от глубины промерзания до грунтовых вод более чем 2.5 метра, то к непучинистой. Если же у Вас песчаный грунт, а как мы видим по таблице пучинистость песка очень мала, то даже при очень высоком расположении грунтовых вод (менее полуметра) можно будет говорить о том, что у Вас слабопучинистый грунт.

В наше время есть способы справиться с любой пучинистостью, но какой-то универсальной (и в тоже время доступной по деньгам) технологии нет. Поэтому тип почвы на Вашем участке узнать надо обязательно.

Как определить тип грунта на Вашем участке

Способ 1. Визуальный.

Формально такого способа конечно нет. Но если Вы просто осмотрите землю на своём участке, то легко определите крупный песок, каменистую почву, скальную породу... То есть непучинистые грунты можно определить «на глазок». В этом случае дальнейшие изыскания излишни.

Способ 2. Осмотр рядом стоящих построек.

Ситуация, когда строительство ведется в местах, где рядом ещё ничего не построено, встречается довольно редко. Собираетесь строить дом — первым делом посмотрите, какие технологии строительства и стройматериалы использовались в соседних постройках. Поговорите с соседями, узнайте, что тут за земля и не было ли с ней каких-то проблем. Соседи, конечно, не выдадут результаты геогидрологической экспертизы, но подскажут Вам уже готовые технологии строительства, проверенные годами в Вашей местности. В конце концов, это именно то, что Вам нужно.

Способ 3. Шурф грунтового основания.

Шурф — это просто глубокая яма для исследования грунта. Технология исследования грунта следующая:

1. Узнаём глубину промерзания грунта в Вашей местности.
2. Выкапываем ямку (шурф) глубиной на 300-500 мм ниже глубины промерзания.
3. Берём кусок грунта со стены шурфа в самом низу, мочим его водой и смотрим, как он себя ведёт... Вести он себя может следующим образом:
   • как песок: вся вода быстро вытекает, ком грунта рассыпается — это признак не пучинистого грунта;
   • как глина: удерживает воду, становится пластичным, ком грунта не рассыпается на части - в этом случае у Вас пучинистый грунт.
4. Через пару дней навещаем шурф и смотрим, не появилась ли на дне грунтовая вода. Разумеется, что в эти пару погода должна быть без осадков. Появление воды на дне шурфа говорит о высоком уровне грунтовых вод, то есть ближайший горизонт воды расположен слишком близко..
5. Если вода в шурфе не появилась - это очень хорошо. В этом случае проводим последнюю проверку: заливаем воду в шурф и смотрим, как она будет уходить. Если вода уходит быстро, до того как в ней успела осесть муть — это хорошо, значит грунт не задерживает воду. Если муть в воде успевает отстояться, и вода стоит часами - скорее всего на глубине ниже промерзания имеется водоупорный слой (чаще всего глина), а это явный признак пучинистой почвы.

Способ 4. Обратитесь к профессионалам за лабораторным определением степени пучинистости

Здесь есть важный нюанс. Если Вы строите не своими руками, а заказываете работы у подрядчика — желательно всё организовать так, чтобы и лабораторное определение степени пучинистости грунта, и собственно постройку производила одна команда. В этом случае, при возникновении проблем, строители не смогут переложить ответственность на других или на Вас. Убедитесь, что Ваша строительная бригада - профессионалы, имеющие необходимый опыт, инжереное образование и нужные знания о грунтах и нюансах работы с ними — будьте бдительны.

Как убрать пучинистость грунта?

Если предполагается вести строительство на пучинистом грунте, можно применить одну из следующих технологий:

• Дренаж
• Замена грунта
• Термическое усиление грунта
• Химическое усиление грунта (силикатизация)

Ниже рассмотрим эти технологии подробнее, но сначала важно отметить, что универсальными советами для нивелирования эффектов пучинистости будут:

1. Строительство более габаритного здания — чем больше площадь здания, тем меньше давление на единицу площади грунта при той же массе конструкции. То есть чем больше строение, тем лучше распределяется неравномерное давление пучинистого грунта, и тем меньше разрушений фундамента это может вызвать.
2. Строительство более тяжёлой конструкции. Чем выше масса постройки, тем сложнее силам пучения её деформировать.

3. Так как пучинистость по сути есть расширение воды при замерзании — заглубление фундамента ниже глубины промерзания (то есть глубины, ниже которой вода никогда не переходит в лёд) поможет нивелировать вертикальное давление пучения (выдавливание фундамента из земли). Но при этом горизонтально-направленное давление всё равно остаётся, имейте это в виду. Также рекомендуют, например, при установки сборного фундамента из фундаментных блоков (ФБС) использовать фундаментные подушки, а при заливке буронабивных свай, делать их расширяющимися книзу (как сваи ТИСЭ). Это позволит избежать выталкивания фундаментной конструкции силами пучения.
4. Влага в грунт попадает как из подземных вод, так и с дождём и снегом. И если над грунтовыми водами мы не властны, то от дождя и снега поможет отмостка и системы водоотведения. Отмостка защищает фундамент от атмосферной влаги. Я рекомендую делать отмостку не менее метра шириной.

Переходим (наконец-то) к технологиям устранения пучинистости.

Способ 1. Дренаж

1. Формируется канава вдоль всего фундамента ниже глубины промерзания, убирается пучинистый грунт. Важно понимать, что если Вы строите дом «с нуля», то конечно рыть канаву не надо. Для ленточного фундамента, например, просто надо сделать котлован шире и установить опалубку под заливку фундамента на расстоянии от внешней стены ямы.
2. Заливается фундамент, после снятия опалубки проводится его гидроизоляция.

3. На дно ямы засыпается щебень.
4. На щебень укладывается дренажная труба с геофильтром или просто канализационная труба для внешних работ (такие трубы обычно оранжевого цвета), в которой каждые 10 см по бокам делаются отверстия диаметром 5 - 10 мм, чтобы внутрь неё попадала вода. Если не использовать трубу с геофильтром, то чтобы избежать попадания земли и корней растений в дренажные отверстия. Труба обсыпается гравием и обматывается в два слоя геотекстилем.
   Труба укладывается с уклоном не менее 1 сантиметра на 1 метр по всей длине и выводится в специальный колодец для сбора дренажной воды (дренажный колодец), располагающийся в удалении от дома.

5. Сверху труба засыпается щебнем на 20-30 сантиметров, потом на щебень засыпается земля, вынутая в процессе копки траншеи под фундамент (то есть производится обратная засыпка грунта).
6. Устанавливается отмостка для защиты фундамента от атмосферной влаги (дождь, снег). Чтобы растения не разрушали отмостку, она устанавливается на геотекстиль.

Дренажная система отлично справляется с атмосферной влагой, но при подъёме грунтовых вод она может быстро заполниться водой, включая дренажный колодец, после чего вся система перестанет работать. То есть главным недостатком дренажа является то, что он не может справиться с грунтовыми водами. Здесь может помочь использование в колодце дренажных насосов.

Способ 2. Замена грунта. Как правильно полностью убрать пучинистый грунт?

Коротко суть способа можно представить так: пучинистый грунт убираем, непучинистый засыпаем. Условно можно сказать, что данная технология — это обустройство дренажа под всей плоскостью дома. Технология замены грунта для устранения морозной пучинистости следующая:

1. На месте предполагаемой постройки вырывают котлован на глубину ниже промерзания и шириной больше самой постройки минимум на полметра в каждую сторону.

2. Дно котлована очищают от кусков грунта, тромбуют виброплитой, насыпают подушку из щебня, повторно тромбуют для того, чтобы грунт укрепился для последующих работ и не проседал.

3. В котловане по краю укладывают дренажную трубу так же, как описано ранее в разделе про дренаж. Труба укладывается в ту часть котлована, которая выступает за линию постройки, чтобы предотвратить попадание воды непосредственно под здание.
4. Заполняют котлован новым материалом, для этого подойдут:
   • небольшие камни, каменный лом
   • некрупный строительный мусор (кирпичный лом, куски бетона...)
   • галька
   • щебень
   • крупный песок
5. Материал засыпают слоями не более полуметра, тромбуют, проливая большим количеством воды

Какой фундамент подойдёт при замене грунта?

Лучше всего при замене грунта подойдут следующие виды фундамента:

• Свайный с последующей заливкой монолитной бетонной фундаментной плиты или ростверка.
  Так как сваи можно забить в новый грунт ниже глубины промерзания, это поможет зафиксировать постройку на новом грунте, плюс сваи меньше всего (из элементов фундамента) подвержены воздействию пучения — они создадут мощные опорные точки для будущей конструкции, а бетонная плита или ростверк (железобетонный) - распределит нагрузку, сделав постройку более устойчивой и распределит давление пучения на постройку. Важно уделить внимание прочности плиты или ростверка — это критичный момент! Прочность должна быть такой, чтобы попытка приподнять одну сваю, например угловую, приводила к подъёму всего строения, без изломов конструкции.
• Плавающий плитный фундамент.
  Это конструкция дешевле, но требует очень качественного заполнения и трамбовки котлована, чтобы избежать неравномерности плотности нового грунта. Заливается толстая железобетонная плита, которая будет целиком подниматься и опускаться с пучением грунта. Именно поэтому такой фундамент называется «плавающим». Сваи в этом случае не устанавливаются. Разновидностью такого фундамента является утеплённая шведская плита (УШП).
• Монолитный ленточный фундамент.
  Возможно возведение как мелкозаглублённого так и глубокозаглублённого ленточного фундамента. Обязательно нужна гидроизоляция фундамента и организация дренажа.

Способ 3. Термическое усиление грунта

На практике этот способ применяется редко ввиду его высокой стоимости. Термоусиление используется чаще всего от безысходности. Различают два вида термоусиления:

• Замораживание почвы. Этот способ полностью исключает пучинистость и движение грунтовых вод, так как почва не оттаивает никогда. Метод, например, используется на АЭС в Фукусиме (Япония) для предотвращения распространения загрязнённых вод или под памятником Родина-Мать в Киеве (Украина), имеющим колоссальную массу и при этом установленном на влажной почве на берегу реки.
  Различают два способа замораживания почвы — рассольный и с использованием сжиженного газа.
• Прокаливание почвы. В почву загоняются специальные термотрубки, по которым подаётся пар, прогревающий грунт до 500-900 градусов. При этом грунт становится плотнее, что в свою очередь снижает его капилярные свойства и уменьшает пучинистость. Прокаливание почвы даёт эффект обжига глины. Вместо термотрубок можно использовать ямы-скважины, в которых сжигается топливо (мазут, уголь, газ и т.п.).

Способ 4. Химическое усиление грунта

Различают следующие способы химического укрепления грунта.

• Силикатизация. В почву подаётся специальный химический раствор — смесь на основе жидкого стекла (кремниевой кислоты), которая в дальнейшем образует в почве гель, связывающий грунт и уменьшающий его водопроницаемость. По способу, которым добиваются отвердения раствора в почве, силикатизация делится на:
  • Однорастворную силикатизацию — в почву закачивают раствор с уже добавленными отверждающими добавками.
  • Двухрастворную силикатизацию — отверждающие добавки вносятся отдельно.
  • Электросиликатизацию — отвердение происходит под воздействием электрического тока.
  • Газовая силикатизация - отвердение происходит под воздействием углекислого газа.

Какие виды фундаментов надо использовать при строительстве на пучинистых грунтах?

1. Свайный фундамент - сваи при заглублении ниже уровня промерзания почвы не подвержены воздействию сил пучения, так как ниже промерзания отсутствуют вертикально направленные силы пучения, а горизонтально направленные силы пучения не способны повредить сваю.

Примечание



Здесь, конечно, речь не идёт о деревянных сваях, которые могут разрушить не столько силы пучения, сколько расширяющаяся при замерзании в дереве вода. Как на пучинистых почвах, так и в любом другом случае лучше отказаться от использования деревянных свай в пользу более современных технологий.

2. Плавающий плитный фундамент - такой фундамент как бы плавает на пучинистых грунтах и при сезонном пучении поднимается-опускается целиком.
3. Монолитный ленточный фундамент - допустим только при заглублении ниже промерзания и технологически правильном исполнении, а именно: при организации гидроизоляции, отмостки, дренажа.

Какие фундаменты не подходят при морозной пучинистости?

1. Столбчатый фундамент — так как столбы в таком фундаменте не связаны между собой, неравномерные силы пучинистости легко деформируют постройку, оказывая разное давление на каждый столб.
2. Сборный ленточный фундамент — поскольку фундамент не цельный, а состоит из отдельных блоков (блоки ФБС, фундаментные подушки), он хуже распределяет нагрузку и не подходит для проблемных почв.
3. Бутовый фундамент — представляет собой скреплённый цементным раствором бут (крупные камни), но в отличие от железобетонного не имеет армирования, что снижает его прочность при неравномерном воздействии сил пучения.

Видео о пучинистости грунта и борьбе с ней

Коротко о главном

• Наверное, пытливый читатель догадался, что абсолютно непучинистый грунт - это скорее миф, чем реальность. Пучинистость — это не о том, деформируется почва или нет, а о том, насколько она деформируется. Нет пучинистости только там, где нет промерзания.
• Пучинистость всегда связана с морозами.
• Силы пучения действуют не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлениях. При строительстве подвальных помещений учитывайте, что расширяющаяся почва будет давить на стены снаружи.
• Пучинистость связана как с осадками (атмосферная влага: снег, дождь), так и с грунтовыми водами.
• Опасность пучинистости не в деформации грунта, а именно в неравномерной деформации, за счёт чего силы пучения легко ломают даже железобетонные плиты.
• Пучение на глубине ниже промерзания почвы отсутствует, так как там не замерзает вода.
• Если пучинистость почвы на Вашем участке значительная — необходимо её снизить, иначе строить очень рискованно.
• Главные требования к фундаменту на проблемных грунтах — связка фундамента в единое целое — либо монолитная плита, либо мощный монолитный ростверк, а также для ленточного фундамента и свай - заглубление ниже уровня промерзания.
Автор

Эксперт-строитель
Антон Медведев
Высшее инженерное образование, опыт в строительстве частных домов 15 лет.