Что значит глубина промерзания грунта для фундамента

Что следует знать о глубине промерзания перед разработкой и установкой фундамента дома

Возведение дома – ответственная задача, требующая анализа большого объёма информации. Важны не только технические и архитектурные характеристики будущего здания, но и условия, в которых будет проходить строительство и эксплуатироваться объект. Состояние и структура грунта в данном вопросе играет ключевую роль. Один их важнейших параметров в строительстве становится показатель уровня промерзания грунта.

Что это такое

Глубина промерзания грунта – максимальный показатель, при котором температура грунта достигает 0С в наиболее холодный сезон, не учитывая снежные покровы. Это один из основных критериев в строительстве, влияющих на процесс проектирования здания. Изучением данного явления занимаются геофизика и климатология. На параметры замерзания влияют тип почвы, высота залегания грунтовых вод и общие климатические условия региона.

Зачем учитывать

Если не учесть глубину промерзания и заложить фундамент выше этого уровня, то со временем дом начинает разрушаться из-за изменения окружающих условий. Под действием низких температур почва расширяется из-за замерзания влаги в её структуре, она поднимается и вспучивается, «выталкивает» основание дома вверх. В оттепель во время оттаивания земли, здание, наоборот, затягивается в почву. Это приводит к излишней нагрузке на строение и его деформациям. Данные процессы происходят ежегодно: фасад начинает трескаться, а фундамент приходит в негодность.

Как закладывать фундамент

Закладывание фундамента дома по строительным нормам должно производиться как минимум на 10% ниже уровня замерзания почвы, но не менее 20 см от данного показателя. Помимо уровня закладки, показатель замерзания почвы влияет также на выбор типа фундамента и его особенностей.

На участках, где параметр промерзания велик, нередко используются дополнительные меры для предотвращения и уменьшения данного показателя: теплоизоляторы, рыхление и химические реагенты.

Как определить

Примерный показатель можно узнать по географическим данным участка. Чем севернее находится земля, тем ниже среднегодовые температуры. Информацию об уровне замерзания можно узнать по специальной таблице в официальных документах, в частности, «основания зданий и сооружений». Таковым является технический документ «Нормативная глубина промерзания грунта». Для каждого отдельного региона требованиями СНиП установлен определённый параметр, который следует брать за основу при расчётах. Помимо документов, существуют карты промерзания. На сегодняшний день данные таблицы и карты находятся в открытом доступе.

Нормативная и фактическая глубина замерзания почвы может отличаться, что также следует учитывать при проектировании дома и закладывании основания.

Таким образом, глубина промерзания грунта — важнейший параметр при проектировании здания и закладывании фундамента, напрямую влияющий на его прочность, долговечность и функциональность.

Источник

Установка фундамента выше глубины промерзания

Одним из главных условий определения глубины заложения фундаментов на пучинистом грунте является глубина его промерзания. В нашей стране сезонное промерзание грунта может достигать глубины 2,5 метра и более. В зданиях без подвалов стоимость фундаментов такой высоты неоправданно велика, поэтому у многих людей возникают вопросы: можно ли устанавливать фундамент выше глубины промерзания и можно ли уменьшить глубину промерзания грунта?

На эти вопросы есть ответы. Да, можно устанавливать фундаменты на промерзающем грунте. Это фундаменты в виде монолитных армированных плит или армированные ленточные фундаменты на глубоком подстилающем слое из непучинистого грунта. В данном разделе мы не будем их рассматривать, это отдельная большая тема. На глубину промерзания грунта тоже можно оказывать воздействие. Вот об этом и будет эта статья.

Воздействие на грунт температуры воздуха

Весь процесс будем рассматривать в шкале Цельсия приняв за точку отсчета 0°С.

Представим, что на грунте лежит стальной шарик с температурой равной температуре окружающего воздуха. Температуру, которую шарик будет распространять на грунт изобразим в виде векторов (рис. 16).

Рис.16. Температурное воздействие на грунт

Таким образом в течении зимы шарик будет распространять на грунт отрицательную температуру и замораживать грунт вокруг себя по полусфере в масштабе повторяющей контур шарика. Чем больше будет зимой холодных дней, тем дальше в грунт будет распространяться замороженная полусфера. Поскольку зима не вечна, то однажды полусфера достигнет своего максимума и больше увеличиваться не будет. Максимальная глубина, при которой грунт из пластичного превращается в твердый называется глубиной промерзания грунта.

Весной шарик нагревается и начинает расплавлять под собой замороженный грунт. То есть происходит тот же самый процесс, что и при замораживании, только вектор температуры меняет свой знак с минуса на плюс. Если теплых дней будет мало, то грунт не успеет растаять на всю глубину, на которую он промерз. Такой грунт называется вечномерзлым. Сейчас мы его рассматривать не будем. Далее нас интересует только тот грунт, который в летние дни полностью прогревается.

Мы рассмотрели процесс замерзания грунта от действия одного шарика, на самом деле на грунте лежат миллиарды таких условных шариков и воздействуют на него образуя под собой промороженное или оттаявшее поле. Если на это поле разместить, какое-либо строительное сооружение, то оно вызовет в нем аномалию (рис. 17). Возмущение промороженного поля грунта будет различным и зависеть от теплового режима, размещаемого на нем объекта. При размещении неотапливаемого здания грунт под зданием будет промерзать на меньшую глубину, так как температура в здании будет все-таки выше, чем в чистом поле. Если здание будет отапливаемым, то грунт под ним совсем не промерзнет или промерзнет незначительно поскольку будет подогреваться зданием. Поэтому тепловой режим здания учитывается нормативными документами (табл.10) и влияет на глубину заложения фундаментов.

рис. 17-1. Промерзание грунта от воздействия отрицательных температур рис. 17-2. Промерзание грунта при расположении на нем неотапливаемого сооружения рис. 17-3. Промерзание грунта при расположении на нем отапливаемого сооружения

Уменьшение отрицательного воздействия промёрзшего грунта

Строительные правила (СП 22.13330.2011) дают определение глубины промерзания «равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.»

В этом определении важна каждая фраза:

• «средняя из ежегодных», то есть глубина промерзания может быть больше указанной величины или меньше ее;
• «открытая, оголенная от снега площадка» говорит о том, что под снегом глубина промерзания грунта будет меньше (чем толще снег, тем меньше промерзание);
• «при подземных водах ниже глубины промерзания», то есть исследуется сухой грунт, если он будет влажным глубина промерзания увеличится.

В строительных правилах нет, но всем известно, что укатанный грунт вследствие уплотнения становится более теплопроводным и промерзает глубже.

Таким образом исходя только из определения Строительных Правил видим несколько путей уменьшения глубины промерзания. Площадка вокруг строительного сооружения должна быть под снегом, не уплотнена и не увлажнена. В идеале это должно быть перепаханное поле и тогда грунт на нем точно не промерзнет до нормативной глубины даже в самую суровую зиму. Но в реальности все выглядит несколько иначе. К дому походят подъездные дороги, снег с которых по возможности убирают, а осенняя дождевая вода с крыши отводится недалеко от дома.

Наибольшую опасность для фундамента представляют температурные векторы, расположенные в полосе вокруг здания шириной равной глубине промерзания грунта. Если их убрать или каким-то образом уменьшить, то фундамент можно установить выше глубины промерзания грунта (рис.18).

рис. 18. Принципиальная схема уменьшения глубины промерзания

Уменьшить негативные воздействия от замораживания грунта можно как минимум двумя способами:

1. изменением физико-механических свойств грунта;
2. теплоизолированием грунта.

Это наиболее простые способы, доступные самодеятельному застройщику.

Изменение физико-механических свойств грунта

Из предыдущих страниц данной темы сайта нам известно, что разные грунты имеют различные свойства. Одни из них при замораживании не изменяют своей структуры, другие увеличиваются в объеме и выталкивают фундамент ломая его в различных плоскостях. Назовем такие грунты восприимчивыми к морозу и невосприимчивыми.

Рис.20. Воспримчивые и невоспримчивые к морозу грунты

Грунты, невосприимчивые к морозу состоят из обломков скальных пород (крупнозернистые пески, гравийные и галечниковые грунты). Ими и нужно заменить пучинистые грунты по периметру здания, целиком или перемешиванием со старым грунтом, вынутым при разработке котлована под фундамент. Для уменьшения влияния атмосферной воды на свойства грунтов её отводят от фундамента. Делают это двумя способами. Поверхностную дождевую и талую воду отводят устройством отмосток вокруг здания с уклоны от 5 до 10%. Воду можно отвести по рельефу местности или в специальную дренажную канаву, засыпанную крупнозернистым грунтом с верхним слоем, оформленным в виде красивых дорожек. В районах строительства с высоким снегом и частыми дождями воду, просачивающуюся к фундаменту, отводят от фундамента посредством подземного дренажа. Перфорированные трубы укладывают вокруг здания в слой крупнозернистого дренирующего грунта, накрывают геотекстилем во избежание заиливания труб и засыпают дренирующим мелкообломочным грунтом. Далее трубами отводят воду от фундамента по уклону местности либо сбрасывают воду в закопанные на отдалении дренирующие колодцы из бочек, засыпанных камнями. Грунт вокруг фундамента не будет удерживать в себе воду, а значит и не будет пучится при морозе (рис. 19).

Рис.20. Схемы отвода воды от фундамента

Подсос грунтовой воды в тело фундаментов и стяжек подвала прерывают устройством обмазочных и оклеечных гидроизоляций, а также устройством подсыпок из мелкообломочных дренирующих грунтов. Такая подсыпка из-за относительно больших расстояний (по молекулярным меркам) между частицами не может удержать в себе воду и уж тем более не может подсосать ее верх и смочить подошву фундамента. Капиллярный подсос так же можно прекратить и расстиланием под фундаментом полиэтиленовой пленки (рис. 21).

Рис.21. Отсекание капилярного подсоса

Теплоизоляция грунта

Если замещение и осушение грунтов вокруг дома предусматривает большой объем земляных работ при котором мы влияем на теплопроводность грунта простой заменой одного типа грунта на другой, то теплоизоляция грунта предполагает оставить прежний грунт с уменьшением его теплопроводности. Делается это установкой теплоизоляции. Я уже не однократно говорил на других страницах сайта и повторю вновь, что распространённый термин «утеплитель» применяется неправильно. Правильное название материала — теплоизоляция. Это перегородка между двумя материалами прерывающая поток тепла. Теплоизоляция сохраняет тепло если укрываемый ей материал был теплый или сохраняет холод, если изначально материал был холодный.

рис. 22. Утепленная отмостка

Укладка полосы теплоизоляции по периметру здания шириной равной глубине промерзания ослабит поток отрицательных температур, проникающих в толщу грунта и он промерзнет на меньшую глубину. На такой грунт можно будет установить фундамент меньшей высоты (рис.22). Конструктивно теплоизоляция грунта совмещают с устройством отмостки и называют утепленной отмосткой. Для того, чтобы мороз не прошел к подошве фундамента через его тело, мостик холода прерывают теплоизоляцией цоколя фундамента (рис. 23).

рис. 23. Теплоизоляция цоколя

Если вы встретите чертежи, показывающие теплоизоляцию по внешней вертикальной стене фундамента, то это утепляется подвальное помещение, а не грунт. Такая теплоизоляция удерживает тепло в подвале, при этом грунт теплом дома не прогревается, и глубина его промерзания не изменяется. То есть теплоизоляция стен фундамента не имеет ничего общего с теплоизоляцией грунта. Это разные конструктивные решения решающие разные задачи.

Укладка полосы теплоизоляции вокруг дома может быть сделана по уровню подошвы фундамента и совмещена с теплоизоляцией подвала (рис. 24). В этом случае решаются одновременно две задачи: утепление подвала и тепловое изолирование грунта. Полоса теплоизоляции здесь будет уже чем на поверхности грунта и зависеть от глубины погружения фундамента.

Рис.24. Утепление подвала и грунта

Утепленную отмостку лучше применять для зданий без подвала, а заглубленную теплоизоляцию для зданий с подвалом.

Источник

Строительство фундамента с учетом глубины промерзания грунта

Если вы решили строить дом своими руками, то еще на этапе проектирования постройки нужно выяснить, на какую глубину следует копать фундамент, чтобы в будущем конструкция не деформировалась и не треснула.

Заложение фундамента дома должно производиться с учетом нескольких факторов, которые приведены ниже.

• Функциональное назначение, особенности конструкции будущей постройки, величина оказываемого на фундамент давления.
• Глубина проведения инженерных коммуникаций, а также глубина фундамента примыкающих зданий.
• Рельеф окружающей территории — как существующий, так и будущий.
• Геологические особенности строительной площадки — свойства грунта, наличие слоев почвы, склонных к скольжению, характер образования пластов грунта и т. п.
• Гидрологические условия.
• Глубина промерзания грунта.

Рассмотрим подробнее последний фактор.

Глубина промерзания грунта

Глубина промерзания грунта — важнейший строительный параметр, определяющий максимальное значение, при котором во время холодного периода температура почвы составляет 0 градусов. Этот параметр различен для каждой территории и определяется опытными многолетними наблюдениями. Зависит эта величина от вида почвы, уровня подземных вод, температуры воздуха, наличия растительности, величины снежного покрова, морозного пучения грунта и т. д.

Знание данного показателя необходимо не только для того, чтобы установленный фундамент в будущем не треснул, но и для того, чтобы помочь определиться с тем, какой именно фундамент лучше всего установить — винтовой, ленточный, плитный или столбчатый.

Все виды грунтов, в зависимости от особенностей их промерзания, разделяют на 3 группы:

• Глины и суглинки.
• Мелкие, пылеватые пески, а также супеси.
• Средние пески и крупнообломочные грунты.

Почему необходимо знать величину промерзания почвы и учитывать при строительстве?

Как ни странно, ответ на поставленный вопрос может дать любой человек, окончивший школу. Из физики мы знаем, что объем воды при замерзании увеличивается, а если учесть, что вода находится в плотной толще земли, то логично, что она оказывает дополнительное высокое давление на фундамент постройки и как бы пытается приподнять его, а значит, разрушить.

Именно потому так важно знать этот показатель, ведь ниже его уровня температура грунта не бывает ниже 0, и вода никогда не замерзает. Поэтому, если вы остановили свой выбор на столбчатом или ленточном фундаменте, то помните, что их необходимо закладывать именно на величину промерзания земли.

Как рассчитать глубину?

Формулы для вычисления глубины промерзания можно найти в пункте 2.27 СНиП 2.02.01−83 «Основные здания и сооружения».

Согласно этому документу, для ее вычисления необходимо:

• Во время холодных месяцев для каждого отдельного города/района вычислить среднемесячную отрицательную температуру (M).
• Полученную величину взять по модулю, вычислить из нее корень квадратный (√|М|)
• Умножить на коэффициент, который зависит от типа почвы (h=√|М|*k). Для крупных, средних и гравелистых песков коэффициент принимают равным 0,3, для мелких песков и супесей — 0,28, для глинистой и суглинистой почвы — 0,23, для крупнообломочной — 0,34.

Можно воспользоваться старой версией СНиП 2.01.01−82, в приложении которого есть специальная карта, на которой указаны глубины промерзания почв.

Обратите внимание, что земля под теми зданиями, которые зимой постоянно отапливаются, промерзает несколько меньше, поэтому значение глубины промерзания можно уменьшить в среднем на 20%. Например, в Новосибирске глубина промерзания почвы составляет 220 см. Если вы планируете строить жилой дом, который будет постоянно отапливаться, то фундамент можно установить на глубину около 176 см.

Если вы не нашли на карте своего региона, то можно воспользоваться данными местной или ближайшей метеостанции. Там вам расскажут, какая почва и на какую глубину промерзает в вашем регионе. Именно метеостанции осуществляют сбор и последующую обработку данных промерзания почв.

Коэффициент глубины промерзания зависит от пучинистости грунта (особенно это актуально для глинистых почв).

Морозная пучинистость — это свойство, которое определяет, насколько деформируется грунт при замерзании и последующем оттаивании. Чем больше этот показатель, тем больше воды накапливается в почве.

Наиболее пучинистыми является глинистый и пылеватый грунт, который прекрасно проводит и удерживает воду. Объем таких почв может увеличиваться на 10%, а, соответственно, и глубина промерзания также возрастет на 10%. Песчаный грунт практически не подвержен пучению, а для скальных почв такое явление вообще не характерно.

Глубина промерзания грунта по СНиП

Город	Глубина промерзания грунта по СНиП в м.
	Глины и суглиники	Супесь, мелкий песок	Крупный песок, гравелистый
Дмитров	1,38	1,68	1,76
Екатеринбург	1,59	1,91	2,04
Кашира	1,40	1,70	1,83
Москва	1,35	1,64	2
Нижний Новгород	1,45	1,76	1,89
Тверь	1,37	1,67	1,79
Ростов-на-Дону	0,66	0,80	0,86
Санкт-Петербург	0,98	1,20	1,28
Саратов	1,19	1,44	1,55
Челябинск	1,73	2,11	2,26
Ярославль	1,43	1,74	1,86

Глубина промерзания, согласно СНиП, также косвенно зависит от величины покрова снега на строительной площадке, именно поэтому, если вы очищаете поверхность для строительства от снега, то тем самым вызываете неравномерность промерзания почвы, что плохо скажется на будущем фундаменте.

Для дополнительной защиты грунта от промерзания можно посадить кустарники по периметру дома — они будут способствовать образованию дополнительного снежного покрова под фундаментом постройки, а, значит, уменьшат глубину промерзания на 5−10%.

Источник