Возведение столбчатого фундамента по технологии «ТИСЭ»

С помощью ручного фундаментного бура можно пробурить на тяжелом грунте скважину с расширением к подошве за час. Затем в нее устанавливают арматуру и заливают бетоном расширенную часть, после чего опускают толевую "рубашку" (для уменьшения сцепления грунта со столбом) и продолжают заливку до верха. Такой столб, воспринимающий нагрузку до 130 кН, может заканчиваться сверху либо стойкой, либо ростверком, отлитыми над землей в обычной дощатой опалубке. В первом случае совокупность столбов вдоль периметра дома образует столбчатый фундамент, а во втором - столбчато-ленточный.

Бурение вертикальной скважины выполняется при снятом плуге вращением бура по часовой стрелке. Глубина бурения - на 10 - 15 см ниже расчетной глубины промерзания грунта. По мере заглубления бур поднимается и опорожняется. На тяжелых грунтах бурение скважины глубиной 1,5 м занимает около 40 минут.Расширение нижней части скважины выполняется плугом. Вращение бура выполняется против часовой стрелки. Длительность расширения - до 30 минут. После установки арматуры и заполнения нижней части скважины бетоном, в цилиндрическую часть скважины вставляют толевую рубашку. После окончательного заполнения скважины бетоном образуется столб, воспринимающий нагрузку от 5 до 10 тонн. Такой столб не вытащить никакими морозами. На один столб, заложенный на глубину 1,5 м, требуется около 0,12 куб.м бетона. Завершается выполнение столбчато-ленточного фундамента созданием ленты - ростверка, отлитого из бетона в обычной дощатой опалубке. Лента-ростверк армируется и располагается над землей с зазором в 10 - 15 см, необходимым для компенсации пучинистых явлений.

Характеристики столбчато-ленточного фундамента

Для двухэтажного дома со стенами, возведенными по технологии ТИСЭ, шаг фундаментных столбов около 1,5м. Объем бетона в 10 погонных метрах такого фундамента - около 2,5 куб. м, что почти в 3 раза меньше чем у фундамента, заглубленного по всему периметру. Существенно меньше и трудоемкость его возведения.

Возведенный по технологии ТИСЭ фундамент с небольшими доработками может использоваться в качестве сейсмоизолирующей системы при индивидуальном строительстве в районах с повышенной сейсмической активностью.

Между ростверком и грунтом необходимо оставить воздушный зазор в 0,1-0,15 м для компенсации пучения, иначе фундаментный столб зимой может разорвать. Этот же зазор обеспечит минимальный контакт фундамента с мерзлым грунтом и снизит тепловые потери. Говорить о сроках выполнения нулевого цикла, которые зависят от способа организации работ, очень сложно. Однако технология удобна тем, что приостановить процесс позволительно в любой момент (в том числе на зиму) и даже без рекомендуемого нагружения конструкции сверху: из-за расширения подошвы пучинистый грунт не выдавит столб наверх.

При незначительном изменении конструкции арматуры можно создать по этой же технологии сейсмостойкий фундамент. Тогда арматуру берут с резьбой на концах. Нижнюю часть резьбы располагают в расширенной части столба, а верхнюю - над ростверком. После изготовления фундамента и ростверка арматуру растягивают, закрутив верхнюю гайку, после чего грунт вокруг столба на глубину до 1 м заменяют смесью песка и пористого заполнителя (керамзит, шлак). Особенностью такого фундамента является отсутствие традиционной гидроизоляционной прослойки между стеной и ростверком. Это исключает их относительное смещение при сейсмических колебаниях грунта. Соединение столба с ростверком образует своеобразный упругий шарнир, препятствующий передаче горизонтальных колебаний нижней части столба. Столб будет колебаться относительно упругого шарнира, подминая засыпанную смесь, и упругость арматурных прутков каждый раз будет возвращать ростверк вместе с домом в начальное положение. Подобная сейсмоизолирующая конструкция успешно работает при горизонтальных колебаниях с амплитудой около 10 мм и периодом 0,1-1,5 с, которые вызывают наибольшие разрушения при землетрясениях.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При рытье траншеи под фундамент экскаватором лучше сделать глубину на 0,1-0,2 м меньше требуемой, а затем зачистить и выровнять дно вручную. Это снизит осадку подошвы фундамента и гарантирует более плотное прилегание ее к грунту.

2. Работы нулевого цикла принято вести в весенне-летний период, при этом мелкозаглубленный фундамент заливать на промороженное основание нельзя. При минусовых температурах заливку нужно вести непрерывно, с использованием специальных марок бетона, утеплением опалубки и электропрогревом залитого бетона до момента схватывания.

3. При насыщении грунта почвенными водами в процессе заливки фундамента следует защитить материал подушки от возможного заиливания. Для этого ее обрабатывают по контуру вяжущими материалами или изолируют от проникновения воды полимерной пленкой.

4. Ненагруженный нулевой цикл зимой будет выталкиваться грунтом более интенсивно, чем при установленной на него коробке коттеджа. Поэтому ее следует смонтировать в тот же год, еще до промерзания земли.

5. Для защиты фундамента от ливневых потоков, скатывающихся с крыши, устраивают отмостку по периметру здания. Отмостку выполняют с уклоном от здания, отводя воду на 1- 1,2 м от стен.

Устройство отмосток

1.   Асфальт толщиной 30 мм;
2.   Щебень;
3.   Бортовой камень;
4.   Железнение ( посыпка сырого бетонного основания сухим        цементом с последующей затиркой );
5.    Бетон;
6.    Булыжный камень;
7.    Жирная глина;
8.    Дренирующий слой ( булыжник, щебень, галька,        крупнозернистый песок и т.п.);
9.    Полиэтиленовая пленка;
10.  Песчаный подстилающий слой или выровненный грунт;
11.  Горизонтальная гидроизоляция.

Отмостку лучше в первый год оставить двухслойной - без заливки раствором или укладки асфальта. По степени искривления линии ее касания с фундаментом можно будет в конце весны оценить правильность конструкции нулевого цикла и качество выполненных работ.

Бетон

"Бетоном называется каменный материал, получаемый в результате затвердения смеси вяжущего вещества ( цемента), заполнителей ( песка, щебня, гравия) и воды.
Цементные бетоны ( есть еще и нецементные с другим вяжущим) по своим свойствам имеют несколько показателей , но мы остановимся на главном- марке бетона. Она означает предел прочности при сжатии ( в кг/ кв.см.) бетонного куба с ребром 200 мм после 28-суточного твердения в нормальных условиях.
Процесс твердения или, как говорят строители, "схватывания" бетона есть процесс твердения цемента. Наиболее интенсивно он происходит в первые семь суток. По прошествии 28 суток резко замедляется, хотя и продолжается еще довольно долго. Прирост прочности бетона в последующем небольшой, и чем дольше по времени, тем меньше…
Но если цемент – главный "виновник" прочности бетона, то с него и начнем.

О цементе.
В качестве вяжущего в бетонных смесях наиболее распространено применение портландцемента, пуццоланового портландцемента и шлакопортландцемента, и хотя гораздо реже, но тоже довольно часто быстротвердеющих портланд- и шлакопортландцементов. Кроме них имеется еще целое семейство специальных: расширяющийся, щелокостойкий, кислотостойкий и др. Почти все они из "породы" портландцемента, лишь имеют разные "титулы"….
Это перечисление цементов я привел, безусловно, не для повышения вашей энциклопедичности, а исключительно с практической целью- если вам вместо обычных цементов попадется вдруг какой-либо из названных, то не шарахайтесь от него, как черти в старину шарахались от ладана, а берите. На садовых и приусадебных участках любой из них пойдет за милую душу.
… далеко не многие из нас, к сожалению, имеют возможность пойти и купить цемента сколько нужно, когда он требуется. Поэтому если удается его достать , то берут с запасом. А цемент хранения, особенно длительного , не любит- теряет активность.
…необходимые условия для сохранения активности цемента … Это не так уж сложно: помещение, в котором он храниться, должно быть сухим и без сквозняков. Во-вторых , мешки тщательно укутайте ( не укройте, а именно укутайте!) старой пленкой без дыр в два-три слоя. В –третьих , никогда не храните вместе цементы разных видов и марок.

О заполнителях.

Начнем с песка. В зависимости от зернового( гранулометрического) состава он разделяется на следующие группы: крупный ( модуль крупности 3,5-2,4 мм), средний ( 2,5-1,9 мм), мелкий (2,0-1,5 мм), очень мелкий ( 1,6-1,1 мм) и тонкий ( меньше 1,2 мм). Последний для бетона молопригоден.
…песок должен быть чистым, без включения в него органических останков: корней, веток и т.д., а так же кусков глины, суглинка и пыли от них. Во всяком случае, количество глинистых ( илистых) частиц в песке для обычных бетонов не должно превышать 5%. Процент загрязнения песка можно определить методом отмучивания. Для этого в поллитровую бутылку ( лучше молочную, хотя понятно, из-под пива или водки проще) следует насыпать сухой песок в объеме 200 куб.см. Затем налить воду,взболтать, отстоять в течении 1-1,5 мин и слить. И так проделать несколько раз, пока вода не станет чистой. После чего в бутылке должно остаться порядка 185-190 куб.см. песка, то есть отход составит те же 5%. Значит, такой песок годен для бетона.
Состав бетона рассчитан на сухие материалы. Поэтому при замесе необходимо учитывать влажность песка. Даже сухой на вид песок имеет влажность 1%, обычный – 5%, после дождя до 10%. Эти значения нужны для расчета состава бетона, поэтому их следует знать. При затворении бетона водой пластичность его, на которой отражается влажность, определяется на глазок, а не по осадке конуса, как делается в строительных лабораториях."
"Для бетонных работ на садовых участках мы будем брать четыре величины осадки конуса : 13-15 см такой бетон считается полулитым или очень пластичным (самовольно сползает с лопаты), 6-12 см- среднепластичным (сползает с наклонной лопаты), 3-5 см – полужестким или малопластичным ( не сползает даже с немного наклоненной лопаты) и 1-2 см – жестким или неплпстичным ( на лопате стоит бугорком). Бывает еще бетон, так называемый, литой с величиной осадки конуса 16-21 см , когда он стекает с лопаты. Такой бетон применяется только в конструкциях, очень насыщенных арматурой. Для конструкций же на садовых участках применять не рекомендуется.
Теперь перейдем к щебню, который получается дроблением горных пород. В зависимости от крупности он подразделяется на фракции : особо мелкий ( 3-10 мм), мелкий ( 10-12 мм), средний ( 20-40 мм) и крупный ( 40-70 мм). Фракции гравия примерно такие же.
В соответсвии со СНИПами величина зерен крупного заполнителя не должна превышать 1/3 наименьшего размера элемента конструкции и расстояния в свету между стержнями арматуры. Независимо от этого крупность зерен не может быть больше 150 мм. Плиты толщиной до 100мм допускается бетонировать с применением не более 25% заполнителей с наибольшей крупностью, равной толщины плиты. Таким образом , одновременно следует применять разные фракции щебня: мелкую,среднюю и крупную. Причем мелкой фракции должно быть не менее 1/3 общего объема щебня.
И ,наконец –вода, от которой зависит прочность бетона. При выборе воды следует запомнить следующие правила:
- для затворения и поливки бетона может применяться любая вода, пригодная для питья, в том числе вода, пригодная только после кипячения - промышленные, болотные, стоячные воды, содержащие жиры, растительные масла, сахар,кислоты и пр. , нельзя использовать для затворения бетона….
…- морская вода допускается для затворения бетонов на портландтовых и глинистых цементах.

Расчет состава бетона.
Он производится на основе следующих исходных данных : требуемая марка бетона, срок ее получения,необходимая подвижность ( пластичность) или удобоукладываемость смеси, вид и марка цемента, характеристика имеющихся заполнителей…Соотношения между материалами устанавливаются по весу или по объему. При этом вес (объем) цемента принимается за единицу, а количество других составляющих бетона выражается в числе веса или объема цемента.
Например , если на замес требуется 25 кг цемента (Ц), 75 кг песка (П), 125 кг щебня (Щ), то их соотношение для состава выразиться так:
25:75:125=1:3:5 ( по весу).
Количество воды обычно выражается в частях от веса цемента. Если для приведенного состава бетона требуется 12,5 л воды , то водоцементное отношение ( В/Ц ) будет выглядеть следующим образом:
В/Ц= 12,5:25=0,5.
И сходя из условий получения достаточно плотных блоков, а также экономических соображений марку цемента рекомендуется принимать выше марки бетона в 2-2,5 раза. Для бетонов высоких марок (300 и выше) это соотношение может быть снижено до 1,5 и до 1,0.
Марки цементов, предназначенные для получения обычных бетонов при нормальных условиях твердения, не должны превышать значений, определенных в табл.1
таблица 1.

марка бетона	100	150	200	250	300	400	500
марка цемента	200	300-400	400-500	400-500	400-500	500-600	500-600

Как уже говорилось, водоцементное отношение ( В/Ц ) выражает количество воды в частях от веса цемента, необходимой для получения требуемой прочности ( марки) бетона к определенному сроку его твердения ( схватывания), и находится по формулам или из опыта. В табл. 2 приведены значения В/Ц для бетона, замешанных на гравии.

таблица 2.

МАРКА ЦЕМЕНТА

СРОК ТВЕРДЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК БЕТОНА

 

за 14 суток

за 28 суток

 

	100	150	100	150	200	250	300	400
300	0.65	0.60	0.75	0.65	0.55	0.50	0.40	-
400	0.75	0.65	0.85	0.75	0.63	0.56	0.50	0.40
500	0.85	0.75	-	0.85	0.71	0.64	0.60	0.46
600	0.90	0.80	-	0.95	0.75	0.68	0.63	0.50

Примечание: если вместо гравия применяется щебень, то к найденному значению В/Ц следует прибавить 0,05.
Следующая таблица 3 потребуется нам для расчета нужного состава и получения необходимой марки, а также для определения расхода цемента и заполнителей.

таблица 3.

Пластичность бетона

Расход воды при наибольшей крупности зерен заполнителей (в л/куб.м.)

 

гравий,мм

щебень,мм

 

	10	20	40	80	10	20	40	80
Очень пластичный	215	200	185	170	230	215	200	185
Среднепластичный	205	190	175	160	220	205	190	175
Малопластичный	195	180	165	150	210	195	180	165
Непластичный	185	170	155	140	200	185	170	155

ПРИМЕР:
Пользуясь полученными знаниями и таблицами, рассмотрим пример подбора состава бетона нужной марки.
Предположим , мы имеем портландцемент марки М-400, щебень с наибольшей крупностью зерен 40 мм. Нам требуется среднепластичный бетон марки М-200.
В табл.2 находим, что отношение В/Ц = 0,63. Пересчитывая на щебень, получаем В/Ц = 0,63+0,05=0,68.

По таблице 3 определяем нужное количество воды для бетона средней пластичности с крупностью зерен щебня 40 мм- получим 190 л/ куб.м.
Таким образом, потребность в цементе будет равна:
Ц = В: В/Ц = 190: 0,68 = 279 кг/ куб.м.
Примем состав бетона 1 : 3 : 5. Следовательно, при расходе цемента 279 кг/ куб.м. песка потребуется: 279 кг/куб.м. х 3 = 837 кг/куб.м., щебня : 279 кг/куб.м. х 5= 1395 кг / куб.м.
Безусловно, методика расчета уступает по точности расчетам строительных лабораторий где-то до 10%. Для наших участковых работ предлагаемый точности определения состава бетона за глаза хватит.

Конечно, на садовых и приусадебных участках замесы кубометрами не делают, тем более вручную. Но, имея расчет на 1 куб.м., вы можете затворить бетона столько, сколько необходимо. А чтобы проще было определить количество требуемых материалов, вам следует знать, что в основной единице измерения садоводов- огородников- десятилитровом ведре- содержится:

13-15 кг цемента, в зависимости от уплотнения при засыпке;
14-17 кг песка, в зависимости от его влажности;
12-13 кг глины средней влажности;
15-17 кг щебня ( гравия), в зависимости от величины фракций;
12 кг известкового теста."


Конечно, все эти отступления скажутся на прочности бетона. Ну и что? Например, если у вас из-за всех вышеперечисленных "допусков" бетон для фундамента будет марки не М-200, а всего М-150. Конечно , разница довольно большая, но давайте посмотрим , к чему это может привести? Возьмем фундамент под деревянный садовый домик из бетонных столбиков сечением 30х30 см или площадью 900 кв.см. в минимальном количестве – шесть штук, общая площадь которых составит 5400 кв.см. При бетоне марки М-200 столбики выдержат 1080 т. Таким образом , вы можете на них свободно ставить десять с половиной паровозов "ФД" (Феликс Дзержинский), при М-150 – только восемь и одну десятую, а при М-100 – пять с четвертью паровозов. Спрашивается , на какую холеру вам нужно столько паровозов, если ваш домик со всеми "потрохами", в том числе с мышами и занавесками, весит меньше четверти одного "ФД"? Думаю, этот расчет вас убедил, что гоняться за высокими марками бетона для фундаментов- дело малоблагодарное.

Глубина промерзания грунта

Пучинистые явления - это не только большие деформации грунта, но и огромные усилия - в десятки тонн, способные привести к большим разрушениям, которых можно избежать, заложив фундамент ниже глубины промерзания грунта. Именно поэтому, перед началом строительства на пучинистых грунтах, необходимо выяснить расчетную глубину промерзания, принятую для данного региона (рис. 4.3).

Расчетная глубина промерзания принимается для наиболее холодного зимнего периода года в этом регионе, при максимальной влажности грунта и отсутствия снегового покрова.

Разумеется, реальная глубина промерзания несколько меньше, чем расчетная. Но на то она и расчетная, чтобы избежать возможных разрушений дома при самых неудачных стеченьях обстоятельств, предложенных погодой

ПРИМЕЧАНИЕ:

- при постоянном проживании грунт под домом зимой прогревается и расчетную глубину промерзания можно уменьшить на 15 - 20%;

- для мелких и пылеватых песков и супесей значение глубины промерзания следует увеличить в 1,2 раза.

Чем же обусловлено положение нижней границы промерзания? Она определяется противоборством холода, поступающего сверху, и тепла, идущего из недр земли. Если интенсивность последнего не зависит от времени года и суток, то на поступление холода сверху влияют температура воздуха и влажность грунта, толщина снегового покрова, его плотность, влажность, загрязненность и степень прогрева солнцем, застройка участка, архитектура сооружения и характер его сезонного использования (рис. 4.4).

Толстый слой снегового покрова, как одеяло, укрывает землю, и граница промерзания поднимается вверх. Днем граница промерзания выше, чем ночью. Разница особенно ощутима там, где снеговой покров мал или вовсе отсутствует, где повышенная влажность грунта. Наличие дома также влияет на глубину промерзания грунт, ведь дом является своего рода теплоизоляцией, даже если в нем и не живут. Правда, это в том случае, если окна вентиляции подпола (продухи) - закрыты на зиму.

Участок, на котором стоит дом, имеет весьма сложную картину промерзания.

Например, среднепучинистый грунт по внешнему периметру дома при промерзании на глубину 1,4 м может подняться почти на 10 см, тогда как более сухой и теплый грунт под средней частью дома останется практически на летней отметке (рис. 4.4). Кстати, холодный, но сухой грунт также не будет относиться к категории пучинистых .

Однако, реальная картина промерзания ещё более сложная. Неравномерность промерзания существует еще и по периметру дома. Ближе к весне грунт с южной стороны строения часто бывает более влажным, а слой снега над ним - более тонким, чем с северной стороны. Поэтому в отличие от северной стороны дома, грунт с южной стороны лучше прогревается днем и сильнее промерзает ночью.

Таким образом, неравномерность промерзания на участке проявляется не только в пространстве, но и во времени. Глубина промерзания подвержена сезонным и суточным изменениям в весьма больших пределах и может сильно меняться даже на небольших участках, особенно в местах застройки.

Расчищая большие площадки от снега в одном месте участка, и создавая сугробы - в другом месте, Вы существенным образом влияете на неравномерность промерзания грунта. Тогда как посадки кустарников вокруг дома задерживают снег, уменьшая в 2 - 3 раза глубину промерзания.

Расчистка дорожек от снега не идет в счет, так как они достаточно узкие и большого влияния на промерзание грунта не оказывают. Если же Вы около своего дома, с южной его стороны, решили залить каток, то можно ожидать, большую неравномерность в промерзании грунта под фундаментом дома в этой зоне.

Силы бокового сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента - другая сторона проявления пучинистых явлении . Эти силы весьма высоки и могут достигать 5...7 т на квадратный метр боковой поверхности фундамента. Эти силы достаточно велики, если поверхность столба неровная и не имеет гидроизолирующего покрытия. В таком случае на столб диаметром 25 см, заложенный на глубину 1,5 м, сила сцепления может достигнуть 8 т. Как же действуют эти силы, как проявляются они в реальной жизни фундамента?

Возьмем, для примера столб, заложенный на глубину промерзания и являющийся одной из опор легкого домика.

Ранней зимой граница промерзания начинает опускаться вниз. Мерзлый грунт схватывает верхнюю часть столба и, расширяясь, пытается его выдернуть из земли. Но вес дома и силы заделки столба в грунте не позволяют этого сделать, пока слой мерзлого грунта тонкий и площадь сцепления столба с ним - невелика. По мере продвижения границы промерзания вниз, площадь сцепления мерзлого грунта со: столбом увеличивается.

Наступает такой момент, когда силы сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента превышают и вес дома, и силы сцепления грунта с нижней частью столба (рис. 4.5). Столб начинает испытывать разрывающие нагрузки. Мерзлый грунт вытаскивает его, оставляя внизу полость, которая сразу же начинает заполняться водой и частицами глины.

За сезон на сильно пучинистых грунтах такой столб может подняться на 5 - 10 см.

Силы сцепления можно уменьшить, исключить подъем фундамента, если стенки столба выполнить ровными,этот эффект достигается с помощью технологии "ТИСЭ"  и хорошо гидроизолированными от грунта. Два - три слоя из толя или пергамина - самое надежное средство для уменьшения сил сцепления. Но, тем не менее, основное правило столбчатого фундамента: его возведение и загрузку домом выполняют -в один сезон.

Заглубленный ленточный фундамент также может подняться силами сцепления, если он не имеет гладкой боковой поверхности и не загружен сверху домом или бетонными перекрытиями.

Столб с расширением внизу (по технологии ТИСЭ) не поднимается силами сцепления (рис. 4.6). Однако если не предполагается в этот же сезон загрузить его домом, то такой столб должен иметь надежное армирование, особенно в нижней своей части. Несомненные его преимущества - высокая несущая способность и то, что его можно оставить на зиму, не загружая его сверху. Никакие силы морозного пучения не поднимут его.

Боковые силы сцепления могут сыграть невеселую шутку с застройщиками, делающими столбчатый фундамент с большим запасом по несущей способности. Лишние фундаментные столбы действительно могут оказаться лишними.

Из практики

Деревянный дом с большой застекленной верандой установили на фундаментные столбы. Глина и высокий уровень грунтовых вод требовали заложения фундамента ниже глубины промерзания. Пол широкой веранды потребовал промежуточной опоры. Почти всё было выполнено правильно. Однако за зиму пол подняло почти на 10 см (рис. 4.7). Пришлось разбирать пол, снимать опоры, усиливать балки пролета.

Причина такого разрушения понятна. Если стены дома и веранды смогли своим весом компенсировать силы сцепления фундаментных столбов с мерзлым грунтом, то легким балкам перекрытия это было не под силу.

Что же надо было сделать?

Либо существенно уменьшить количество фундаментных столбов, либо уменьшить диаметр фундаментного столба. Силы сцепления можно было бы уменьшить, обернув фундаментные столбы несколькими слоями гидроизоляции (толь, рубероид) или, создав прослойку из крупнозернистого песка вокруг столба.

Выдавливание фундамента, заложенного выше глубины промерзания, - наиболее ощутимая причина деформации и разрушения фундамента. Чем это можно объяснить? Это связано с тем, что если при действии сил сцепления столба с мерзлым грунтом подъем столба обязан сезонному движению границы промерзания, то в этом случае - суточному прохождению границы промерзания мимо нижней опорной плоскости фундамента, которое совершается значительно чаще.

Чтобы лучше понять природу этих сил, мерзлый фунт лучше представить в виде плиты. Дом или любое другое строение надежно вморожено в эту камнеподобную плиту.

Основные проявления этого процесса видны весной. У стороны дома, обращенной на юг, днем достаточно тепло (в безветрие можно даже загорать). Снеговой покров, стаял, а грунт -у влажнился весенней капелью. Темный грунт хорошо поглощает солнечные лучи и прогревается.

В звездную ночь ранней весной особенно холодно. Грунт под свесом крыши сильно промерзает. У плиты мерзлого грунта снизу возникает выступ. Этот выступ достаточно сильно уплотняет грунт под собой, за счет того, что влажный грунт при замерзании расширяется (рис. 4.8). Силы уплотнения грунта огромны.

Плита мерзлого грунта толщиной 1,5 м с размерами 10x10 м будет весить более 150 т. Примерно с таким усилием и будет уплотняться грунт под выступом. После подобного воздействия глина под выступом становится очень плотной и практически водонепроницаемой.

Наступил день. Темный грунт у дома особенно сильно прогревается солнцем. С повышением влажности увеличивается и его теплопроводность. Граница промерзания поднимается (под выступом это происходит особенно быстро). С оттаиванием грунта уменьшается и его объем, грунт под опорой разрыхляется и по мере оттаивания падает под собственным весом пластами. Образуется множество щелей в грунте, которые заполняются сверху водой и извесью глинистых частиц (рис. 4.9). Дом удерживается в грунте силами сцепления фундамента с плитой мерзлого фунта и опорой по остальному периметру дома.

С наступлением ночи полости, заполненные водой, замерзают, увеличиваясь в объеме* превращаясь в так называемые] "ледяные линзы". При амплитуде поднятия и опускания границы промерзания за одни сутки в 30 - 40 см толщина полости увеличится на 3 - 4 см. Вместе с увеличением объема линзы будет подниматься и наша опора. За несколько таких дней - ночей опора, если она не сильно загружена, поднимается порой на 10 - 15 см, как домкратом.

Возвращаясь к нашей плите, заметим, что ленточный фундамент нарушает целостность самой плиты. По боковой поверхности фундамента она разрезана, т. к. битумная обмазка, которой она покрывается, не создает хорошего сцепления фундамента с мерзлым грунтом. Плита мерзлого грунта, создавая своим выступом давление на грунт, сама начинает подниматься, а зона разлома плиты - раскрываться, заполняться влагой и частицами глины. Если лента заглублена ниже глубины промерзания, то плита поднимается, не беспокоя сам дом. Если же глубина заложения фундамента не соответствует глубине промерзания, то давление мерзлого грунта приходится и на фундамент, и тогда деформации и разрушение фундамента - неизбежны (рис. 4.10).

Интересно представить плиту мерзлого грунта, перевернув её вверх дном. Это - относительно ровная поверхность, на которой ночью в некоторых местах (где нет снега) вырастают холмы, а днем холмы превращаются в озера. Если же теперь вернуть плиту в исходное состояние, то там, где были холмы и создаются в грунте ледяные линзы. В этих местах грунт ниже глубины промерзания сильно уплотнен, а выше - наоборот разрыхлен. Это явление происходит не только на площадях застройки, но и в любом другом месте, под лесом или полем. Именно по такой схеме и возникают линзы изо льда в глинистых грунтах. Природа возникновения глинистых линз в песчаных фунтах такая же, но протекают эти процессы более продолжительное время.

Если рассмотреть поведение фундаментного столба, заложенного выше глубины промерзания, то его подъем мерзлым грунтом обусловлен тем же процессом.

До того момента, пока граница промерзания грунта не опустилась ниже опорной поверхности столба, сама опора неподвижна. Плита мерзлого грунта расширяется, но не может захватить опору из-за недостаточно высоких сил сцепления. Но как только граница промерзания опустилась ниже, "домкрат" пучинистых явлений сразу включается в работу (рис. 4.11).

При относительно большой нагрузке, приходящейся на опору фундамента, вода из-под самой опоры в процессе понижения границы промерзания выжимается сквозь тонкую структуру грунта: при высоком давлении сверху она успевает просочиться, поднятие опоры прекращается.