Температура
Россия — страна северная, поэтому при устройстве фундаментов приходится учитывать сезонное замерзание грунтов. Замерзшие грунты многократно увеличивают свою несущую способность. Поэтому в зонах вечной мерзлоты устраивают фундаменты на сваях, вмороженных в грунт.
Сезонное замерзание грунта не только увеличивает его несущие способности, но и увеличивает его объем. Дело в том, что вода, содержащаяся в грунте (а она там есть всегда), при замерзании увеличивается в объеме. Такое увеличение в объеме называется морозным пучением фунта. Чем больше в грунте связанной воды, тем больше он увеличивается в объеме. Например, в скальных породах мало воды, при замерзании она рвет породу, но объем при этом практически не увеличивается. Такие грунты называются непучинистыми. Пылевато-глинистые грунты содержат в себе большое количество воды и при замерзании заметно увеличиваются в объеме. Причем сила пучения достигает такой мощи, что способна приподнять даже очень тяжелые сооружения. По сути энергия пучения — это энергия атомных и молекулярных сил. А как мы знаем, энергия атома огромна.
К пучинистым грунтам относятся пылевато-глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем, имеющие к началу замерзания влажность выше определенного уровня.
При весеннем оттаивании вода в пучинистых грунтах превращается изо льда в жидкость, и грунт проседает. Оттаивание грунта происходит сверху вниз, одновременно в грунт попадает поверхностная влага от таяния снега, а так как нижние слои еще не оттаяли, более верхние слои насыщаются избыточной влагой. Пучинистые фунты относятся к разряду коллоидных, то есть при насыщении водой они начинают разбухать и опять увеличиваются в объеме. Но несущая способность их при этом падает. После полного оттаивания грунта талая вода будет проникать до водоносных слоев и постепенно грунт приобретает свою естественную влажность, но при этом опять уменьшится в объеме. Можете себе представить, что будет происходить с фундаментом, расположенным на таких грунтах. Замерзание, оттаивание, насыщение водой, высыхание — все эти процессы переплетаются между собой по времени и сторонам света (с южной стороны оттаивание будет происходить быстрее, чем с северной стороны дома), а фундамент должен все это выдержать и не сломаться. Для облегчения работы фундамента его подошву размещают ниже глубины промерзания грунта. При такой глубине заложения фундамента исключается действие всех негативных сил на его подошву, то есть он будет равно устойчиво стоять на незамерзающем и нетронутом (естественного уплотнения) материке. Негативные силы теперь будут действовать на него только по касательной к боковой поверхности. Наиболее опасна сила (касательная) от морозного пучения, которая действует с одинаковой энергией по всем направлениям. Эта сила, скользя по поверхности стены фундамента вверх и вниз, способна разорвать фундамент. Во избежание этой неприятности пучинистый грунт при засыпке пазух лучше заменить на непучинистый, например, на крупнозернистый песок, а еще лучше на галечный или щебенистый без глинистых включений. При применении такого грунта и выполненной дренажной системы исключается повышение влажности грунта в зоне фундамента, а следовательно, и понижается его пучение. Иногда рекомендуют грунт пазух перемешать с непучинистым грунтом, что, конечно же, экономически более выгодно, так как уменьшается доля привозного грунта. Но ведь перемешивание предполагает его перелопачивание вручную или экскаватором.
Нормативная глубина промерзания фунта принимается 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.
Нормативную глубину промерзания грунтов для конкретного региона строительства допускается принимать по карте СНиПа (рис. 5), или она уточняется в районных строительных организациях, либо отделах архитектуры и землеустройства.