Пучинистые грунты: как определить и какой фундамент выбрать

Столбы забора за зиму поднялись неровно: два встали выше соседних на пару сантиметров, весной обратно не сели. Хозяин грешит на бетон, а виноват грунт. Суглинок под столбами набрал осенью воду и промёрз, вода при замерзании прибавляет в объёме около девяти процентов, и этого хватает, чтобы приподнять тяжёлую конструкцию. Это и есть морозное пучение. Пучинистые грунты на Северо-Западе встречаются чаще любых других: глина, суглинок, супесь, пылеватый песок. Разберу по шагам, как понять, что у вас именно такой грунт, и что с этим делать до заливки фундамента, а не после первой зимы.

Что такое морозное пучение и почему грунт поднимает дом

Морозное пучение это увеличение объёма грунта при промерзании. Механизм проще, чем кажется. В порах глинистого грунта много связанной воды. Когда фронт холода идёт сверху вниз, вода в верхнем слое замерзает, а нижняя влага начинает подтягиваться к фронту промерзания по тонким капиллярам. Так растут ледяные линзы, слой за слоем. Грунт растёт в объёме сильнее, чем дало бы замерзание его собственной воды: он подтягивает влагу снизу.

Отсюда две силы, которые давят на конструкцию. Нормальные действуют снизу вверх, под подошвой фундамента. Касательные работают по боковым поверхностям: промёрзший грунт примерзает к бетону и тянет его вверх вместе с собой. Касательные силы на узком столбе часто оказываются опаснее нормальных, потому что площадь боковой поверхности у столба велика, а собственный вес мал.

Весной картина обратная. Лёд тает неравномерно: с южной стороны дома раньше, с северной позже, под отапливаемой частью раньше, под холодной верандой позже. Фундамент садится по частям. Именно эти циклы подъёма и осадки рвут кладку, а не сам зимний подъём.

Три условия работают только вместе: пучинистый грунт, вода в нём и промерзание до этого слоя. Уберите любое из трёх, и пучение прекращается. Отсюда все рабочие решения: заменить грунт, убрать воду или не дать холоду дойти.

Какие грунты пучинистые, а какие нет

Пучинистость определяет размер частиц и способность держать воду. Чем мельче частицы, тем больше капилляров и тем сильнее грунт тянет влагу к фронту промерзания.

Пучинистые: глина, суглинок, супесь, пылеватый и мелкий песок, любые грунты с заметной долей пылеватых частиц. Практически непучинистые: гравелистый, крупный и средней крупности песок, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, скальные породы. Песок средней крупности воду не удерживает, она свободно уходит вниз, замерзать в порах нечему.

Влажность решает не меньше состава. Сухой суглинок высоко над водой ведёт себя почти спокойно. Тот же суглинок при верховодке и грунтовой воде на глубине метра поднимает всё, что на нём стоит. Поэтому один и тот же тип грунта на двух соседних участках даёт разный результат.

Классификация грунтов ГОСТ 25100-2020 делит пучинистость на пять градаций: практически непучинистые, слабопучинистые, среднепучинистые, сильнопучинистые и чрезмернопучинистые. Считают их по относительной деформации морозного пучения. Это отношение подъёма поверхности к толщине промерзающего слоя, безразмерная величина. Границы градаций заданы числами, а саму величину лаборатория получает промораживанием образца по ГОСТ 28622-2012. Влажность, плотность и число пластичности помогают предсказать результат, но испытание не заменяют. Порог простой: грунт считается пучинистым, когда относительная деформация превышает 0,01. На глаз степень не определить, видно только сам факт: глина у вас или песок.

Как определить пучинистость участка: признаки на глаз и лабораторный путь

Начну с того, что видно без приборов. Пять признаков говорят о пучинистом грунте почти наверняка.

Первый. Лужи после дождя стоят сутками, вода не уходит. Второй. Грунт на лопате липнет комом, скатывается в шнур толщиной с карандаш и не рассыпается. Так ведут себя глина и суглинок, супесь скатывается хуже и крошится. Третий. Весной тропинка, плитка или порог поднимаются, а к лету садятся обратно. Четвёртый. У соседей покосились столбы забора, ворота перестали закрываться зимой, отмостка отошла от стены. Пятый. Копнули яму на штык, а к утру в ней стоит вода.

Эти признаки дают направление, но не дают цифру для расчёта. Если планируете дом тяжелее каркасника, дальше нужны изыскания.

Лабораторный путь короче, чем принято думать. Бурят несколько скважин по пятну застройки, отбирают образцы с рабочих глубин, замеряют уровень грунтовых вод. В лаборатории определяют гранулометрический состав, природную влажность, плотность, число пластичности. По этим данным грунт относят к своей категории, а степень пучинистости получают промораживанием образца. Заодно всплывает то, чего с поверхности не видно: линза торфа, погребённый ручей, насыпной слой от прежнего хозяина.

Уровень воды тут отдельная тема, и по ней у меня есть разбор: Высокий уровень грунтовых вод на участке: как определить и что делать. Высокая вода превращает слабопучинистый суглинок в сильнопучинистый, и решения по фундаменту меняются целиком.

Какой фундамент подходит: плита, сваи, мелкозаглублённая лента

Рабочих схем три, и выбор между ними диктует не мода, а сочетание грунта, воды и веса дома.

Плита. Монолитная плита по подушке из непучинистого песка и щебня, часто утеплённая по типу шведской плиты. Плита не сопротивляется пучению, она с ним плавает: поднимается и садится целиком, без перекосов. Годится под газобетон, кирпич, каркас, под дом сложной формы. Минус понятный: расход бетона и утеплителя, плюс требовательность к качеству подушки.

Сваи. Буронабивные или винтовые с опорой ниже расчётной глубины промерзания, ростверк поднят над землёй с зазором. Нормальные силы под нижним концом сваи не работают, потому что там грунт не промерзает. Касательные снимают гладкой поверхностью и обсадной трубой. Схема хороша на уклоне, на участке с торфом и там, где лента потребовала бы большого объёма земляных работ. Ошибка, которая губит сваи: ростверк лежит прямо на грунте. Зимой его поднимает вместе с грунтом и рвёт узлы примыкания.

Мелкозаглублённая лента. Лента на глубине порядка полуметра, но обязательно с тремя добавками: подушка из песка средней крупности, утепление отмостки и дренаж. Без них это самый частый способ получить трещину по фасаду на третью зиму. Работает под лёгкие дома, под баню, под гараж.

Заглублять обычную ленту ниже промерзания на пучинистом грунте дорого и не всегда спасает: касательные силы по высокой боковой стенке никуда не деваются. Если под пучинистым слоем ещё и торф или ил, задача меняется, там свои решения: Фундамент на торфянике и слабых грунтах: что реально работает в Ленобласти.

Отмостка и утепление грунта вокруг дома

Утеплённая отмостка это не отделка, а часть конструкции фундамента. Плита экструдированного пенополистирола под отмосткой уводит фронт промерзания в сторону от стены, и грунт у подошвы зимой остаётся талым. Ширину утеплённой отмостки в рекомендациях по мелкозаглублённым фундаментам привязывают к нормативной глубине промерзания: для Ленинградской области это около 1,2 метра. Строительная норма на ширину самой отмостки скромнее, от 0,8 метра, но по грунту работает именно широкий утеплитель. Углы дома промерзают с двух сторон сразу, там утеплитель кладут шире.

Саму отмостку на пучинистом грунте кладут по подушке, с уклоном от стены и деформационным швом у цоколя. Жёстко связанная со стеной бетонная лента при подъёме грунта отрывается с куском штукатурки. Шов из упругого материала эту связь разрывает мягко.

Ещё одна деталь, о которой забывают: снег работает утеплителем. Если зимой расчищать дорожки до грунта вдоль всей стены, грунт промерзает глубже именно там, где этого меньше всего хочется.

Забор и столбы на пучинистом грунте: почему выдавливает

Столб забора это худший случай для пучения. Вес маленький, боковая поверхность большая, касательные силы тянут вверх без сопротивления. Каждую зиму столб выходит на сантиметр или два, за пять лет набегает разница, которую видно с дороги.

Что помогает на практике. Бурение ниже расчётной глубины промерзания с уширением внизу: пята работает якорем и держит столб от выдавливания. Гладкая обсадная труба или рубероид по боковой поверхности: примерзать не к чему. Засыпка пазухи непучинистым песком средней крупности с трамбовкой вместо вынутой глины. Винтовые сваи с лопастью ниже промерзания, тот же принцип якоря.

Что не помогает. Бетонирование столба в яме глубиной семьдесят сантиметров: подошва оказывается внутри промерзающего слоя, столб поднимает целиком. Заливка бетона прямо в глиняную яму без подсыпки: шершавый бетон примерзает лучше гладкой трубы. Расчёт на вес полотна: даже глухой профлист не даёт нагрузки, сравнимой с силами пучения.

Как снизить пучение: дренаж, водоотвод, замена грунта

Убрать из трёх условий проще всего воду. Дренаж вокруг дома, пристенный или кольцевой, снимает верховодку и сушит грунт у фундамента. Воду из него выводят в дренажный колодец или канаву. Водосток с кровли уводят от отмостки трубой, а не выливают под угол. Участок планируют с уклоном от дома, чтобы вода уходила, а не собиралась в приямке у цоколя.

Замена грунта работает жёстче и дороже: пучинистый слой под подошвой вынимают и заменяют песком средней крупности или щебнем с трамбовкой слоями. Тут есть ловушка. Песчаная подушка в глиняном котловане без дренажа превращается в чашу: вода собирается в песке, уходить ей некуда, зимой эта чаша замерзает вместе со всем содержимым. Подушка без отвода воды делает хуже, чем её отсутствие.

Третий путь это утепление, о котором сказано выше. На практике решения комбинируют: дренаж плюс утеплённая отмостка плюс подушка под подошвой. Одна мера в одиночку редко закрывает вопрос на сильнопучинистом грунте.

Что даёт геология для решения по фундаменту

Разница между догадкой и расчётом измеряется деньгами. Догадка звучит так: у соседа плита, значит и мне плита. Расчёт выглядит иначе: скважины по пятну застройки, разрез по слоям, влажность и число пластичности каждого слоя, замеренный уровень воды и поправка на сезонное колебание, степень пучинистости и рекомендация по типу основания с несущей способностью.

Отчёт по геологии стоит заметно меньше, чем переделка фундамента после первой зимовки, и меньше, чем перерасход бетона на плиту там, где хватило бы утеплённой мелкозаглублённой ленты. Экономия обычно вскрывается в обе стороны: кому-то отчёт запрещает дешёвое решение, кому-то разрешает отказаться от дорогого.

ООО «ПРИОРИТЕТ» выполняет инженерные изыскания и кадастровые работы, головной офис в Санкт-Петербурге, работа по всей России. Заказчики от частных застройщиков до госзаказчиков. По частному дому логика та же, только скважин меньше.

FAQ

Как понять, что грунт пучинистый?
Скатайте влажный комок в шнур: глина и суглинок держат форму, песок рассыпается. Добавьте к этому стоячие лужи и весенний подъём дорожек, и картина складывается. Точную степень даёт только лаборатория: образец промораживают и меряют деформацию.

Можно ли строить ленточный фундамент?
Можно, если лента мелкозаглублённая и идёт в паре с песчаной подушкой, утеплённой отмосткой и дренажом. Обычная лента без этих мер на среднепучинистом грунте трескается за две или три зимы. Под тяжёлый дом надёжнее плита или сваи с поднятым ростверком.

Почему выдавливает столбы забора?
Лёд связывает грунт с боковой поверхностью столба, и на подъёме грунт тянет столб за собой. Вес столба слишком мал, чтобы этому сопротивляться. Спасает опора ниже промерзания с уширением внизу и гладкая обсадная труба по стволу.

Помогает ли песчаная подушка?
Помогает, когда воде из неё есть куда уходить. Без дренажа в глиняном котловане она копит воду и зимой промерзает целиком. Песок берут средней крупности или крупный, мелкий и пылеватый для подушки не годятся.

Пучинистые грунты: как определить и какой фундамент строить