Морозное пучение это: Что такое морозное пучение и как оно влияет на грунт?

Содержание

Что такое морозное пучение и как оно влияет на грунт?

2 декабря 2018

время чтения 3 минуты

В нашей предыдущей статье Вы уже могли прочитать о грунтах Ленинградской области, их несущих способностях и глубине промерзания.

А в этом материале мы рассмотрим ещё один параметр, мимо которого не пройти при создании проекта фундамента — это сезонная пучинистость грунтов.

МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ

Дело здесь в том, что влага, которая находится в земле в период заморозков превращается в лёд, который имеет меньшую (в сравнении с водой) плотность, а следовательно имеет больший объём. Таким образом, замерзая на зиму вода «вспучивает» почву под основанием постройки. По весне (либо в сильную оттепель) наблюдается обратный процесс, также негативно влияющий на фундамент.

Получается, что при проведении геологических работ необходимо установить тип и характеристики почвы, в том числе и для того, чтобы понять его пучинистость. Здесь всё просто: чем больше влаги содержится в почве, тем сильнее её вспучит в холодный сезон.

Величину морозного пучения грунта (сезонное изменение объёмов) можно вычислить по следующей формуле:

E = (H – h) / h

В формуле используются следующие параметры:

  • E — величина пучинистости;
  • H — высота промёрзшего грунта;
  • h — его высота до замерзания.

Пучинистый грунт – это та почва, у которой результат по формуле будет выше 0,01. Другими словами, у пучинистого грунта при точке промерзания в 1 м объём увеличивается более чем на 1 см.

ФУНДАМЕНТ НА ГЛИНИСТЫХ ПОЧВАХ

Особенно подвержены такой зимней деформации глины, супеси и суглинки. Глина принимает в себя много воды, не давая ей уходить ниже в землю, за счёт большого количества пор, которых нет у песка.

Следовательно: чем выше содержание глины, тем сильнее её вспучит в холода. Силы пучения могут оказывать столь заметное влияние, что возведение основания дома на подобных участках следует осуществлять исключительно принимая должные меры предосторожности.

Существует три способа решить эту задачу. Наиболее простой — заложить фундамент ниже точки промерзания почвы. Тогда силы пучения не повлияют сколько-нибудь заметным образом на основание, а давление на боковые поверхности значительно уменьшится.

Другой вариант — смена грунта на участке на непучинистый гравелистый или песок крупной фракции. В таком случае роется котлован глубиной ниже точки промерзания, пучинистый грунт устраняют, а на его место засыпают и утрамбовывают песок, который послужит хорошим основанием для устройства основания.

Тяжёлый монолитный или кирпичный дом обладает достаточным весом, для того, чтобы уравновесить действие сил пучения. Таким образом, заложение основания ниже глубины промерзания выполняется в случаях именно с такими массивными домами. А вот для лёгких деревянных домов, выстроенных на фундаменте мелкого заложения больше подходит третий вариант — утепление. Метод состоит в недопущении замерзания влаги в почве. Слой утеплителя укладывается вокруг основания таким образом, чтобы почва не испытывал промерзания.

Полоса утеплителя в этом случае должна быть соответствующей ширины. Полутраметровое промерзание почвы зимой диктует устройство полосы шириной в 1,5 м. Расчёт толщины такой полосы производится исходя из теплоизоляционных свойств утеплителя и климатических влияний.

 

ДРЕНАЖ ФУНДАМЕНТА

Ещё один метод борьбы с пучинистостью — отвод воды, содержащейся в грунте. В этом случае по периметру осуществляется устройство дренажной системы: на расстоянии в 50 см от фундамента роется канава на глубину заложения, в неё под уклон укладывается, а затем и засыпается песком крупной фракции или гравием перфорированная труба, завёрнутая в фильтрующую ткань.

Таким образом, вода, что содержится в грунтах, будет отводиться в дренажный колодец через дренажную трубу. Естественный отвод воды возможен при наличии на участке перепада высот. Для отвода воды после осадков вокруг основания осуществляется устройство отмостки и ливневой канализации.

 

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ УЧАСТКА

Для точного определения характеристик почвы Вашего участка и учёта всех необходимых нюансов — рекомендуем обратиться в строительную компанию «Фундамент-СПб».

Перейдя в раздел «Наши работы» Вы сможете убедиться, что мы обладаем опытом возведения разных конструкций фундаментов в различных районах Ленинградской области, на участках с различными грунтами.

Задать вопрос

Морозное пучение грунта и его влияние на фундамент

Особенности морозного пучения грунта

Пучение грунта – это очень сложное и в последствии приводящее к всевозможным последствиям. Если пренебречь данным явлением, то можно не избежать различного вида проблем. Например, чаще всего в таких случаях при замерзании грунта «поднимается» фундамент вместе с легким зданием, а при оттаивании грунта – опускаются. Неравномерность оттаивания и замерзания грунта приводит в аварийное состояние постройку, а иногда способствует и полному разрушению.

Все мы помним из школьного курса физики, что при замерзании вода имеет больший объем. Тем самым она, замерзая, расширяет и даже разрывает трубопроводы или сосуды.
С грунтом происходит в точности такая же картина. В грунте имеется влага, которая при отрицательной температуре замерзает и увеличивается в объеме. Таким образом, происходит поднятие грунта. Здесь можно сделать простой вывод: чем больше влаги в земле, тем больше при замерзании она увеличивается в объеме и, следовательно, сильнее поднимается грунт.

Если грунт пористый на участке, то явление пучения грунта заметно меньше. Это в результате того, что при замерзании грунт заполняет пустоты пор. А при очень пористом грунте вероятность пучения грунта сводится на нет.

Грунт всегда промерзает постепенно, начиная сверху, с поверхности земли. Замерзая, грунт начинает вытеснять присутствующую влагу, которая уходит все ниже и ниже через поры. Опять же, если грунт пористый, то влага с легкостью и беспрепятственно уходит, и пучения грунта не происходит. Участки с глиной очень плохо пропускают жидкость. Влага здесь не уходит вниз и провоцирует пучение грунта.

Виды сил морозного пучения

Сила, с которой действует грунт при пучении на фундамент, всегда различна. Но совсем не обращать на такое явление не стоит. Все силы морозного пучения можно поделить на два вида:

  • касательные силы
  • вертикальные силы

При касательной силе, грунт, примерзая к боковым стенкам фундамента, поднимает фундамент с помощью боковых трений. Грунт кроме поднятия фундамента, также расслаивает его на части. Сила при этом может достигать огромной величины – до 7т на один квадратный метр фундамента.

В случае вертикальной силы грунт как бы поднимает фундамент из земли, подталкивая его снизу.
Такие ситуации частенько возникают, когда люди хотят сэкономить денег, удешевив процесс строительства, и от фундамента заглубленного ниже уровня промерзания грунта. Тем самым усложняют свое положение.

Влияние морозного пучения грунта на фундампент

Именно из-за морозного пучения грунта в нашей стране не подходит облегченный фундамент Западных стран. В России другие климатические условия, более тяжелые, не такие как, например, в Германии или Италии. У нас грунт промерзает на глубину 1,5 метра.

Очень опасен процесс морозного пучения грунта при неравномерном вспучивании грунта. За несколько лет фундамент несколько раз поднимается и опускается. Происходит из-за перекоса фундамента. Стены дома тоже от этого страдают, они могут перекоситься или вовсе деформироваться, теряя свою функциональность и прочность. В последствии это дом становится просто аварийным.

Очень сильно сказываются силы морозного пучения грунта на монолитных ленточных фундаментах, бутобетонных, с отсутствием каркаса из арматуры. Большая опасность возникает и зданий, построенных на участках, где уровень грунтовых вод располагается выше уровня промерзания самого грунта. Так как влаги в земле содержится в изобилии, то это увеличивает морозное пучение в несколько раз. А сила пучения, как не печально, огромна и разрушительна.

Конечно, для домов из кирпича сила морозного пучения не столь опасна, как для деревянных и облегченных домов. Если тяжесть всей конструкции больше силы морозного пучения, направленной на фундамент, то фундамент не поднимается. Но обольщаться не стоит, когда вес конструкции здания не способен скомпенсировать силу морозного пучения.

Вспучивание грунта происходит неравномерно не только из-за влажности, присутствующей в земле. Нередко все дело в том, что грунт не промерзает под домом, а силы морозного пучения не действуют на внутренние стенки фундамента. Стенки фундамента снаружи находятся под действием силы морозного пучения, и при поднятии здание легко деформируется. Эта ситуация рассматривается только с теми домами, которые в зимний период прогреваются.

Однако и наружные станки фундамента подвергаются неравномерной нагрузке. Как обычно на южной стороне снег у дома тает быстрее, воды от этого становится много. Днем вода накапливается, а ночью – замерзает. Фундамент на южной стороне дома испытывает на себе поочередные силы пучения. На северной стороне дома оттаивание происходит намного медленнее, и фундамент испытывает постоянную силу пучения. Таким образом, в результате неравномерности действия сил пучения, возникают трещины, деформации и разрушения.

Все грунты на дачных участках можно элементарно условно разделить на пучинистые и непучинистые.

Пучинистые грунты включают в себя: глину, крупномоноблочные и песчаные пылеватые (глиняный наполнитель более 15 %). Но и чистый песок, который относится к непучинистому грунту, при некоторых условиях может вспучится. Это, например, когда песок заключен в глиняный замок. Здесь верхние слои при замерзании не пропускают воду ниже, поэтому она поднимаются наверх.

Защита фундамента от промерзания грунта

Грунт защищают от промерзания покрытием теплоизоляционным материалом, большим количеством снежного покрова. Теплоизоляционный материал располагают по всему периметру дома. Материал для теплоизоляции используется самый элементарный – опилки, солома, листья, сухой торф и т. п.

Вывод: долговечность любой конструкции прямо зависит от влияния силы морозного пучения.

Меры борьбы с морозным пучением — SGround.ru

Описание основных мер защиты от пучения

Оглавление

  1. Актуальность проблемы
  2. Основные направления по предотвращению воздействия пучения на фундаменты
  3. Методы устранения пучинистых свойств грунта
  4. Методы уменьшения влажности грунта в зоне промерзания
  5. Методы уменьшения глубины промерзания грунта
  6. Применение покрытий боковой поверхности фундаментов
  7. Применение фундаментов с уширением в нижней части и удлиненных свай
  8. Применение обратного уклона боковых граней в зоне промерзания, особой формы свай и конструкций типа «труба в трубе»
  9. Заключение
  10. Связанные статьи

1. Актуальность проблемы

Морозное пучение один из наиболее опасных и непредсказуемых факторов воздействия на фундамент. Действие морозного пучения грунтов и выпучивание фундаментов ухудшает условия эксплуатации и укорачивает сроки службы зданий и сооружений, вызывает их повреждения и деформации.

Это приводит к большим затратам на ремонт повреждений и неудобствам в эксплуатации (перекошенные и заклинивающие двери и ворота, лопнувшие стекла в окнах, трещины в стенах и фундаментах, разрушение крылец и др.).

Если грунты в основании сооружения пучинистые, а мероприятия по предотвращению воздействия морозного пучения на фундамент не были предусмотрены или были выбраны неверно, то сооружение обречено на постепенное снижение своих эксплуатационных характеристик, вплоть до разрушения. Бороться с морозным пучением, которое уже воздействует на фундаменты очень сложно.

Сваи под опору ЛЭП, изначально погруженные до одинаковых отметок с годами оказались неравномерно выпучены

О проблемах морозного пучения смотрите так же статьи Что такое пучинистые грунты и Физика процесса пучения.

В этой статье будут рассмотрены основные меры по предотвращению воздействия на фундамент морозного пучения, без погружения в расчеты.

О расчетах фундаментов на воздействие пучения будет написана отдельная статья.

2. Основные

направления по предотвращению воздействия пучения на фундаменты
  • Первое направление – воздействие на грунты в зоне промерзания и их характеристики с целью уменьшения или исключения их пучинистых свойств.

Явление морозного пучения имеет место при единовременном наличии нескольких условий – грунт должен быть пучинистым, должна быть отрицательная температура и определенная влажность грунта. Если одно из этих условий отсутствует, то пучения не будет. Исходя из этого основные методы воздействия на грунт основания делятся на:

  1. Методы, связанные с устранением свойств пучинистости грунта. Сюда относят замену грунта на непучинистый, введение в грунт противопучинистых добавок, введение веществ, снижающих температуру замерзания грунта, уплотнение и изменение структуры грунта.
  2. Методы, направленные на снижение влажности грунта. К таким методам относятся например выполнение дренажа, искусственное снижение уровня грунтовых вод, подъем участка строительства за счет отсыпки грунтом (вертикальная планировка), обеспечение естественного стока атмосферных вод и др.
  3. Методы, направленные на недопущение замерзания грунта или уменьшения глубины промерзания. К таким относятся, например, утепление грунта вблизи фундаментов отапливаемых сооружений, искусственный подогрев грунта коммуникациями, выделяющими тепло, или греющим кабелем.

 

  • Второе направление — приспособление фундамента и сооружения в целом к восприятию усилий от морозного пучения или снижение смерзания грунта и фундамента. Это направление в основном предусматривает решения по модификации фундаментов и несущих конструкций.

Это направление применяется, когда гарантированно устранить пучинистость грунта не представляется возможным или слишком дорого. Тогда специальными мерами добиваются такого состояния: грунт возле фундамента при промерзании вспучивается, но это не оказывает влияния на фундаменты. К таким мерам относят:

  1. Правильный выбор глубины заложения фундаментов для исключения воздействия лобовых сил морозного пучения, т. к. эти силы имеют огромные величины и бороться с ними очень тяжело (по крайней мере в малоэтажном строительстве). Для этого необходимо чтобы подошва фундамента находилась ниже глубины промерзания. Эта мера обязательна всегда кроме случая с малозаглубленными фундаментами, которые изначально предполагают воздействие на них лобовых сил пучения.
Схема воздействия лобовых сил морозного пучения. Слева с изгибом мерзлого грунта, справа с изломом (быстрое замораживание)
  1. Конструктивные меры – уменьшение сечения фундамента в пределах промерзающего слоя, применение обратного уклона боковых граней фундамента, увеличения расстояния между фундаментами для увеличения нагрузки на них и др;
  2. Применение покрытий боковой поверхности свай и столбчатых фундаментов (окраска, обмазка, оболочки), снижающих силы смерзания с грунтом в пределах промерзающего слоя; Поднимающиеся от пучения грунты просто будут проскальзывать вдоль сваи, не воздействуя на нее;
  3. Применение винтовых свай и свай с уширением в нижней части (сваи РИТ, буронабивные сваи с камуфлетной пятой и др. ), грибовидных фундаментов и фундаментов с развитой подошвой для создания большого сопротивления выдергиванию; Поднимающиеся от пучения грунты тянут фундамент вверх, но удерживающая сила больше выпучивающей, поэтому перемещения фундамента не происходит;
  4. Увеличение длины сваи или глубины фундамента из расчета на морозное пучение (так чтобы сила, удерживающая сваю от выпучивания, была больше силы морозного пучения) без создания уширения в нижней части.

Иногда в малоэтажном строительстве имеет смысл делать незаглубленные или малозаглубленные фундаменты, заранее полагая что они будут подвержены пучению, и рассчитывать их на восприятие соответствующих усилий. Этот подход неоднозначный и применим далеко не всегда. Отдельно читайте о малозаглубленных фундаментах в статье.

При применении любых конструктивных методов следует учитывать что если всё сделано верно то подъем поверхности грнута за счет пучения все равно будет как и раньше, просто фундаменты при этом не будут смещены. Поэтому необходимо оставлять зазоры до ростверков, стен и др. чтобы при подъеме поверхности грунта она не достигала их и не оказывала негативного воздействия.

Касательно выбора глубины заложения фундаментов для исключения воздействия лобовых сил морозного пучения читайте эту статью.

Далее рассмотрим более подробно отдельные методы борьбы с пучением:

3. Методы устранения пучинистых свойств грунта

  1. Самый простой и надежный метод исключения свойства пучинистости это замена пучинистого грунта на гарантированно непучинистый – песок средний, крупный или гравелистый (или щебень/гравий). При этом в песчаных и щебенистых грунтах не должно быть примесей глинистых частиц более 15% и желательно обеспечить защиту от заиливания глинистым грунтом разделив слои геотекстильными материалами.
Засыпка пазух с заменой грунта на непучинистый

При этом следует учитывать, что ширина пазухи котлована, заполняемой непучинистым грунтов должна быть не менее: 0,2 м при глубине промерзания df равной 1,0…1,5м; не менее 0,3 м при глубине промерзания df равной 1,5…2,0м; пазухи должны быть шириной не менее 0,5 м при глубине промерзания до 2,5 м.

Желательно обеспечить отвод воды из непучинистого дренирующего грунта и перекрыть поверхность засыпки водонепроницаемой отмосткой.

Для свай пазуха образуется выполнением лидерной скважины большого диаметра на глубину сезонного промерзания грунта. Стойки в грунте устанавливаются в сверленые котлованы большого диаметра с последующей засыпкой пазух песком или песчано-гравийной смесью (ПГС).

  1. Введение в грунт противопучинистых добавок:

— Засаливание грунта. Временная мера, например на период строительтсва. Выполняется технической поваренной солью или хлористым калием. Расход около 30 кг на 1 м3 грунта. Вводится перемешиванием с грунтом обратной засыпки слоями около 10 см. Засоляется грунт с глубины 0,5 м до глубины 1,0 м. Засаливание может негативно сказаться на долговечности материала фундамента.(п. 5.1 Руководства)

— Обработка грунта нефтяным раствором. Выполняется для слоя грунта толщиной 5-10 см. на контакте с фундаментом. Состав раствора – диз. топливо 54%, высокоокисленный битум – 20%, окись кальция 20%, НЧК (алкиларилсульфонат) – 4% и вода 2% по массе. (п. 5.2 Руководства)

Обработка грунта выполняется перемешиванием его с нефтяным раствором в количестве 5-10% раствора от веса сухого грунта. Контактный слой устраивается при обратной засыпке пазух котлована. (необходимо соблюдать экологические нормы).

Исследованы так же варианты введения криотропных полимерных добавок в грунт – полимерные гели с верхней критической температурой растворения (описано в научной статье). Результаты получили замечательные, правда о сути материала и способе его введения информации почти нет.

4. Методы уменьшения влажности грунта в зоне промерзания

Основная причина пучения грунта – наличие в нем воды, переходящей в лед при промерзании, поэтому осушение грунтов с удалением из них воды являются наиболее эффективными.

Сюда входят следующие меры:

  • устройство постоянного дренажа поверхностных атмосферных вод;
  • вертикальная планировка с уклоном не менее 5% для отвода поверхностных вод;
  • подъем отметок планировки насыпью непучинистым грунтом из расчета обеспечения необходимого расстояния до максимального уровня грунтовых вод;
  • постоянное водопонижение;
  • водонепроницаемые отмостки по периметру зданий и сооружений шириной не менее 1,0 метра;
  • тщательное уплотнение обратных засыпок;
  • специальные меры по предотвращению замачивания грунтов при прорыве водонесущих коммуникаций;
  • удаленность от источников увлажнения не менее 20 м (колонки водоснабжения, места мойки машин и др.
    ).
Фото: фрагмент системы дренажа

Инженерно-мелиоративные меры (дренаж и водопонижение, отвод поверхностных вод) являются коренными если они обеспечивают осушение грунтов в зоне сезонного промерзания и на глубину 2-3 метра ниже нее. Однако очень часто обеспечить такое снижение уровня грунтовых вод не представляется возможным или слишком дорого, тогда эти меры применяются в сочетании с другими для уменьшения деформации грунта при промерзании.

5. Методы уменьшения глубины промерзания грунта

Сюда следует отнести следующие теплоизоляционные мероприятия:

— Временное утепление поверхности грунта природными материалами (торф, снег, опилки, солома) на период строительства, или постоянное утепление материалами типа пенополистирол, керамзит, шлак и др направлено на уменьшение глубины промерзания грунта или его исключение. Наиболее эффективно при утеплении грунта вблизи фундаментов отапливаемых зданий с подвалом или полами по грунту – утеплитель укладывается под отмостку и смещает зону промерзания грунта наружу от фундаментов, обеспечивая их защиту.

Схема распределения температур в грунте. Справа градиент температур при наличии утеплителя под отмосткой, слева — без утеплителя

Предпочтение следует отдавать материалам, не теряющих своих свойств при воздействии влаги, т.к. в осенний период перед замерзанием зачастую происходит водонасыщение утепляющего слоя. Наиболее эффективным является экструдированный пенополистирол. Возможно так же применение для отмостки керамзитобетона, полистиролбетона и др. с защитой поверхности от разрушения.

Глубина промерзания грунта, мРазмеры отмостки из керамзитобетона 800-1000 кг/м3, м
толщинаширина
До 1,00,150,7
1,50,21,0
2 и более0,31,5

Источник — Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах НИИОСП им. Н.М. Герсеванова 1979 г.

Фото: отмостка с утепелнием

 

6.

Применение покрытий боковой поверхности фундаментов

Эти методы применяются, когда гарантированно устранить пучинистость грунта не представляется возможным или слишком дорого.

Боковая поверхность сваи или фундамента в зоне промерзания для уменьшения касательных сил пучения должна быть гладкой настолько, насколько это возможно. Наличие выступов и шероховатостей резко увеличат касательные силы морозного пучения.

Для дальнейшего уменьшения сил смерзания грунта с фундаментом применяют лакокрасочные, обмазочные, или ленточно-листовые покрытия.

По имеющимся экспериментальным данным большинство лакокрасочных покрытий на бетонной или стальной поверхности значительно снижает силы смерзания с грунтом, какие-то сильнее, какие-то меньше. Есть шероховатые ЛКП которые увеличивают силы смерзания грунта с поверхностью конструкции (например «Цинотан» и «Ферротан» дают сильно шероховатые поверхности). Однако большинство покрытий не обладает достаточной долговечностью при применении именно для снижения касательных сил морозного пучения. Происходит это не только из-за воздействия атмосферных осадков и агрессивности грунта и грунтовых вод, но и из-за механического повреждения поверхности при смещении промерзающего грунта относительно фундамента. К этому в последствии добавляется расклинивающее действие кристаллов льда, проникающих в дефекты покрытия и ускоряющих его разрушение.

По покрытию поверхностей фундамента битумными мастиками см. рекомендации в п. 5.3 Руководства

Сейчас некоторые производители ЛКП заказывают испытания на снижение касательных сил пучения и указывают полученные данные в паспортах – можно попробовать поискать информацию.

«Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических эмалей» НИИОСП имени Н.М. Герсеванова 1980 г рекомендуют применение покрытий боковой поверхности фундамента пластичной смазкой или кремнийорганической эмалью, или и тем и тем вместе.

Смазки уменьшают удельные касательные силы выпучивания на 50-60%, эмали — на 25-40%. Смазки предлагают применять типа БАМ-3 или БАМ-4, защищаемые полимерными пленками, и кремнийогранические  эмали КО-11112 или КО-174.

Фото: свая с покрытием кремнийогранической эмалью в верхней части (в зоне промерзания)

Подробное описание методов, технологий, выбор материалов, описание эффективности методов смотрите в самих рекомендациях.

Из своего опыта могу сказать, что метод со смазками хоть и дает хорошие результаты, и это подтверждено экспериментально, но на практике практически не применяется из-за сложно технологии, требующей аккуратности и ответственности, которой у застройщика как правило нет. А вот эмали КО применяю часто, они очень удобны в работе и достаточно эффективны.

Разработаны так же термоусаживаемые оболочки из сшитого полиэтилена. Оболочка прошла всестороннее испытания на морозное пучение, сваи с такой оболочкой даже испытывали в полевых условиях. Рекомендованы к применению при строительстве объектов ПАО «Газпром». Согласно данным испытаний снижают касательные силы морозного пучения на 58% (коэффициент кτfh по СП 25. 13330.2012 равен 0,42).

Фото: сваи с покрытием термоусаживаемой оболочкой из полимерного материала

В целом можно уверенно говорить, что даже покрытие боковых поверхностей фундаментов битумной мастикой снижает силы смерзания с грунтом, однако нет данных о том насколько именно снижает и насколько долговечна такая мера.

7. Применение фундаментов с уширением в нижней части и удлиненных свай

Очень эффективная мера по предотвращению выпучивания фундаментов – это устройство уширения фундамента в нижней части.

К фундаментам с уширением относятся: грибовидные фундаменты, винтовые сваи, сваи с камуфлетной пятой и сваи РИТ (разрядно-импульсная технология), фундаменты ТИСЭ, столбчатые фундаменты с развитой подошвой и др.

Фундаменты по технологии ТИСЭ с уширением в нижней части

Верхняя поверхность уширения должна находиться ниже максимальной расчетной глубины промерзания, тогда несущая способность фундамента при расчете на морозное пучение резко увеличивается. Кроме того, необходимо стремиться к уменьшения поперечного сечения (если быть точнее – площади поверхности) фундамента в верхней части – в пределах глубины промерзания.

Схема: к расчету анкерного фундамента на морозное пучение

Как видно из расчетной схемы при наличии уширения в нижней части фундамента оно работает как анкерная плита, не давая выдернуть фундамент из земли, а в самом фундаменте возникают большие растягивающие усилия. Чтобы снизить негативные эффекты полезно дополнять решения обработкой боковых поверхностей фундамента в зоне промерзания покрытиями, снижающими силы смерзания с грунтом.

Так же для свайных фундаментов возможен вариант удлинения из расчета на морозное пучение – длину увеличивают только для восприятия касательных сил морозного выпучивания, несмотря на то что для восприятия нагрузок от самого сооружения достаточно и меньшей длины сваи. Этот метод как правило экономически не обоснован и может применяться только как часть комплекса мер.

8. Применение обратного уклона боковых граней в зоне промерзания, особой формы свай и конструкций типа «труба в трубе»

Уклон граней:

Фото: фундаменты с обратным уклоном боковых граней

Согласно экспериментальным данным обратный уклон боковых граней фундамента под углом в 1,5° к вертикали в пределах глубины промерзания грунта снижает касательные силы морозного пучения почти в 2 раза. Обусловлено это тем что поверхность смерзания начинает работать не только на сдвиг, а в значительной степени и на отрыв, а на отрыв прочность смерзания меньше, при этом снижается так же механическое трение. Теоретическое расчетное обоснование такого мероприятия в борьбе с пучением приведено в статье – тут речь идет о двуконусных сваях, кстати очень интересный вариант решения для свай, работающих только на сжатие.

Особые формы фундаментов: двуконусные сваи упоминались чуть выше по тексту, применяют так жесваи открытого сечения, такие как крестовые и двутвровые сечения, однако применение их не совсем стандартное – крестовые сваи применяют в районах распространения вечной мерзлоты т.к. из-за их малого поперечного сечения они могут быть погружены в мерзлый грунт забивкой без лидерной скважины. При этом погружают их так чтобы верх сваи оказался ниже глубины промерзания (лидер большого сечения на глубину оттаивания) так чтобы морозное пучение на них вообще не действовало. И используют в основном как анкерные сваи для усиления фундаментов, которые уже оказались аварийными из-за выпучивания– цепляют к ним при помощи мощных тяжей усиливаемые сваи чтобы увеличить удерживающую силу. Мера эта правда не всегда работает из-за больших усилий выпучивания – отрываются довольно мощные крепежные детали и элементы.

Схема анкеровки сваи при помощи анкерных свай открытого сечения

Есть разработки многогранных свай с уклоном граней в верхней части и прямолинейные в нижней части. Практического применения пока не встречал, но теоретически конструкция хорошая.

СХЕМА СВАЯ С УКЛОНОМ ГРАНЕЙ

Встречаются так же противопучинные оболочки типа «труба в трубе» — на глубину промерзания устанавливается труба большого сечения и из нее извлекается грунт. Далее на проектную глубину погружается основная свая, а зазор между ней и внешней сваей заполняется непучинистым материалом. Таким образом пучение воздействует только на внешнюю трубу.

9. Заключение

Из мер по снижению касательных сил выпучивания основными (наиболее надежными) являются воздействие на грунт и его характеристики для предотвращения проявления его пучинистых свойств или их полного исключения (замена грунта на непучинистый, снижение влажности грунта, введение противопучинных добавок, недопущение замерзания грунта и др. ). Часто полностью гарантированно исключить пучинистые свойства грунта невозможно поэтому такие мероприятия являются частью комплекса мер.

Далее следуют меры по приспособлению фундаментов к воздействию морозного пучения за счет снижения сил смерзания боковых поверхностей фундамента с грунтом (применение покрытий боковых граней фундамента, обратный уклон граней фундамента, уменьшение сечения фундамента в пределах глубины промерзания) или увеличения удерживающих фундамент сил (фундаменты с уширением в нижней части, удлиненные сваи из расчета на пучение).

Любое покрытие боковых поверхностей фундаментов, даже покрытие битумной мастикой снижает силы смерзания с грунтом.

Для достижения наилучшего результата в деле защиты фундаментов от выпучивания следует использовать комплекс мер на основе технико-экономического сравнения вариантов.

10. Связанные статьи

Морозное пучение грунта | PoweredHouse

Морозное (криогенное) пучение — это процесс, вызванный промерзанием грунта, миграцией влаги, образованием ледяных прослоев, деформацией скелета грунта, приводящих к увеличению объема грунта и поднятию его поверхности.

Основные факторы влияющие на силу пучения:

  • Насыщенность водой. Чем выше уровень грунтовых вод на участке, тем более сильно проявляет себя пучение. Необходимо понижать уровень грунтовых вод если это возможно.
  • Количество осадков.
  • Глубина залегания подземных вод.
  • Температура и длительность заморозков.
  • Важно учитывать глубину промерзания грунта, которая во всех регионах разная.
  • Влажность воздуха.
  • Рельеф участка.
  • Тип грунта на участке. Это немаловажный фактор, так как сила морозного давления зависит от состава почвы и ее способности удерживать влагу.

Подвижки вызванные пучением могут негативно воздействовать на целостность дома, в частности — на фундамент. Поэтому перед началом строительства нужно провести геологические изыскания и проанализировать данные о типе грунта, уровне грунтовых вод (УГВ). Лишь после этого можно переходить к проектированию дома.

Вода, которая содержится в промежутках между частицами грунта в зимний период начинает замерзать. И если расстояние между этими частицами имеет значительное расстояние чтобы разместить увеличенный объем замерзшей жидкости, то пучения может и не быть. В противном случае давление грунта будет проявляться в виде подвижек слоев. При этом давление в горизонтальной плоскости будет компенсироваться соседними зонами, а давление вниз будет встречать на своем пути сопротивление от более плотных земляных масс. В результате грунт выталкивается вверх. И чем больше глубина промерзания в конкретном регионе, тем более критичным будет это воздействие.

Схематически воздействие выталкивающих сил на основание дома представлено в следующей таблице:

Читайте также:

Фундамент из покрышек, плюсы и минусы

Расчет нагрузок на фундамент, который поставил в тупик

Расчет нагрузок на фундамент

5 ошибок при строительстве отмостки

Должен ли фундамент быть глубже, чем точка промерзания грунта?

Деформации и разрушение фундаментов.

Морозное пучение грунтов

Уже наступила осень, пришли первые холода, а с ними и характерные для низких температур опасности для строений. И одному из таких вопросов и посвящена данная статья – это морозное пучение грунтов.

Наличие воды в грунте обуславливает его увеличение в объеме при промерзании. Это явление называется морозным пучением грунта.  В зависимости от типа грунта и глубины промерзания, его увеличение в объеме может быть значительным. Так, глинистые грунты при глубине промерзания 1,4 м, соответствующей Московской области,  могут увеличиться в объеме на 10 – 15%, а это соответствует подъему верхней точки отметки земли на 15 – 20 см. Морозному пучению подвержены такие типы грунтов, которые хуже отдают (отжимают) воду при промерзании — это прежде всего глины, суглинки и пылеватые пески.  Более 80% территории Московской области представлены грунтами, подверженными морозному пучению, поэтому не учитывать это явление при строительстве фундаментов в Московской области просто недопустимо.

Чем опасно морозное пучение грунта?

Если при осадке здания после строительства сооружение опускается вниз, то при промерзании грунта, здание может подниматься вверх (в зависимости от степени пучинистости грунта, типа и глубины залегания фундамента) и может доходить до 20 см выше уровня первоначальной отметки. Процесс пучения и поднятия фундамента неравномерен по всем сторонам и углам строения. Наиболее явно перекосы проявляются между:

  • северной и южной стороной здания;
  • солнечной стороной и находящейся в тени;
  • более насыщенной стороны водой — водосток или низина и приподнятой:
  • более заснеженной частью по сравнению с оголенными от снега участками.

Весной, при оттаивании почвы, происходит обратное явление и возвращение уровня грунта на первоначальную отметку. Этот процесс происходит с еще большей степенью неравномерности, чем поднятие грунта при пучении.

Действие сил морозного пучения грунтов приводит к периодичному выпучиванию фундаментов и приводит к повреждениям и деформациям зданий, а также значительно снижает их срок службы.

Процесс поднятия и опускания грунта замечает практически каждый дачник по перекошенным воротам забора после зимы. Дело в том, что столбы-опоры ворот или забора поднимаются при промерзании грунта и частично опускаются при оттаивании. Вследствие неравномерности этого процесса, можно наблюдать перекосы. Чтобы устранить этот эффект, необходимо забивать опоры обратно до первоначального уровня. Подобным образом происходит и неравномерный подъем и опускание фундамента дома. Этот процесс повторяется каждый год. Как и в случае осадки здания, после строительства, важно, чтобы разница в изменении уровня различных частей дома была не выше критической для соответствующего типа дома. Как было отмечено выше, для кирпичного дома, она должна быть не более 1,5 см при длине стены 15 м

Неравномерность промерзания грунта под фундаментом:

  1. — фундаментная плита
  2. — расчетная глубина промерзания
  3. — дневная граница промерзания
  4. — ночная граница промерзания

Основные часто встречающиеся разрушения фундаментов и конструкций от действия сил морозного пучения обусловлены следующими факторами:

  • составом грунтов в слое сезонного промерзания;
  • уровнем грунтовых вод;
  • конструктивными особенностями фундаментов и строения;
  • отапливаемости подвала строения и влияния на глубину промерзания грунта;
  • эффективностью применяемых мероприятий против действия сил морозного выпучивания фундаментов;
  • условиями строительных работ по нулевому циклу

Чаще всего перечисленные факторы суммарно воздействуют на строение, что вызывает трудность в определении действительной причины разрушения здания.

Под наружными и внутренними несущими стенами происходит образование сквозных трещин вследствие  неравномерного оттаивания грунтов. Такие трещины расширяются и могут доходить до нескольких сантиметров вверху, а у наружных несущих стен часто наблюдается отклонение верхней части в направлении от здания.

Такие деформации чаще образуются вследствие промерзания грунта с января по март, в случае если фундаменты наружных несущих стен заложены на требуемую глубину сезонного промерзания грунта и мелко — под внутренние стены (половину или треть от глубины сезонного промерзания грунтов).

При промерзании грунта под подошвой фундамента (нормальные силы морозного пучения), наблюдается появление расширяющихся кверху сквозных трещин, с отклонением верха наружных стен от вертикали. Степень отклонения наружных несущих стен зависит от того, насколько поднята внутренняя каменная стена и ширина раскрытой трещины  верхней части внутренней стены.

Существует несколько вариантов конструкций фундаментов для предотвращения разрушения фундамента от действий сил морозного пучения грунта. Это может быть заглубление фундамента ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта, опирание здания на сваи с зазором между верхней точкой грунта и нижней частью строения, выбор фундамента плиты и прочее. Те либо иные оптимальные методы устранения риска возникновения разрушений вследствие пучения грунтов, применяются на основании конкретных условий грунта и специфики строения строительными специалистами. Поэтому, будьте внимательны при выборе компании-застройщика Вашего дома.

СИЛЫ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ | КРУТО СДЕЛАЛ

Содержание статьи:

 

 С проявлением силы морозного пучения мы сталкиваемся зимой. После окончания зимы последствиями  действия сил морозного пучения становятся механические  повреждения и деформации строений, особенно  это проявляется среди строений частных домов.  Кто из нас  не замечал, что с наступлением холодов  вдруг перестаёт закрываться  входная  дверь, между ступенями крыльца и цоколем дома образовалась щель в несколько сантиметров,  разбежались в сторону двери ворот, на асфальтированной площадке  появились волны, вздутия, трещины, в не отапливаемом доме вдруг поднялся пол и т. д.  Все эти явления — действие сил морозного пучения.

Механизм действия  силы морозного пучения.

Хорошо, когда  при строительстве вы  это предусмотрели   и приняли  необходимые меры по предотвращению промерзания. А если нет?  Ничего страшного, зная механизм этих явлений и следуя некоторым правилам можно значительно уменьшить или даже избежать влияния  сил морозного пучения.

 Из личного опыта знаю, наиболее подвержен пучению  грунт, находящийся во влажном состоянии или с высоким (близким к поверхности земли) расположением грунтовых вод такие грунты называют пучинистыми. Снег-это природная защита грунта от промерзания, убирая его с поверхности, мы пускаем  холод в землю.  В грунте содержаться капли влаги, которые замерзая, образуют линзы льда, лед расширяется и увеличивает в объеме грунт — это вызывает вспучивание грунта, образование волн, трещин, причем силы эти настолько сильны, что, вполне могут выдавливать из земли или ломать тяжелые  монолитные конструкции.

 

На (рис.  1) видно, как на промёрзшем участке   поднимается  грунт  и образуется  линза вспученного грунта. Весной, после оттаивания, эта выпуклость останется  в таком виде, практически  не изменившись.  Особенно это будет заметно на асфальтобетонном или выложенном брусчаткой покрытии,  а если площадка цементобетонная, то помимо образования трещин возможно поднятие плит по границам разломов с образованием ступеней.

Как сделать морозное пучение менее пагубным.

Для асфальтобетонного и   выложенного брусчаткой покрытия, что бы как-то компенсировать зимние деформации,  нужно   чередовать каждую зиму местоположение  очищенных участков, например, тропинка, её можно делать в разных местах. Что бы избежать такого проявления пучения, достаточно просто не убирать весь снег с площадки, небольшой его слой предотвратит глубокое промерзание. Если все-таки снег вам мешает, то тогда очищайте весь участок, земля равномерно промёрзнет и пучение грунта практически не будет заметно.

 Очень часто на стенах  зданий, особенно в местах оконных и дверных проёмов, появляются трещины. Не все они результат действия сил морозного пучения, возможно, они появились вследствие не равномерной нагрузки действующей на фундамент,  слабый грунт не выдержал  и дал осадку, причины могут быть разные, но в любом случае не желательно допускать промерзание грунта в этих местах. Ежегодная подвижка промерзшего грунта будет увеличивать размер трещин.

Как защитить постройки частного дома от влияния сил морозного пучения.

Аналогичен механизм действия сил морозного пучения и на стойки ворот, см. фото. Очищенный  участок промерзает, и выдавливающие силы валят стойки в противоположные стороны. Причем в пучинистых грунтах, не зависимо от глубины установки стоек, последние будут «плясать». Если  промерзание происходит на всю глубину заложения, то стойки, поменяв своё положение зимой, остаются в наклоненном состоянии. Здесь поможет жесткий стальной пояс по нижнему и верхнему уровню стоек (пояс  приваривается к стойкам, так как, в нём давление на разрыв  может достигать 10 т), (рис. 2), а оптимальным вариантом будет, если установить стойки на монолитный ленточный фундамент с армированным каркасом, (рис. 3).

Щепетильные хозяева, очищая двор частного дома от снега  близко к ограждению границ участка, делают ошибку. Промерзая, грунт  давит на опоры ограждений, а так как с другой стороны под снегом  грунт мягкий, не мёрзлый, то он спокойно поддаётся  давлению и пожалуйста, по весне у вас не забор, а «Пьезанская Башня». Если вам уж так мешает снег, то не поленитесь, уберите его и по другую сторону ограждения, тогда  в промерзшем   грунте силы  уравновесятся и не окажут ощутимого воздействия на конструкцию.

Если очищаете от снега весь двор, в этом случае грунт может промерзнуть довольно глубоко, здесь нужно быть уверенным, что глубина заложения фундамента  дома  или  иной постройки, ниже  расчётного уровня промерзания грунта для вашей климатической зоны и фундамент выполнен без нарушений норм и правил. Если технология нарушена, то стена здания, где нет снега, и смежная с ней, получат трещины и деформации. Так же возможен перекос дверного проёма, следствием чего является невозможность закрыть дверь, она просто заклинит в проёме. В общем, последствия не приятные. Как быть? Здесь поможет, как я уже говорил, снег, если присыпать им  отмостку по периметру цоколя здания шириной около 1,5 м и слоем не менее 20 см.  Есть и другой вариант.  Перед устройством отмостки вдоль цоколя  уложить листы пенопласта на глубину около 20 см или использовать другой материал со схожими теплоизоляционными свойствами.   Пенопласт брать толщиной не менее 8 см (для грунтов с расчётной глубиной промерзания  1-1.5 м) и  шириной  1,5 м. Листы следует обернуть в полиэтилен или рубероид.  Ещё можно этот участок засыпать керамзитом, слегка разбавленным песком, но здесь уже  слоем не менее 25 см.

Что ещё могут силы морозного пучения.

  Промёрзший грунт имеет свойство вытеснять из себя предметы не однородного с собой состава. Это могу быть куски деревянных конструкций, см. фото,  арматура, блоки, валуны и т. д. Перед тем, как производить обустройство своего участка убедитесь, что в грунте отсутствуют посторонние предметы. В моей практике были случаи, как в течение 2-3 зим  на ровном покрытии появилось вздутие, трещина затем гребень и, в конце – концов, вырастали пень, арматура.

 

Приведённые примеры действия зимних деформаций  характерны для влажных, насыщенных водой грунтов,  но  не стоит забывать, что грунты  на сухих участках также, в силу погодных или гидрологических явлений, могут приобретать свойства  пучинистых грунтов и подвергаться  действию  силы морозного пучения.

  Применяя эти способы защиты, вы самостоятельно сможете уберечь свой дом от повреждений и необходимости выполнять дорогостоящий ремонт.

Приходилось ли Вам сталкиваться с эффектом морозного пучения?  

 Как и что вы предпринимали в борьбе с этим явлением?

Жду ваши комментарии и фото Email.

Вам понравилась статья? Будет здорово, если поделитесь  в социальных сетях.

Всем удачи в борьбе с  морозным пучением.

 

Силы морозного пучения грунтов и как с ними бороться — 22 Октября 2013

Морозное пучение – это увеличение объема грунта во время холодов. Пучение грунта происходит из за того что плотность льда меньше плотности воды, и замерзая, вода увеличивается в объеме. Для выхода у нее два пути – или вниз, в глубинные слои грунта, или вверх, на фундамент. Плотные грунтовые слои продавить, естественно намного тяжелее, поэтому основная нагрузка идет на фундамент, из за чего он может деформироваться. В результате могут возникнуть перекосы и трещины в стенах, оконных и дверных проемах, потому что пучение грунтов происходит, как правило, неравномерно.  

  Силы морозного пучения действуют в двух направлениях —  не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки, ведь грунт увеличивается в объеме не только под основанием фундамента, но и вокруг него. Грунт, находящийся вокруг фундамента, зимой примерзает к его стенкам и при движении тянет его за собой. Таким образом, всю силу пучения можно разложить на две составляющие: одна действует на основание, вторая на стенки. Чем глубже закладывается фундамент, тем меньше сила пучения, действующая на основание фундамента, но касательная сила пучения одновременно увеличивается. Сила касательного пучения грунта может доходить  до 5-7 т на квадратный метр. Поэтому заглубление фундамента на глубину ниже глубины промерзания совсем не гарантирует его устойчивость к пучению. При устройстве фундамента важен расчет, который должны выполнять квалифицированные специалисты.

  Для защиты от морозного пучения существует несколько способов: замена грунта на непучинистый, удаление влаги из грунта, утепление грунта.

 Замена грунта на песчаный  возможна при заложении фундамента: под основание фундамента укладывают подушку из песка, так чтобы она была шире самого фундамента, трамбуют и уплотняют ее. Подушка из песка обеспечивает равномерное распределение нагрузок на фундамент, амортизирует их и уменьшает слой пучинистого грунта, таким образом снижая силу пучения. Рекомендуется засыпать непучинистым грунтом пространство между опалубкой (после ее снятия) и землей, т.н. обратная засыпка. Этим мы защитим фундамент от примерзания грунта к его стенкам. Однако через некоторое время песок в обратной засыпке и  подушке может перемешаться с частичками глины и потерять свои непучинистые свойства. Для защиты от заиливания песчаную подушку и обратную засыпку нужно отделить от остального грунта пленкой, рубероидом или фильтрующей тканью.

Другая мера по борьбе против пучения — это удаление влаги, в свою очередь эту меру можно разделить на две составляющих — защита от попадания влаги с атмосферными осадками и удаление уже имеющейся влаги. Чтобы оградить грунт вокруг фундамента от осадков в виде дождя и тающего снега по всему периметру дома необходимо делать отмостку. Ее ширина должна быть больше ширины  засыпки, чтобы вода отводилась как можно дальше от фундамента.

Утепление грунта вокруг дома позволяет уменьшить или вообще исключить промерзание земли. Благодаря утеплению грунта появляется  возможность строительства мелкозаглубленных фундаментов за счет искусственного уменьшения глубины промерзания. Однако это возможно только в областях, где среднегодовая температура положительная. Ширина полосы утеплителя должна соответствовать глубине промерзания: если земля промерзает на 1,5 м, то утеплять надо вокруг дома полосу шириной 1,5 м. Толщина утеплителя зависит от его теплоизоляционных свойств и от климатических условий. 

Еще одна мера по защите фундамента от морозного пучения, применяемая при строительстве любых видов фундаментов, — это сделать его поверхность более гладкой. Сам по себе бетон — пористый материал, и с его поверхностью грунт хорошо смерзается и при пучении сильно воздействует на него. Самый простой способ устранить это — прокладывать рубероид между поверхностью фундамента и грунтом. Рубероид более гладкий материал, и движущийся грунт будет по нему скользить, и касательная составляющая силы пучения значительно снижается.

 

Морозное пучение – обзор

15.3.1 Морозное пучение и сортировка мороза

Морозное пучение – это смещение грунта и горных пород вверх под действием мороза; это происходит там, где климат достаточно холодный, чтобы позволить отрицательным температурам распространяться ниже поверхности земли, где есть достаточный запас почвенной воды для питания образования ледяных линз и где почвы восприимчивы к морозу (Washburn, 1956, 1973). Почвы, считающиеся морозоустойчивыми, имеют мелкозернистый гранулометрический состав с высоким содержанием ила (т.г., алевритовые глины, алевриты и пылевато-мелкий песок). Морозное пучение происходит за счет образования ледяных линз в толще почвы и выборочно под более крупными обломками. Природа и размер ледяной линзы зависят от двух переменных; во-первых, количество свободной воды, доступной в почвенной матрице; во-вторых, скорость замерзания. При проникновении мороза в почвенный профиль свободная вода в поровых пространствах превращается в лед и расширяется, при насыщении грунта морозным пучением будет пропорционально 9% объема порового пространства. При быстром замерзании поровая вода образует кристаллы льда в поровых пространствах и ледяной налет на отдельных частицах, это называется поровым льдом.Если скорость промерзания низкая, почвенная вода притягивается к фронту промерзания, и образуется горизонтальная ледяная линза. Однажды начавшись, ледяная линза будет продолжать расти до тех пор, пока доступен запас свободной воды. Вода мигрирует из соседнего незамерзшего грунта к ледяной линзе под действием капиллярных сил. Расстояние, на которое мигрирует вода, может быть значительным; в идеальных условиях вода может мигрировать на расстояние до 1–2 м. Этот тип усиленного образования льда называется сегрегацией льда и может привести к образованию не только ледяных линз, но и толстых слоев почти чистого льда.В этом случае объем льда может в несколько раз превышать объем имеющегося порового пространства; объем льда сверх насыщения называется избыточным льдом. Такая схема сегрегации льда может привести к сильному морозному пучению. Илистые почвы восприимчивы к морозам, потому что их небольшой размер частиц и высокая пористость поддерживают высокое содержание влаги, а их проницаемость и высокая гидравлическая проводимость способствуют капиллярному действию. Таким образом, почвы с высокой заиленностью способствуют образованию линз сегрегированного льда и морозного пучения.Тилль подвержен морозам из-за высокого содержания ила и илистой глины.

Морозное пучение относится к процессу морозного пучения, включающему смещение вверх объекта, встроенного в промерзающий грунт. Когда происходит пучение, как описано выше, объект или конструкция, зарытые в землю, которые не закреплены должным образом, будут выталкиваться вверх, когда под объектом предпочтительно образуется ледяная линза. В большинстве случаев конструкция не возвращается в исходное положение при сезонном оттаивании мерзлого грунта.Чистое восходящее движение называется «подъемом». Это явление может иметь место везде, где есть сезонное промерзание и оттаивание поверхностного слоя, и не ограничивается районами вечной мерзлоты. Везде, где происходит морозное пучение, оседание происходит во время фазы оттаивания цикла. Поверхность земли, а также объекты или сооружения, построенные на «оттаивающей» вечной мерзлоте, будут оседать, если растаять избыток льда. Плавление обычно вызывается теплом от конструкции или изменениями естественных тепловых условий. Циклическое преимущественное пучение при промерзании более крупных обломков в неоднородном грунте и псевдоожижение мелкозернистой матрицы приводит к сортировке мелкого и крупного материала.Смешивание и сортировка почв под действием мороза — очень динамичный процесс, который широко наблюдается в перигляциальных средах в виде узорчатого грунта.

Морозное пучение — как это работает, последствия и предотвращение

🕑 Время чтения: 1 минута

Морозное пучение представляет собой вздутие почвы вверх из-за образования льда в условиях замерзания. Обычно это происходит, когда температура замерзания проникает в почву и превращает имеющуюся влагу в лед, тем самым вызывая движение почвы вверх.

Размер ледяной массы увеличивается из-за непрерывного поступления влаги за счет капиллярного действия. Вес почвы может ограничивать влияние льда и образовывать ледяные линзы. Тем не менее ледяные линзы могут перемещать почвенный слой вверх.

Морозное пучение наносит значительный ущерб дорогам, каналам, фундаментам и впоследствии надстройкам. Чтобы предотвратить пагубные последствия морозного пучения, необходимо понять, как оно работает, и определить основные элементы, которые приводят к его возникновению.После этого можно принять соответствующие меры для предотвращения этого.

Как это работает?

Когда температура замерзания проникает в почву, она превращает почвенную влагу в лед. Когда влага в зоне промерзания затвердевает, вода из других частей почвы будет перемещаться в зону промерзания за счет капиллярного действия. Это приводит к увеличению размеров ледяной массы. Вес грунта и другие объекты наверху будут сдерживать рост размеров льда, в результате чего образуются ледяные линзы.

Рис. 1: Ледяные линзы и капиллярный подъем воды

Когда температура замерзания проникает дальше в почву, она оставляет ледяные линзы. Эти ледяные линзы продолжают расти по направлению к области, которая теряет температуру, то есть к поверхности почвы.

Ледяные линзы способны выталкивать слой грунта вверх. Он создает трещины в почве и вызывает повреждения фундамента, а затем и надстройки. Сообщается, что когда влага превращается в лед, его размер увеличивается на 9%.

Рис. 2: Как работает морозное пучение

Мелкозернистая морозоустойчивая почва, влага, непрерывно питающая ледяные линзы, и отрицательная температура являются основными элементами действия морозного пучения.

При понижении температуры лед тает, и конструкция опускается на прежнее место под его тяжестью. При заморозке и процесс оттаивания повторяется, он сильно испортится и, возможно, разрушится.

Эффекты
  1. Разрушение каналов в морозный период.
  2. Снижение несущей способности земляного полотна.
  3. Неровности и значительные повреждения покрытия
  4. Поврежденные фундаменты и плиты.
Рис. 3: Влияние морозного пучения на здания Рис. 4: Бетон, поврежденный морозным пучением Рис. 5: Трещины дорожного покрытия из-за морозного пучения

Профилактика

Как правило, морозное пучение можно предотвратить, устранив один из его основных элементов, к которым относятся мелкозернистая почва, морозная температура и вода.Существует несколько мер, которые можно принять во внимание, чтобы избежать морозного пучения:

  1. Предоставление систем предотвращения морозного пучения, таких как водяная система отопления.
  2. Расширение фундамента, например опор, ниже линии промерзания.
  3. Используйте материалы для обратной засыпки, такие как гравий, вокруг фундамента, чтобы обеспечить дренаж воды.
  4.  Используйте втулку, чтобы предотвратить сцепление льда с бетоном.
  5. Фундамент, выдерживающий движение вверх.
  6. При строительстве дорог замените мелкозернистый чувствительный к морозу грунт крупнозернистым грунтом.
  7. Используйте капиллярный прерыватель, чтобы предотвратить движение воды к фронту замерзания и, следовательно, уменьшить влияние морозного пучения.
  8. Стабилизация почвы.

Что такое морозное пучение? — Инженерные специалисты, Inc.

Частая проблема, с которой приходится сталкиваться домовладельцам в зимнее время года – морозное пучение. В условиях морозного пучения конструкция вашего настила или крыши может иметь неровную поверхность. Кроме того, это может привести к тому, что общая конструкция вашего дома станет ослабленной или хрупкой.

К счастью, есть определенные шаги, которые вы можете предпринять, чтобы предотвратить повреждение вашей колоды. Ниже мы обсудим, что такое морозное пучение и как можно ограничить его накопление:

Что такое Морозное пучение?

Постоянные источники воды, присутствующие в земле под фундаментом дома, могут привести к образованию ледяных жил при отрицательных температурах. В свою очередь, эти ледяные линзы поднимают структуру вашей собственности над землей.

Более того, разрушительные силы могут поднять фундамент вашей террасы до такой степени, что она отделится от вашего дома. Однако сила морозного пучения во многом зависит от способности почвы поглощать влагу.

Замерзание и расширение песчаных почв может привести к катастрофическим последствиям для ваших ступеней, дренажных линз, мостов, стен и брусчатки.

К чему может привести морозное пучение?

Хотя последствия морозного пучения не всегда катастрофичны, существует множество ужасных последствий, с которыми вам, возможно, придется столкнуться. Это следующие:

  • Разрушение фундаментов и плит.Кроме того, это может привести к повреждению каналов.
  • Существенное снижение несущей способности грунтового основания
  • Волнистость и, возможно, разделение вашей палубы
  • Подъем и опускание брусчатки дома в результате морозного пучения. Это может даже привести к обильным разрушениям
  • Отсутствие надлежащего отвода воды/снега может привести к образованию луж под поверхностью. Это приводит к восходящему движению кирпичей, бревен или камня. Таким образом, вы можете смотреть на неровные поверхности или даже спотыкаться о них

Как предотвратить морозное пучение?

Глубокие исследования показывают, что морозное пучение может достигать 4 дюймов, вызывая серьезные и необратимые структурные проблемы. Вот как вы можете ограничить возникновение этой ситуации:

  • Структурный дисбаланс, приводящий к нестабильности вашей крыши/настила, можно устранить путем реконструкции всей конструкции.
  • Используйте высокотехнологичные системы предотвращения морозного пучения, такие как водяное отопление и т. д., чтобы избежать морозного пучения.
  • Расширьте фундамент вашей собственности ниже линии промерзания.
  • Используйте втулки, чтобы лед не начал цепляться за бетон.
  • При строительстве дома убедитесь, что фундамент достаточно прочный, чтобы выдерживать движения вверх или наружу.
  • Укрепите грунт под фундаментом, чтобы он не начал промерзать.
  • Если вы ремонтируете свою дорогу, избегайте использования зерна, которое легко замерзает. Вместо этого выберите крупнозернистую почву.
  • Использование капиллярных стаканов помогает ограничить процесс замерзания воды. Таким образом, он успешно снижает вероятность возникновения морозного пучения.
  • Убедитесь, что ваш чердак достаточно изолирован. На самом деле, рассмотрите возможность модернизации системы изоляции до R-значения.
  • При проектировании основания дорожки или подъездной дорожки убедитесь, что она способствует эффективному отводу воды. Вы даже можете использовать материалы для обратной засыпки, такие как гравий, чтобы обеспечить надлежащий отвод воды.

Вы спросили, мы ответили: что такое морозное пучение? Они уникальны для NH?

Жанна Соколовски ни разу не сталкивалась с «морозным морозом» до того, как переехала в Нью-Гэмпшир.Неустойчивые весенние дорожные неровности здесь обычны. Больше неприятности, чем любопытства для большинства. Но для Соколовского это была не просто незнакомая топография.

Множество дорожных знаков — «МОРОЗА ПУШКИ», ярко-оранжевого цвета — показались ей уникальными. И она была не одна.

«Я разместила фотографию одного из этих знаков (на Facebook), и мои друзья и семья со Среднего Запада и других мест присоединились к нам, говоря, насколько это необычно», — говорит она.

Она обратилась к сериалу NHPR «Только в NH», чтобы докопаться до сути.Она спрашивает: «Как и когда возник термин «морозные вихри»? Является ли это явление уникальным для Нью-Гэмпшира?»

Соколовский переехал сюда из Миннесоты. Она не помнила, чтобы испытывала там морозные пучения. Министерство транспорта Миннесоты подтвердило ее воспоминания. Они там не большая проблема.

На первую часть ее вопроса ответить немного сложнее. На самом деле, хотя бывший поэт-резидент Нью-Гэмпшира Роберт Фрост описывает морозные бури в первых строках своего классического стихотворения 1914 года «Починка стены», он не называет их по имени.В 1914 году Фрост не использовал термин «морозное пучение». Так как же это произошло?

Ответ может лежать в сборнике научных статей под названием «Исторические перспективы исследования морозных пучин», опубликованном в 1991 году Исследовательской и инженерной лабораторией холодных регионов в Ганновере, Нью-Хэмпшир. шведский геолог и химик 1694 года Урбан Хиарне, один из первых наблюдателей этого явления. В своей прекрасно каллиграфической рукописи Хиарне описывает «отливку земли» и «стрельбу землей».»

Шведский химик Урбан Хиарне в конце 17 века наблюдал «морозное пучение» под другим названием.

На протяжении последующих столетий ученые и поэты описывали подземные ледяные линзы и «феномен оползня», но, согласно этим документам, он не был хорошо изучен до 20-го века, возможно, отчасти по двум причинам.

Во-первых, корни деревьев помогают смягчить морозное пучение. По мере того как поселенцы расчищали леса Новой Англии, морозные пучения становились все более частыми, разрушая каменные стены и выталкивая подземные валуны на пастбища.

Во-вторых, примерно в то время, когда Роберт Фрост написал «Починку стены», исследования автомобильных дорог всерьез начались с появлением автомобилей и дорог с твердым покрытием. В 1915 году журнал Good Roads, один из многих новых журналов, посвященных исследованиям автомобильных дорог, упомянул о «действии мороза» и отметил его вредное воздействие на бетонные дороги. Тем временем геолог Стивен Табер только начал свои исследования в Южной Каролине. В 1929 году он опубликовал исчерпывающую статью «Морозное пучение», которая заложила основу для понимания лежащих в его основе механизмов.

После этого появляется закрепившееся имя.

Что касается второй части вопроса Соколовски — морозные пучения уникальны для Нью-Гемпшира? — ответ кажется простым: №

«Это связано с Нью-Гэмпширом, но не только с Нью-Гэмпширом», — говорит Билл Бойнтон, давний представитель Департамента транспорта Нью-Гэмпшира.

Что касается ярких оранжевых вывесок, то, по оценкам DOT, их вывешивается более тысячи в год. Но Нью-Гэмпшир — не единственный штат, который делает это.Вермонт размещает знаки для морозных пучин, а также более общие предупреждения «УДАР».

Уклонение от мороза — неофициальный вид спорта в Гранитном штате.

Морозные пучения происходят в холодных регионах по всему миру. Их наблюдали не только в Новой Англии, но и в Скандинавии, России, Канаде и даже на Марсе: в 2008 году марсоход «Феникс» приземлился на внеземном морозе. Может быть несколько причин так думать.

«У меня есть несколько фотографий морозных волн, вы не поверите, — говорит Малкольм «Динь» Тейлор. Он бывший член законодательного собрания штата Холдернесс. Он работает в местных и государственных транспортных комитетах и ​​всю жизнь питал интерес к дорогам. Когда он видит мороз, он выходит из машины и делает снимок для собственных записей.

«Когда вы попадаете в Нью-Гемпшир и Вермонт, вы видите эти скалистые старые горы и открытые уступы, и у вас есть много подземных источников воды», — объясняет Тейлор.«У нас в Нью-Гэмпшире много воды, и большая ее часть уходит под землю, и именно это способствует волнению. Я думаю, что рельеф местности может многое сказать об этом.

Тейлор добавляет, что Некоторым дорогам Нью-Гэмпшира много веков. Некоторые из них изначально были построены для пешеходов и дилижансов. Они не были построены в соответствии со спецификациями современных автомагистралей, с проницаемым гравием и хорошим дренажем для предотвращения подземной влаги.

Но построить прочную дорогу «снизу вверх», как выразился Тейлор, дорого.

«Вы можете потратить от 50 000 до 100 000 долларов на обновление покрытия или ремонт дороги и поддержание ее в хорошем состоянии», — говорит Бойнтон. «Как только она выходит из строя, вы рассчитываете на 1 миллион долларов за милю, чтобы восстановить дорогу, а в некоторых случаях даже больше».

Неустойчивый цикл замерзания-оттаивания в Нью-Гэмпшире может быть еще одним фактором.

Кредит Северо-восточного регионального климатического центра

/

Система замораживания-оттаивания: Северо-восточный региональный климатический центр.

«Почему в Нью-Гэмпшире их так много? Это связано с тем, что температура колеблется вокруг отметки замерзания. Я вырос в северном штате Мэн, и не было ничего необычного в том, что в течение нескольких недель температура ниже 20 градусов, — говорит Бойнтон. «Если он все время заморожен, то у вас меньше шансов получить его феномен».

Сочетание угрюмых температур Новой Англии, старых дорог, скалистых геологических условий и затрат на шоссе — все это предполагает определенную неизбежность, когда дело доходит до морозов. Но сказать это одно, а жить с этим совсем другое.

Дон Браун знает это не хуже других. Он управляет Corner House Inn, рестораном и пабом в Центре Сэндвич. Это уютное место с намеком на роскошь. Чтобы добраться туда, вам обычно нужно ехать по шоссе 113, холмистой, извилистой и часто пронизанной морозом проселочной дороге. Путешествие теперь не слишком ухабистой. Но в 2014 году он был в тяжелой форме.

«Каждый раз, когда вы сталкивались практически с кем угодно, будь то на почте или в кафе, все говорили об этом, — говорит Браун.«Раньше я называл это чем-то вроде катания на лыжах-моголах, потому что вам приходилось объезжать все эти большие морозы так же, как вы едете по трассе».

В Нью-Гэмпшире мы тормозим и сворачиваем из-за мороза.

Браун управляет Угловым Домом уже 37 лет, так что он знаком с сезонами Новой Англии. Но это было другое.

«Обычно морозные пучения появляются примерно в феврале и длятся месяц или около того, а затем исчезают, когда земля оттаивает», — говорит он.«Случилось то, что дороги сильно пострадали за эти годы, и им не хватало необходимого обслуживания, поэтому эти морозные условия продолжались круглый год».

Ресторан Брауна, как и многие предприятия в Озерном регионе, работает сезонно. Он полагается на дополнительный доход от летних посетителей. Когда в июле клиенты начали говорить о ухабистых дорогах, он забеспокоился.

«Они просто не могли в это поверить. Они говорили: «Боже мой, что у вас с дорогами? Мы не вернемся, потому что они слишком сильно бьют наши машины.

С тех пор, по словам Брауна, NHDOT отремонтировал некоторые дороги в этом районе. Но не таким долгосрочным способом «снизу вверх». Возможно, сейчас дороги в лучшем состоянии, но это трудно исправить. знаю, как долго это продлится.

Перейти к основному содержанию Поиск