Пучинистые грунты это: Что такое пучинистые грунты — SGround.ru

Содержание

Что такое пучинистый и непучинистый грунт?

Особые свойства пучинистых грунтов

Особое свойство оснований, способных вспучиваться, заключается в значительном увеличении объема в результате зимнего промерзания.

Как определить пучинистые грунты? К основаниям, обладающим свойством вспучивания при промерзании, относятся только глинистые (в том числе суглинки) и песчаные грунты (пылеватые, мелкие и средней крупности). Гравелистые и крупные пески к пучинистым не относятся.

Песчаные, глинистые грунты и их разновидности обладают мелкопористой структурой, то есть состоят из мелких минеральных частиц, между которыми имеется множество мелких полостей. Эти полости или поры могут содержать влагу. При понижении температуры ниже нуля влага в грунте замерзает, превращаясь в лед, который, как известно, всегда увеличивается в объеме по сравнению с исходным объемом воды. В результате замерзания воды в порах и происходит увеличение всего объема основания, называемое морозным пучением.

Основания делятся по степени пучинистости, которая зависит от уровня или глубины, на которой залегают подземные воды. Для глинистых оснований еще имеет значение показатель текучести. Приводим следующую таблицу с градацией по степени пучинистости разных видов грунтов.

Степень пучинистости грунтов

Степень пучинистости грунтов Мелкий песок, Z Пылеватый песок, Z Супесь, Z Суглинок, Z Глина, Z Показатель текучести Jl Относительная деформация пучения Efh
Грунты непучинистые > 0,75 > 1 > 1,5 > 2,5 > 3
Грунты слабопучинистые 0,5 — 0,75 0,75 — 1 1 — 1,5 1,5 — 2,5 2 0 — 0,25 0,01 — 0,035
Грунты среднепучинистые 0,5 — 0,75 0,75 — 1 1 — 1,5 1,5 — 2 0,25 — 0,5 0,035 — 0,07
Грунты сильнопучинистые >0,5 > 0,07
  • Основной показатель – это относительная деформация пучения Efh, которая определяется отношением величины подъема поверхности вспучивающегося основания к толщине промерзшего слоя.
  • Показатель Z – это разница между величиной УГВ и глубиной сезонного промерзания, значение которой равно 1,2 м для отапливаемых зданий, и 1,5 м – для неотапливаемых зданий.

Если степень пучинистости по показателям Z и Jl (текучести) отличаются, то принимается большее значение.

Так как пучинистые основания проявляют свои негативные свойства при условии насыщения водой, то существует еще один способ классификации, учитывающий условия увлажнения основания зданий по характеру рельефа местности.

1
Возвышенные и всхолмленные места, водораздельные плато, где грунты могут увлажняться только от атмосферными осадками. Слабопучинистые
2 Равнины, слабовсхолмленные места, пологие склоны с затяжными уклонами, где грунтовые основания увлажняются атмосферными осадками и верховодкой, только частично грунтовыми водами. Среднепучинистые
3 Низины, котловины, заболоченные места, в которых грунтовые основания увлажняются и водонасыщаются атмосферными осадками, верховодкой и грунтовыми водами. Сильнопучинистые

То есть, если по показателям Z и Jl основание относится к  слабопучинистым, но участок строительства расположен в низине или котловине, то следует считать, что грунты сильнопучинистые.

Таким образом, пучинистый грунт – это песчаный или глинистый  грунт, подверженный увлажнению и  сезонному промерзанию.

Распространение пучинистых грунтов на территории России

Так как песчаные и глинистые основания распространены повсеместно, то можно считать, что расположение грунтов с пучинистыми свойствами охватывает почти половину территории России. Сюда входят:

  • западные области РФ: Калининградская, Псковская и Ленинградская области и Республика Карелия;
  • средняя полоса РФ: Владимирская, Калужская, Ивановская, Костромская, Рязанская, Московская, Смоленская, Тверская, Тамбовская, Тульская, Ярославская, Белгородская, Брянская, Вологодская, Воронежская, Кировская, Курская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Ульяновская области, Чувашская Республика;
  • южные части Архангельской и Мурманской областей, Хабаровского края, Республики Якутия, Красноярского края, Иркутской и Тюменской области, Республики Коми;
  • Амурская, Читинская, Новосибирская, Омская, Кемеровская области, Республики Бурятия, Коми, Тыва, Алтай, Свердловская область, Республики Татарстан и Башкортостан, Волгоградская область, Ростовская область, Республика Калмыкия;
  • северные части Краснодарского и Ставропольского краев.

Исключается зона вечной мерзлоты, которая охватывает большую часть территорий Якутии, Красноярского края, Тюменской и Архангельской области, Республики Коми. Зона вечной мерзлоты отличается тем, что грунт там промерзает на сотни метров вглубь, поэтому проблема пучинистых грунтов для этой зоны неактуальна.

Точно так же неактуальна проблема морозного вспучивания для регионов, где в основании зданий залегают в основном грунты скальные и крупнообломочные – это все северокавказские республики и южная часть Ставропольского края.

Кроме того, проблема пучинистости не имеет значения для территорий, где основания практически не промерзают – это южная часть Краснодарского края и Республика Дагестан.

Глубина промерзания наряду с уровнем расположения грунтовых вод является определяющими факторами, влияющими на величину возможного вспучивания основания. Например, в регионах, близких к Байкалу, где глубина промерзания может достигать 2,5 м, подъем поверхности при вспучивании может достигать 30-40 см, в Подмосковье при глубине промерзания 1,5 м подъем поверхности составляет 15-18 см.

Влияние пучинистых грунтов на фундаменты

Морозное пучение вызывает значительное увеличение его объема – величина подъема поверхности может составить  не один десяток сантиметров. При этом возникают усилия, величина которых достигает десятков тонн. Даже если опустить  подошву фундамента ниже глубины сезонного промерзания, это не предотвратит негативное влияние пучинистых сил, так как  они действуют и по боковым поверхностям.

Пучинистость почвы также проявляется в том, что после оттаивания основания при потеплении происходит его осадка, то есть на конструкцию фундаментов периодически воздействуют разнонаправленные силы.

Вес конструкций может компенсировать вспучивание только в случае сооружения здания высотой не менее трех этажей с массивными бетонными или каменными стенами. Для малоэтажной застройки в один-два этажа, тем более из легких конструкций – деревянных каркасных и срубов, из легкобетонных блоков и из кирпича – должен быть подобран и рассчитан специальный фундамент для пучинистого грунта.

Основная опасность отрицательного воздействия пучинистых сил заключается в их неравномерности. Разные части фундаментов здания всегда находятся в неодинаковых условиях. Промерзание происходит только по периметру отапливаемого здания, под фундаментом, на который опираются средние стены, основание не промерзает.

Неравномерность промерзания под зданием

Кроме того, и по периметру ограждающих наружных стен основание промерзает неодинаково – с теневой, северной, стороны больше, с тех сторон, где прогревает солнце, – промерзание меньше. На величину промерзания влияет также толщина снегового покрова, архитектура здания, характер застройки участка.

Все эти факторы вызывают неравномерное воздействие пучинистых сил на разные участки фундаментов и неравномерные деформации в конструкциях, вызывающие самые неблагоприятные последствия – возникновение трещин и других повреждений в ограждающих и несущих конструкциях, которые могут привести к их разрушению.

Фундамент на пучинистых грунтах должен обладать особенностями, способными минимизировать или исключить негативное воздействие этого типа основания.

Мнение эксперта

Если в основании здания залегают грунты с пучинистыми свойствами, следует особенно тщательно подойти к выбору типа фундамента. Очень эффективной после многолетней практики применения зарекомендовала себя конструкция МзЛФ – об устройстве, армировании и расчете которого мы подробно рассказываем в статье«Мелкозаглубленный ленточный фундамент: расчёт глубины, подготовка основания, армирование своими руками и калькулятор расчётов».

Помимо выбора наиболее подходящего типа фундамента при строительстве на пучинистых основаниях, необходимо предусматривать дополнительные мероприятия, направленные на предотвращение замачивания и промерзания: устройство дренажа, утепление отмостки, заполнение пазух уплотненным сыпучим материалом.

Пучинистые грунты — проблема номер один для строителей. Зимой, когда приходят холода, они увеличиваются в размерах, сжимая фундаменты и приподнимая их. Вследствие чего, на конструкции последних появляются трещины. Борются с этим явления по — разному, но чтобы начать борьбу, нужно понять, что это такое.

Тип пучинистых грунтов

Что такое пучинистый и не пучинистый грунт — вопрос, ответ на который можно дать, если понимать, за счет чего внутри почвы происходят такие процессы. Все дело в том, что распирание (пучение) происходит за счет замерзших внутри почвы капель воды. А значит, она должна эти капли в себе задерживать.

Поэтому основные свойства грунта, которые приводят к пучению, это капиллярная активность и способность фильтровать воду. Если почва рыхлая, к примеру, с большим содержанием песка, то вода через нее легко проходит в нижние водные горизонты, не задерживаясь. Такие грунты не относятся к категории пучинистых.

А вот те типы почв, в которых вода задерживается, относятся к категории «пучащие». Это глина, суглинок и супеси. Но тут есть момент, связанный с капиллярной активность. У песчаных типов она ниже, потому что песок втягивает в себя атмосферные осадки на глубину 30 — 40 см. При этом глиняные типы постепенно всасывают влагу на глубину до 1,5 м. Поэтому в первом случае можно обойтись отмостками вокруг фундамента с шириною 1 м, во втором величину придется увеличить до 1,5 — 2,0 м.

Это к вопросу, как бороться с пучинистостью.

При высоком уровне расположения грунтовых вод, даже непучинистые почвы могут дать расширение. Поэтому к вспучиванию грунта надо относиться с точки зрения наличия или отсутствие факторов, которые приводят к такому свойству земли. Сюда же можно добавить и расположение дома. Если он возводится на участке с уклоном, то велика вероятность, что такой рельеф приведет к пучению некоторых отрезков, особенно расположенных внизу.

Не забываем и о регионе, где строится дом. Если это юг, где уровень промерзания почвы невелик, то можно о пучении не говорить. Даже глиняные основы, покрытые стандартной отмосткой, легко противостоят низким температурам зимой. На севере это выражается ярче. В некоторых северных регионах земля промерзает до 2 — 2,5 м, а значит, пучение грунта имеет место быть в независимости от типа почвы.

Классификация

Классификация грунтов по типу вспучивания делит виды на несколько подгрупп. К пучинистым относятся:

  1. чрезмерно или очень пучинистые;
  2. сильно пучинистые;
  3. средней степени;
  4. слабой степени.

И отдельно стоят непучинистые грунты.

Последнее определение можно назвать чисто условным, потому что нет такой земли, которая бы не промерзала и не взбухала. Все зависит от влажности почвы и от температуры ее охлаждения. Конечно, можно сказать, что чисто каменный грунт вспучиваться не будет. Но такая разновидность встречается в местах проживания людей крайне редко. Обычно это горы.

То есть, получается так, что тип земли не сильно влияет на морозное пучение. Главными причинами выступают влажность почвы и температура воздуха. Поэтому вопрос, как определить, какие грунты пучинистые, а какие нет, ставится неправильно. Все они в какой-то степени могут вспучиваться.

Правила борьбы

Самый простой способ борьбы с пучением грунта — залить фундаментную конструкцию ниже глубины промерзания земли. Так как грунт давит на фундамент со всех сторон, то самое опасное давление — это вертикальное. Чтобы его избежать, надо залить конструкцию так, чтобы снизу на нее ничто не давило. А так как заглубленный фундамент заливается ниже уровня промерзания, соответственно в нижней его части морозное пучение грунтов отсутствует. Соответственно конструкция не будет приподниматься.

Есть и другие способы борьбы.

Гидроизоляция. Она не только защищает фундамент от негативного воздействия влаги, но и создает между грунтом и бетонной конструкцией промежуточный слой, который ухудшает сцепление. В этом случае грунт будет частично скользить по поверхности фундамента, а значит, снизится и давление на него.

  1. Теплоизоляция. Это все тот же промежуточный слой.
  2. Дренаж. Эффективный способ понизить уровень пролегания грунтовых вод, что снизит концентрацию влаги внутри грунта на глубине заливки фундаментной конструкции.
  3. Отмостки. Здесь не только надо выдерживать их ширину, но и попробовать провести утепление. К примеру, засыпать под бетонный раствор слой керамзита толщиною не меньше 15 — 20 см. Отмостки выполняют функции отвода атмосферных осадков, утеплитель будет сдерживать проникновение низких температур.

На фундамент в процессе пучения действуют и горизонтальные нагрузки, которые создают давление на изгиб. Опасный фактор, который, если неправильно провести строительные операции, разорвет конструкцию. Избежать данной неприятности помогает армирующий каркас из металлической арматуры. Здесь важно провести точный расчет, учитывая размеры металлического профиля и габариты самого каркаса.

Проще, если под дом заливается мелкозаглубленный фундамент, который сооружается выше уровня промерзания грунта. Для его защиты от пучения надо всего лишь заложить отмостки с утеплением и провести теплоизоляцию цоколя. При высоком уровне грунтовых вод проводится и дренаж. Если здание сооружается в северных регионах, то фундамент надо утеплять весь: от подошвы до верхнего края цоколя.

Заключение по теме

В любом случае пучение грунта — это именно давление. Поэтому к его ослаблению надо подходить комплексно. То есть, сооружать отмостки, укладывать армирующий каркас в опалубку фундамента перед заливкой бетонного раствора, проводить мероприятия по гидро- и теплоизоляции, собирать дренажную систему отвода атмосферных осадков в первую очередь, а во вторую понижать уровень грунтовых вод. Относиться к этому свойству земли можно по — разному, но пренебрегать им нельзя ни в коем случае. Упустили что — то, получите трещины по всей конструкции фундамента, что ослабит основу здания.

≡  10 Март 2016   ·  Автор:

S.Nastaev

Морозное пучение грунтов последствия

Пучинистые явления — процессы, возникающие во влажных глинистых, мелкопесчаных и пылеватых грунтах при их сезонном промерзании (пучинистые грунты).

Пучинистые явления — это не только большие деформации грунта, но и огромные усилия — в десятки тонн, способные привести к большим разрушениям.

Сложность в оценке воздействия пучинистых явлений грунта на постройки — в некоторой их непредсказуемости, обусловленной одновременным воздействием нескольких процессов. Чтобы лучше разобраться в этом, необходимо понять некоторые процессы, связанные с этим явлением.

Морозное пучение связано с тем, что в процессе замерзания влажный грунт увеличивается в объеме.

Происходит это из-за того, что вода увеличивается в объеме при замерзании на 12% (отчего лед и плавает по воде). Поэтому, чем больше воды в грунте, тем он более пучинистый. Так, подмосковный лес, стоящий на сильно пучинистых грунтах, зимой поднимается на 5…10 см относительно летнего своего уровня. Внешне это незаметно. Но если в грунт забита свая более чем на 3 м, то подъем грунта зимой можно отследить по отметкам, сделанным на этой свае. Подъем грунта в лесу мог бы быть в 1,5 раза больше, если бы в нем не было снегового покрова, прикрывающего грунт от промерзания.

Степень пучинистости грунта

Грунты по степени пучинистости делятся на:

  • сильнопучинистые — пучение 12%;
  • среднепучинистые — пучение 8%;
  • слабопучинистые — пучение 4%.

При глубине промерзания 1,5 м подъем сильнопучинистого грунта может составлять 18 см.

Пучинистость грунта определяется его составом, пористостью, а также уровнем грунтовых вод (УГВ). Так и глинистые грунты, мелкие и пылеватые пески относятся к пучинистым грунтам, а крупнозернистые песчаные и гравийные грунты — к непучинистым.

С чем это связано:

Во–первых.

В глинах или мелких песках влага, как по промокашке, достаточно высоко поднимается от УГВ за счет капиллярного эффекта и хорошо удерживается в таком грунте. Здесь проявляются силы смачивания между водой и поверхностью пылевых частиц. В крупнозернистых же песках влага не поднимается, и грунт становится влажным только по уровню грунтовых вод. То есть чем тоньше структура грунта, тем выше поднимается влага, тем логичнее отнести его к более пучинистым грунтам.

Поднятие воды может достигать:

  • 4…5 м в суглинках;
  • 1…1,5 м в супесях;
  • 0,5…1 м в пылеватых песках.

В связи с этим степень пучинистости грунта зависит как от своего зернового состава, так и от уровня грунтовых или паводковых вод.

Слабопучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

  • на 0,5 м — в пылеватых песках;
  • на 1 м — в супесях;
  • на 1,5 м — в суглинках;
  • на 2 м — в глинах.

Среднепучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

  • на 0,5 м — в супесях;
  • на 1 м — в суглинках;
  • на 1,5 м — в глинах.

Сильнопучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

  • на 0,3 м — в супесях;
  • на 0,7 м — в суглинках;
  • на 1,0 м — в глинах.

Чрезмернопучинистый грунт — если УГВ будет выше, чем для сильнопучинистых грунтов.

Обращаем внимание на то, что смеси крупного песка или гравия с пылеватым песком или глиной будут относиться к пучинистым грунтам в полной мере. При наличии в крупнообломочном грунте более 30% пылевато–глинистой составляющей, грунт также будет относиться к пучинистому.

Автоматика и комфорт в доме — серия статей и видеороликов: ПЛС, применение PLC, сухой контакт, радиоканальные выключатели, программирование на CoDeSys и многое другое.

Во–вторых.

Процесс промерзания грунта происходит сверху вниз, при этом граница между влажным и мерзлым грунтом опускается с некоторой скоростью, определяемой, в основном, погодными условиями. Влага, превращаясь в лед, увеличивается в объеме, вытесняя сама себя в нижние слои грунта, сквозь его структуру. Пучинистость грунта определяется также тем, успеет ли выдавливаемая сверху влага просочиться через структуру грунта или нет, хватит ли степени фильтрации грунта, чтобы этот процесс прошел с пучением или без него. Если крупнозернистый песок не создает влаге никакого сопротивления и она беспрепятственно уходит, то такой грунт не расширяется при замерзании (рис. 1).

Рис. 1

Что касается глины, то сквозь неё влага уйти не успевает, и такой грунт становится пучинистым. Кстати, грунт из крупнозернистого песка, помещенный в замкнутый объем, которым может оказаться скважина в глине, поведет себя как пучинистый (рис. 2).

Рис. 2

Именно поэтому траншею под мелкозаглубленными фундаментами заполняют крупнозернистым песком, позволяющим выровнять степень влажности по всему его периметру, сгладить неравномерность пучинистых явлений. Траншею с песком, если возможно, следует соединить с дренажной системой, отводящей верховодку из-под фундамента.

В-третьих.
Наличие давления от веса строения также сказывается на проявлении пучинистых явлений. Если слой грунта под подошвой фундамента сильно уплотнить, то и степень пучинистости его уменьшится. Причем, чем больше будет само давление на единицу площади основания, тем больше будет объем уплотненного грунта под подошвой фундамента и меньше величина пучения.

Пример:
В Подмосковье (глубина промерзания 1,4 м) на среднепучинистом грунте на мелкозаглубленном ленточном фундаменте с глубиной заложения 0,7 м возведен относительно легкий брусовой дом. При полном промерзании грунта внешние стены дома могут подняться почти на 6 см (рис. 3, а). Если же фундамент под тем же домом с той же глубиной заложения выполнен столбчатым, то давление на грунт будет больше, его уплотнение будет сильнее, отчего подъем стен от промерзания грунта не превысит 2..3 см (рис. 3, б).

Рис. 3

Сильное уплотнение пучинистого грунта под ленточным мелкозаглубленным фундаментом может возникнуть, если на нем будет возведен каменный дом высотой не меньше чем в три этажа. В этом случае можно говорить о том, что пучинистые явления будут просто задавлены весом дома. Но и в этом случае они всё же останутся и могут вызвать появление трещин в стенах. Поэтому каменные стены дома на подобном фундаменте следует возводить с обязательным горизонтальным армированием.

Чем же опасны пучинистые грунты? Какие процессы, пугающие застройщиков своей непредсказуемостью, проходят в них?

Какова природа этих явлений, как с ними бороться, как их избежать, можно понять, изучив саму природу проходящих процессов.

Главная причина коварства пучинистых грунтов — неравномерное пучение под строением.
Глубина промерзания грунта

Глубина промерзания грунта- это не расчетная глубина промерзания и не глубина заложения фундамента, это — реальная Глубина промерзания в конкретном месте, в конкретное время и при конкретных погодных условиях.

Как уже отмечалось, глубина промерзания определяется балансом мощности тепла, идущего из недр земли, с мощностью холода, проникающего в грунт сверху в холодное время года.

Если интенсивность тепла земли не зависит от времени года и суток, то на поступление холода 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).

Рис. 1

Неравномерность толщины снегового покрова наиболее ощутимо сказывается на разности в пучении грунта. Очевидно, что глубина промерзания будет тем выше, чем тоньше будет слой снежного одеяла, чем ниже будет температура воздуха и чем дольше продлится её воздействие.

Если ввести такое понятие, как морозопродолжительность (время в часах, умноженное на среднесуточную минусовую температуру воздуха), то глубину промерзания глинистого грунта средней влажности можно показать на графике (рис. 5).

Морозопродолжительность для каждого региона является среднестатистическим параметром, оценивать который индивидуальному застройщику очень сложно, т.к. это потребует ежечасного контроля над температурой воздуха в течение всего холодного сезона. Тем не менее, в крайне приближенном расчете это сделать можно.

Рис. 5

Пример:
Если среднесуточная зимняя температура — около -15° С, а её продолжительность — 100 суток (морозопродолжительность = 100 * 24 * 15 = 36000), то при снеговом покрове, толщиной в 15 см глубина промерзания будет 1 м, а при толщине 50 см-0,35 м.

Если толстый слой снегового покрова, как одеяло, укрывает землю, то граница промерзания поднимается вверх; при этом и днем, и ночью её уровень сильно не меняется. При отсутствии снегового покрова ночью граница промерзания сильно опускается вниз, а днем, при солнечном прогреве, поднимается вверх. Разница ночного и дленного уровня границы промерзания грунта особенно ощутима там, где снеговой покров мал или вовсе отсутствует и где грунт сильно увлажнен. Наличие дома также влияет на глубину промерзания, ведь дом является своего рода теплоизоляцией, даже если в нем и не живут (продухи подпола закрыты на зиму).

Участок, на котором стоит дом, может иметь весьма сложную картину промерзания и подъема грунта.

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.

Неравномерность промерзания существует еще и по периметру дома. Ближе к весне грунт с южной стороны строения часто бывает более влажным, 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, можно создать заметную неравномерность промерзания грунта. Известно, что посадки кустарников вокруг дома задерживают снег, уменьшая в 2 — 3 раза глубину промерзания, что хорошо видно на графике (рис.5).

Расчистка узких дорожек от снега на степень промерзания грунта особого влияния не оказывает. Если же Вы решили у дома залить каток или очистить площадку для своего авто, то можете ожидать большую неравномерность в промерзании грунта под фундаментом дома в этой зоне.

Силы бокового сцепления

Силы бокового сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента — другая сторона проявления пучинистых явлений. Эти силы весьма высоки и могут достигать 5…7 т на квадратный метр боковой поверхности фундамента. Подобные силы возникают, если поверхность столба неровная и не имеет гидроизолирующего покрытия. При таком крепком сцеплении мерзлого грунта с бетоном на столб диаметром 25 см, заложенный на глубину 1,5 м, будет действовать вертикальная выталкивающая сила до 8 т.

Как же возникают и действуют эти силы, как проявляются они в реальной жизни фундамента?

Возьмем для примера опору столбчатого фундамента под легким домом. На пучинистом грунте глубина заложения опор выполняется на расчетную глубину промерзания (рис. 6, а). При небольшом весе самого строения силы морозного пучения могут его поднять, и самым непредсказуемым образом.

Рис. 6

Ранней зимой граница промерзания начинает опускаться вниз. Мерзлый прочный грунт схватывает верхнюю часть столба мощными силами сцепления. Но кроме увеличения сил сцепления мерзлый грунт еще и увеличивается в объеме, отчего верхние слои грунта поднимаются, пытаясь выдернуть опоры 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 вес дома. Мерзлый грунт вытаскивает столб, 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. Подъем опор фундамента под одним домом, как правило, происходит неравномерно. После оттаивания мерзлого грунта фундаментный столб самостоятельно на прежнее место, как правило, не возвращается. С каждым сезоном неравномерность выхода опор из грунта увеличивается, дом наклоняется, приходя в аварийное состояние. «Лечение» такого фундамента — сложная и дорогая работа.

Эту силу можно уменьшить в 4…6 раз, сгладив поверхность скважины толевой рубашкой, вложенной в скважину до заполнения её бетонной смесью.

Заглубленный ленточный фундамент может подняться таким же образом, если он не имеет гладкую боковую поверхность и не загружен сверху тяжелым домом или бетонными перекрытиями.

Основное правило для заглубленных ленточных и столбчатых фундаментов (без расширения внизу): возведение фундамента и загрузку его весом дома следует выполнить в один сезон.

Фундаментный столб, выполненный по технологии ТИСЭ (рис. 6, б), не поднимается силами сцепления пучинистого мерзлого грунта благодаря нижнему расширению столба. Однако если не предполагается в этот же сезон загрузить, его домом, то такой столб должен иметь надежное армирование (4 прутка диаметром 10…12 мм), исключающее отрыв расширенной части столба от цилиндрической. Несомненные преимущества опоры ТИСЭ — высокая несущая способность и то, что его можно оставить на зиму без загрузки сверху. Никакие силы морозного пучения его не поднимут.

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.

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.7).

Рис. 1

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?

Существенно уменьшить либо количество центральных фундаментных столбов, либо их диаметр. Силы сцепления можно было бы уменьшить, обернув фундаментные столбы несколькими слоями гидроизоляции (толь, рубероид) или создав прослойку из крупнозернистого песка вокруг столба. Избежать разрушения можно было бы и через создание массивной ленты-ростверка, соединяющей эти опоры. Другой способ уменьшить подъем таких опор — заменить их на мелкозаглубленный столбчатый фундамент.

Выдавливание грунта

Выдавливание- наиболее ощутимая причина деформации и разрушения фундамента, заложенного выше глубины промерзания.

Чем его можно объяснить?

Выдавливание обязано суточному прохождению границы промерзания мимо нижней опорной плоскости фундамента, которое совершается значительно чаще, чем подъем опор от боковых сил сцепления, имеющих сезонный характер.

Чтобы лучше понять природу этих сил, мерзлый грунт представим в виде плиты. Дом или любое другое строение зимой оказывается надежно вмороженным 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 увлажнился весенней капелью. Темный грунт хорошо поглощает солнечные лучи и прогревается.

В звездную ночь ранней весной особенно холодно (рис. 8). Грунт под свесом крыши сильно промерзает. У плиты мерзлого грунта снизу вырастает выступ, который мощью самой плиты сильно уплотняет грунт под собой за счет того, что влажный грунт при замерзании расширяется. Силы подобного уплотнения грунта огромны.

Рис. 8

Плита мерзлого грунта толщиной 1,5 м размерами 10×10 м будет весить более 200 т. Примерно с таким усилием и будет уплотняться грунт под выступом. После подобного воздействия глина под выступом «плиты» становится очень плотной и практически водонепроницаемой.
Наступил день. Темный грунт у дома особенно сильно прогревается солнцем (рис. 9). 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 взвесью глинистых частиц. Дом при этом удерживается силами сцепления фундамента с плитой мерзлого грунта и опорой по остальному периметру.

Рис. 9

С наступлением ночи полости, заполненные водой, замерзают, увеличиваясь в объеме и 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 и ночей опора, если она не сильно загружена, поднимается порой на 10 — 15 см, как домкратом, опираясь на весьма сильно уплотненный грунт под плитой.

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 выше глубины промерзания, то давление мерзлого грунта поднимает фундамент, и тогда его разрушение неизбежно (рис. 10).

Рис. 10

Интересно представить плиту мерзлого грунта, перевернутую вверх дном. Это относительно ровная поверхность, на которой ночью в некоторых местах (где нет снега) вырастают холмы, которые днем превращаются в озера. Если же теперь вернуть плиту в исходное положение, то как раз 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, где присутствует неравномерность в прогреве грунта и в толщине снегового покрова. Именно по такой схеме в глинистых грунтах возникают ледяные линзы, хорошо известные специалистам. Природа возникновения глинистых линз в песчаных грунтах такая же, но протекают эти процессы существенно дольше.

Подъем мелкозаглубленного фундаментного столба

Подъем фундаментного столба мерзлым грунтом осуществляется при ежесуточном прохождении границы промерзания мимо его подошвы. Вот как этот процесс происходит.

До того момента, пока граница промерзания грунта не опустилась ниже опорной поверхности столба, сама опора неподвижна (рис. 11, а). Как только граница промерзания опускается ниже подошвы фундамента, «домкрат» пучинистых процессов сразу включается в работу. Пласт мерзлого грунта, находящегося под опорой, увеличившись в объеме, поднимает её (рис. 11, б). Силы морозного пучения в водонасыщенных грунтах весьма высоки и достигают 10…15 т/м2. С очередным прогревом пласт мерзлого грунта под опорой оттаивает и уменьшается в объеме на 10%. Сама опора удерживается в поднятом положении силами своего сцепления с плитой мерзлого грунта. В образовавшийся зазор под подошвой опоры просачивается вода с частицами грунта (рис. 11, в). Со следующим понижением границы промерзания вода в полости замерзает, а пласт мерзлого грунта под опорой, увеличиваясь в объеме, продолжает подъем фундаментного столба (рис. 11, г).

Рис. 11

Следует обратить внимание на то, что этот процесс подъема опор фундамента имеет ежесуточный (многократный) характер, а выдавливание опор силами сцепления с мерзлым грунтом — сезонный (один раз за сезон).

При большой вертикальной нагрузке, приходящейся на столб, грунт под опорой, сильно уплотненный давлением сверху, становится слабопучинистым, да и вода из-под самой опоры в процессе оттаивания мерзлого грунта выжимается сквозь тонкую его структуру. Поднятия опоры в этом случае практически не происходит.

Пучинистый грунт – это почвенный массив, который в зимний период года расширяется и оказывает сильное давление на стенки фундамента. Оно приводит к разрушению конструкции, ее «выталкиванию» из котлована.

Воздействие давления при пучении на фундамент

Существуют виды конструкций для возведения в таких условиях и перечень правил для работы: от правильной глубины заложения фундамента до армирования.

Расчет интенсивности пучения на участке

Чтобы произвести расчет степени пучения грунта на стройплощадке своими руками, необходимо воспользоваться формулой: E = (H— h) / h, в которой:

  • Е – отвечает степени пучинистости грунта;
  • h – высоте грунтового массива до замерзания;
  • H – высоте грунтового массива после промерзания.

Чтобы сделать расчет степени, необходимо сделать соответствующие замеры в летнее и зимнее время. Пучинистой можно считать почву, высота которой изменилась на 1 см при промерзании на 1 м. С этом случае «Е» будет равняться коэффициенту 0.01.

Процессам пучения больше подвержены грунты, в которых есть большое содержание влаги. Она при замерзании расширяется до состояния льда и тем самым поднимает уровень грунта. Пучинистыми считаются: глинистые почвы, суглинки и супеси. Глина, из-за наличия большого количества пор, хорошо удерживает воду.

Что такое пучинистый грунт и чем он опасен? (видео)

Как снять воздействие пучения на грунт?

Существуют простые способы снять пучение вокруг фундамента своими руками:

  1. Замена слоя грунта под и вокруг основания на непучинистый слой.
  2. Закладка фундамента на грунтовый массив ниже слоя промерзания.
  3. Утепление конструкции для предотвращения замерзания грунта.
  4. Водоотвод.

Первый способ – самый трудоемкий. Для этого необходимо вырыть котлован под фундамент, глубиною ниже уровня замерзания земли, пучинистый грунт вывезти, а на его место засыпать сильно утрамбованный песок.

Читайте также: обустройство песчаной подушки для строительства фундаментов на пучинистых грунтах.

Он показывает высокую несущею способность и не удерживает влагу. Большой объем земельных работ делает его наименее популярным, хотя он и является эффективным способом побороть пучение. Эта техника эффективна для заложения малоэтажных зданий, мелкого заглубления, например, сарая.

Особенностью второго способа является снятие влияния пучения на подошву фундамента, но его сохранение при воздействии на стенки основания. В среднем боковое давление на стенки составляет 5 т/1 м2. С его помощью можно возводить дома из кирпича.

Третий способ позволяет сделать незаглубленный фундамент под частный дом своими руками в условиях пучения. Суть метода заключается в заложении утеплителя по периметру фундамента на всю его глубину. Расчет материала делается так: если его высота равна 1 м, то и ширина утеплителя должна составлять 1 м.

Чтобы сделать отвод воды вокруг дома или сарая, нужно построить дренаж. Он представляет собой канаву на расстоянии 50 см от постройки, глубина которой такая же, как уровень заложения конструкции. В дренажную траншею укладывают перфорированную трубу под техническим уклоном и оборачивают ее в геотекстиль, а затем заполняют гравием и песком крупной фракции.

Ниже — рассмотрим типы оснований, которые могут применяться на почве, склонной к пучению.

Читайте также: особенности и нюансы прокладки канализации под фундаментом.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент на пучинистых грунтах

Эффективным способом сделать крепкое основание для дома или сарая является мелкозаглубленный (малого заложения) ленточный фундамент на пучинистых грунтах. Это бетонная лента с элементами армирования, обустроенная по всему периметру здания и в местах пролегания несущих стен. Чтобы выстроить незаглубленный фундамент своими руками, необходимо следовать таким этапам:

  1. Вырыть котлован/траншею, глубиною 50-70 см. Расчет ширины делается, исходя из ширины самого основания в сумме с опалубкой, утеплителем или гидроизоляцией, а также декором.
  2. Заложить откосы открытой траншеи гидроизоляций. С этой целью применяется толь, пленка.
  3. Засыпать выемку слоями утрамбованного песка по 20-30 см каждый. Для утрамбовки материал периодически смачивается водой.
  4. Поставить опалубку из любого доступного материала (доска, ламинированная фанера).
  5. Выстелить на песок гидро защитный барьер.
  6. Сделать армирующий пояс с диаметром прутьев 12 мм.
  7. Залить незаглубленный фундамент бетонным раствором.
  8. Заложить второй слой армирующего пояса в незаглубленный фундамент по жидкому раствору (особенность, которую требует только мелкозаглубленный тип основания)

Для соединения арматуры сварка не применяется. Чтобы незаглубленный фундамент был жестче, используется проволока длиной 20 см.

Столбчатый фундамент на пучинистых грунтах

Конструкция может применяться для заложения дома или сарая на пучинистых грунтах, уровень промерзания которых не превышает полтора метра. За свою основу столбчатый фундамент взял готовые сваи. Их высота достигает 3-4 м.

Ленточный фундамент с дренажом на пучинистом грунте

Если в планах возвести небольшое здание, то эффективны такие виды сваи, как забивные из дерева или железобетона, а также винтовые. Дерево – это менее долговечный материал для фундаментных целей.

Столбчатый фундамент закладывается ниже уровня промерзания почвы, поэтому сохраняется лишь боковое давление пучения. По сравнению с заглубленными ленточными конструкциями, оно незначительно, так как площадь сваи меньше.

Среди всех типов столбов для основания – винтовые сваи для фундаментов самые удобные. Чтобы сделать столбчатый фундамент с их помощью, не нужно бурить скважины. Всю работы сделают винтовые лопасти.

Читайте также: как построить столбчатый фундамент из труб?

Свайной конструкции доступны все водянистые типы грунтов: заболоченные, сырые участки. Для придания постройке жесткости, столбы связываются опорно-анкерными площадками. Для этого столбы ввинчиваются в грунт.

На их поверхности нужно сделать опалубку, выложить арматурный каркас, сшитый металлической проволокой и залить бетонной смесью. Расчет уровня расположения бетонной ленты равен поверхности почвы или чуть ниже.

Технология ТИСЭ – новый способ противодействия пучению

Для заложения фундамента своими руками наиболее доступной конструкцией является ТИСЭ. Она представляет собой опорно-столбчатый фундамент, сваи которого соединены ростверком. Тисэ может использоваться для кирпичного, каркасного или каменного строительства.

Среди преимуществ заложения свай ТИСЭ своими руками: экономичность (сравнивая мелкозаглубленный ленточный фундамент и ТИСЭ, разница составляет в 4 раза в пользу второго), возможность обойтись без спецтехники и электричества, возможность удобной прокладки коммуникаций.

Устойчивость к пучению конструкции ТИСЭ обеспечивает наличие пространства между ростверком и почвой. С его помощью можно минимизировать уклон участка, например, использовать его ступенчатую конструкцию, если уклон стройплощадки больше 10˚.

Фундамент ТИСЭ на пучинистом грунте

Фундамент ТИСЭ обязательно армируется по периметру ленты. Расчет количества прутьев делается так, чтобы их общий диаметр составлял 8 см. С помощью арматуры нужно сделать два пояса: сверху и снизу.

Опалубка для ТИСЭ конструкции делается так:

  1. Покрыть столбы гидроизоляцией.
  2. Заложить в грунт деревянные колья, таким образом, чтобы их верхняя точка совпала с нулевым уровнем.
  3. Просыпать всю ширину ростверка и заподлицо песком.
  4. Прибить к кольям доски с выравниваем по нулевому уровню.
  5. Обезопасить опалубку ТИСЭ гидроизоляцией.

Плитный фундамент в условиях пучения

Существуют и другие способы сделать устройство фундамента на пучинистых грунтах. Кроме ТИСЭ, мелкозаглубленного и столбчатого основания, применяют плитный фундамент. Это монолитная железобетонная плита, которая противостоит пучению за счет большой площади подошвы.

Она эффективна при простой конструкции здания, когда фундамент представляет собой квадрат или прямоугольник. Расчет материалов показывает, что это самый дорогой, но не менее надежный вид сооружения. Изготавливается из бетона или железобетона.

Монолитный фундамент требует обустройства низкого цоколя. Расчет ширины монолитной плиты делается в зависимости от того, какой материал применяется для возведения стен.

Средний показатель отвечает параметрам от 15 до 35 см. 15 см подойдет, например, для деревянных конструкций, а 20 см – для кирпичных. Чтобы проложить инженерные коммуникации в плите, в ней заранее делаются отверстия соответствующего диаметра.

Какой тип фундамента выбрать — незаглубленный, столбчатый, плитный или ТИСЭ — зависит от возможности применить технику, размера дома, его конфигурации и материальных возможностей застройщика.

что это такое, как определить и классификация

Фундамент – основная часть любого строения, обеспечивающая прочность и устойчивость сооружений. Если работы осуществляют самостоятельно, то перед началом надо провести гидрогеологические исследования почвы. Чтобы с приходом морозов поверхность под конструкцией не увеличивалась в размерах, возведение проводят на непучинистом грунте. Существуют показатели, помогающие определить безопасный и устойчивый участок.

Основные понятия

Пучение – сезонное увеличение объема почвы, которое происходит после замерзания подземных источников. Под воздействием сил лед оказывает большое давление на фундамент, что приводит к изменению положения. Процессы выталкивания провоцируют растрескивание стен, грозящие перекашиванием дверей и окон. Если влага попала в основу здания, то постепенно разрушит цокольное перекрытие.

Замерзшая вода увеличивается в объеме, что усиливает расширение грунта на 9%. Из-за высокой плотности подземные слои не могут сжаться, поэтому движутся вверх. Если силы пучения не уравновешиваются, то фундамент под давлением «выжимают» из почвы. Регулярные сезонные колебания негативно отражаются на целостности основы и здания.

Проблемы при возведении фундаментаИсточник svaimania. ru

Скорость и глубина промерзания зависят от температуры, продолжительности холодных дней и плотности снежного покрова. В зависимости от региона, грунт может находиться в ледяном состоянии от 3 до 9 месяцев. Через рыхлую землю проходит вода, не задерживаясь и не твердея. Пучинистые виды постепенно поглощают влагу, которая проникает на глубину 1,5 м. При устойчивых морозах капли замерзают и расширяются. 

Чем опасен пучинистый грунт Источник monolit-60.ru

В южных регионах земля почти не мерзнет, поэтому проблемы нет. В северных областях почва твердеет на 2,4 м, что приводит к деформации фундамента. Близкое залегание подземных вод способно кардинально изменить характеристики непучинистого грунта. Если строение возводят на склоне, то рельеф спровоцирует появление нестабильных участков в отдельных местах. 

Классификация и виды

Любая почва при увлажнении уплотняется и проседает. Обилие влаги на глубине промерзает, что приводит к деформации. При самостоятельном возведении конструкции надо провести гидрогеологические исследования, которые помогут определить тип грунта.

Вид почвы уточняют по ГОСТУ. По степени пучения делят на 5 групп:

  • Непучинистые. Включает твердые и песчаные (пылеватые) грунты, крупный гравий.
  • Слабопучинистые. Полутвердая глинистая земля с мелкими песчаными включениями. Участки расположены на холмах и возвышенностях, увлажнение происходит за счет атмосферных осадков.
  • Среднепучинистые. Тугопластичная глина и насыщенные влагой пылеватые почвы встречается в равнинах с затяжными склонами. Орошение осуществляется дождями, таянием снега и притоком подземных источников.
  • Сильнопучинистые. Участки на болоте, в тундре и вся земля, напитанная влагой
  • Чрезмернопучинистые. Мягкий пластичный грунт, который находится в окружении воды.

Непучинистый грунт не изменяет объем и характеристики при замерзании и оттаивании. К категории относят почву, в которой нет влаги или присутствует незначительное включение воды. Монолитные скалистые породы не трансформируются на холоде, поэтому при возведении конструкций не возникнет проблем. Массивы не впитывают воду, не проседают и выдерживают вес габаритных строений. Часто состоят из крупных горных кусков, смешанных с песком.

Пучинистые и непучинистые почвыИсточник gidfundament.ru

Сквозь хрящеватые (насыпные) виды жидкость проходит быстро, не задерживаясь и не изменяясь. Благодаря содержанию гравия и крупных частиц плохо размывается. При правильной подготовке участка масса обеспечит устойчивость к пучению.

Глинистые виды состоят из крохотных элементов, которые сильно впитывают воду. Строения на таких поверхностях быстро просаживаются, а при замерзании влага превращается в лед. В чистом виде сырье очень пластичное и мягкое. Суглинок на 20-30% состоит из основного вещества, супесь – 10%, остальное – добавки.

Песчаные виды классифицируют по размеру частиц. Из-за высокой капиллярной активности мелкого песка вода хорошо поднимается и сохраняется, как в промокашке. На уровень влияют не только подземные воды, но и тающий снег и дождь. Материал может удерживать влагу на глубине от 1,5 до 5 м, что при сильном холоде приводит к промерзанию и пучению.

Опасными считают плывуны, которые не подходят для возведения зданий любой сложности. Из-за высокой насыщенности водой участок быстро леденеет и вспучивается. После наступления теплой погоды почва размокает. Виды встречаются в заболоченных областях. 

Проблемный участок под строительствоИсточник gidfundament.ru
Планировка участка в 30 соток

Процесс затвердения грунта осуществляется сверху вниз. Скорость опускания границы между мокрой и замерзшей землей зависит от погоды. Проникшая в глину жидкость леденеет, выдавливая себя в верхние ярусы почвы. Крупнозернистые виды гальки и песка не сопротивляются, поэтому вода легко уходит и не провоцирует вытеснение.

Пучинистые явления часто уменьшают от веса конструкции. Основание фундамента сильно давит на грунтовый слой, что приводит к уплотнению и снижению удерживающих свойств. Чем крупнее строение, тем больше плотность и меньше степень оледенения.

Как определить характеристики

Степень пучинистости грунтов получают после гидрогеологического исследования. Если нет возможности провести замеры, то можно определить по физическим параметрам земли на участке. Самостоятельно получится узнать вид почвы, уровень подземных вод и показатель текучести.

Рядом с предполагаемой стройкой выкапывают две вертикальные узкие ямы, глубиной 1,5-2 м. Непучинистые крупный гравий и скальный монолит определяют визуально. Из среза шурфа берут пробу грунта для установления типа. Небольшое количество смачивают в жидкости. После увлажнения массу в ладонях скатывают в колбаску и загибают в кольцо. Материал из песка не получится собрать, супесь рассыпается на мелкие части. Держит форму глина, а суглинка распадается на 3 куска.

Узнать тип грунтаИсточник k-dom74.ru

Уровень залегания подземных вод можно вычислить самостоятельно. Если через сутки в шурфе не появилась жидкость, то скважину буром увеличивают еще на 1,5 м. Просочившаяся влага на поверхности грунта станет показателем глубины залегания. Минимальные параметры для слабопучинистых глины и песка – 2 м. 

Типы фундамента

Непучинистый грунт – отличный вариант при строительстве здания. При любом промерзании и влажности не нужна глубокая заливка. Неподвижная основа позволит возвести несущие конструкции с минимальными затратами сил и финансовых вложений.

Непучинистый грунт из габаритных скальных осколков или крупной гальки помогает создать крепкий и надежный фундамент. Снимают верхний растительный слой, вырывают неглубокую канавку (до 20 см), которую заливают строительным бетоном. После затвердения массы можно приступать к возведению строения.

Как обустроить основуИсточник sdelai-lestnicu.ru

Заглубленный фундамент для непучинистого грунта подойдет для дачного дома. На участке создают траншею, глубиной в 70 см. Яму наполняют крупным песком, тщательно утрамбовывают. Рассыпчатое сырье укладывают слоями, каждый из которых обильно орошают водой. Основу заливают бетоном, после высыхания приступают к возведению цоколя и стен.

Если грунт пучинистый сухой или подземные источники расположены ниже 2 м, то можно уменьшить расход стройматериалов, используя в котловане песок или гальку. На поверхности почвы ставят опалубку, в траншею высыпают рассыпчатые компоненты, потом выливают бетон.

При близком прилегании подземных источников пучинистого грунта придется создавать надежную конструкцию. Часто используют сваи (железные, винтовые), которые вбивают на уровень промерзания почвы. Для хозяйственных построек применяют столбчатый метод, для домов – бетонный ленточный.

Варианты исправления

Из-за высокой силы пучения промерзшая земля может поднять крупное сооружение. Чтобы предупредить деформацию фундамента, надо минимизировать возможность расширения основания. Существуют методы, которые позволяют превратить проблемный грунт в непучинистый. 

Изоляция

Процедура защищает фундамент от разрушительного воздействия воды, создает между почвой и бетоном промежуточный ярус. Из-за дополнительной конструкции ухудшается сцепление, грунт соскальзывает с поверхности основы, что снижает давление и уменьшает пучение. 

Улучшение характеристик основыИсточник sdelai-lestnicu.ru
Планировка участка на даче: 30 вариантов и идей

Неутепленный цоколь – хороший проводник холода от фундамента в почву. Утеплительный материал укладывают вокруг и под основой. Ширина сырья должна совпадать с уровнем промерзания грунта. Вариант подходит для невысоких дачных домиков и легких хозяйственных строений. В коттеджах цокольный этаж тщательно утепляют, иначе конструкцию после замерзания поведет.

Дренаж

Система водоотвода уменьшает негативное влияние близко пролегающих подземных источников. Дренаж поможет не только снизить содержание влаги в почве, но и частично перенаправить жидкость. Трубы монтируют на уровне глубины заливки фундамента. Конструкция должна быть в пределах утепления, иначе после промерзания разорвет сооружение. 

Как обустроить водоотводИсточник stroykarecept.ru

На расстоянии 50 см от основания выкапывают канаву, в которую под углом кладут трубу с перфорацией. Нижнюю часть выводят за пределы строения, в отдельный колодец. Яму засыпают крупным песком. Дренажные отверстия в скважине можно выполнить на расстоянии 2 м друг от друга. Процедура улучшит отток жидкости, уменьшая промерзание в холода.

Увеличение веса

Массивное строение оказывает давление на почву, что приводит к уплотнению. Чем тяжелее конструкция, тем меньше проявляются признаки пучинистого грунта. За счет замены строительных материалов здание надежно стоит, не двигается от промерзания и оттаивания земли. К минусам метода относят хлопотность способа и удорожание возведения. 

Плитный и конический фундамент

Для больших и многоэтажных сооружений уместно создание монолитного основания. Конструкцию закапывают в землю, а сверху начинают возводить цоколь со стенами. Морозное пучение давит на плиту, толщина которой 20 см. Грунт приподнимается зимой и возвращается в исходное положение весной. За счет массивности движения не оказывают негативного влияния на фундамент. К минусам способа относят большие финансовые затраты.

Вариант из плитИсточник rantac.ru

Основа конической формы помогает минимизировать нагрузку в холода. Конструкцию в виде усеченной геометрической фигуры с верхним сужением устанавливают ниже линии промерзания. В морозы затвердевшая земля поднимается, но из-за плохого сцепления с фундаментом осыпается. Технология защищает сооружение от искривления стен и растрескивания бетонных заливок.

Замена грунта

Трудоемкий и хлопотный метод позволяет полностью минимизировать проблему, сделав грунт непучинистым. Под основание вырывают котлован, глубина которого должна быть ниже уровня промерзания. Остатки земли вывозят, а яму заполняют сырьем с низким сцеплением. В качестве засыпки можно использовать

  • крупный песок;
  • гальку;
  • щебень;
  • осколки скальных пород.

Поэтапная планировка участка 10 соток

Материал укладывают слоями, плотно утрамбовывают и проливают водой. Метод обеспечивает отличные несущие характеристики, не задерживает влагу и не промерзает. Вокруг строения обустраивают дренажную систему, которая создает двойную защиту от поступления жидкости. Технология подойдет при возведении невысоких домов и хозяйственных построек. 

Изменение параметров почвыИсточник framehouse16. ru

Толщина проблемной части не должна превышать 2 м. Если пучинистый грунт расположен на глубине более 2,5 м, то придется перераспределить нагрузку. Перед процедурой проводят точные расчеты участка в вертикальной и горизонтальной плоскости. Неравномерная просадка дома грозит разрушением конструкции.

Засыпка после замены грунтаИсточник dombeton.ru

Термическое усиление

Если почву не относят к непучинистым типам, то улучшить характеристики поможет усиление. Технологию используют для укрепления фундамента на глубину в 15 м. В землю монтируют трубы или выкапывают скважины. В отверстия нагнетают горячий воздух, температура которого в пределах 600 С. 

Вариант для укрепления пучинистого грунтаИсточник undergroundexpert.info

После воздействия жара участок твердеет, теряет влагопоглощающие и выталкивающие свойства. Проблемная поверхность готова к возведению сооружения. Усиление по расходам обходится в 2 раза дешевле, чем полная замена грунта на гравий или песок. 

Силикатизация

Близкое расположение подземных вод делает участок непригодным к строительству. Стабилизация помогает увеличить прочность и уменьшает сжимаемость, не нарушая структуры покрова. Чтобы укрепить грунт, в землю нагнетают химическое вещество.

Для пылеватых видов используют однорастворную силикатизацию. В почву подают жидкое стекло, которое смешали с фосфорной или серной кислотой. В результате реакции возникает гель, заполняющий, обволакивающий поры. После застывания участок становится более твердым и стабильным. На поверхности разрешают возводить здания и крупные конструкции. Двухрастворная силикатизация – скоростная технология подготовки места застройки, проходящая в 2 этапа. Вначале в грунт нагнетают стекло жидкое, потом – хлористый кальций. Из-за химической реакции появляется гель кремниевой кислоты. Активное затвердение проходит в течение 24 часов, но полностью завершается через 2 месяца.

Усиленный пучинистый грунтИсточник stroidomsk.ru

Силикатизация позволяет укрепить пучинистый грунт в большом радиусе от начальной точки. При процедуре не нужно использовать сложное оборудование. Метод помогает улучшить несущую способность почвы под основаниями строений и усилит котлованные откосы. Минус технологии – высокая стоимость химических реактивов .


Продуманная планировка участка в 15 соток

Заключение

Непучинистый грунт – идеальный вариант при создании фундамента. При строительстве не придется усложнять проект и подыскивать подходящее решение под требования участка. Определить характеристики почвы можно как при помощи гидрогеологических исследований, так и самостоятельно. Негативные качества проблемных мест минимизируют укреплением.

Устройство фундамента на пучинистых грунтах

Строительство на пучинистых грунтах всегда требует особого подхода к выбору фундамента. Силы пучения грунта способны разрушительно воздействовать на основание вашего дома, если оно построено неграмотно.

Наша компания, хоть и не занимается строительством фундаментов, но по роду своей деятельности – забивка свай – не раз сталкивалась с фактами, когда неверное устройство фундамента на пучинистых грунтах приводило к необходимости его ремонта или усиления.


Пучение грунта и его виды

Пучение — способность почвы увеличивать свои объемы из-за заледенения находящейся в ней влаги. Чем большим количеством воды пропитан грунт, тем сильнее он расширяется при минусовых температурах. Изменения объема объясняются разной удельной плотностью двух материалов, которая у воды составляет 1000 кг/м2, а у льда — 910 кг/м2.

Важно: увеличивающий в объеме грунт не может расширяться вниз, поскольку там расположены глубинные, несжимаемые пласты почвы, он поднимается в верх и давит на фундамент, выталкивая его из земли.

Склонность почвы к пучению непосредственно зависит от ее структуры — крупнообломочные, гравелистые и песчаные грунты практически не впитывают воду и не подвергаются пучению, тогда как расширение глины, суглинка, черноземов и супесей, впитывающих воду как губка, максимально. Особенно сильно пучение проявляется после затяжных дождей, длившихся в осенний период.

На фактическую величину пучения, помимо типа почвы, влияют два фактора:

Важно: от уровня промерзания зависит, какой по толщине пласт почвы будет расширяться, от глубины грунтовых вод — сила пучения: если УГГВ высокий, то верхние шары почвы будут постоянно влажными, что приведет к увеличению их пучинистости.


Рис.: Виды воздействия пучения на фундамент

Выделяют два разных по прикладному характеру вида пучения:

  • Вертикальное — действует снизу-вверх, выталкивая опорную часть фундамента. Вертикальное пучение проявляется, если подошва основания расположена в пласте промерзающего грунта, если она заглублена ниже уровня промерзания, вертикальные нагрузки на фундамент не действуют;
  • Касательное — выталкивание фундамента происходит в результате трения расширяемой почвы и стенок основания. Такие нагрузки значительно меньше чем вертикальные, однако если здание легкое (каркасный либо деревянный дом) и его вес не может уравновесить выталкивающие силы, проблемы возможны и без активных вертикальных нагрузок.

Важно: деструктивное влияние пучения на фундамент усугубляется тем, что весной, когда содержащийся в почве лед оттаивает, грунт уменьшается в объеме и дом проседает, часто неравномерно, что приводит к  разрушению и деформации ответственных элементов здания. 

Виды фундаментов на пучинистых грунтах

В основе надежности фундамента малых и средних зданий в условиях пучинистых грунтов лежит их способность сохранять устойчивость под влиянием касательных сил пучения.

Если крупные массивные здания, построенные с заложением фундамента на глубине ниже сезонного промерзания грунта, противодействуют касательным силам своей массой, то, чтобы эти силы не разрушили здание небольшой величины и массы, применяют следующие типы фундаментов:

применение ленточного фундамента на пучинистых грунтах

В пучинистых грунтах использованию подлежат исключительно фундаментные ленты глубокого заложения монолитного типа. Сборные конструкции неприменимы ввиду того, что из-за неуравновешенной нагрузки касательные силы пучения могут оторвать верхний пояс фундаментных блоков от нижнего. Важно: армирование фундамента в данном случае является обязательным — армокаркас обеспечивает пространственную жесткость ленты, что в случае воздействия на фундамент неравномерных деформаций защитит конструкцию от растрескивания.


Рис.: Варианты монтажа ленточного фундамента в пучинистом грунте

При строительстве легких зданий — домов из каркасных панелей либо дерева, низкий вес постройки не сможет уравновесить касательные силы пучения, даже если его опорная часть размещена ниже глубины промерзания почвы. В данном случае необходимо обустраивать ленту с уширенной подошвой, увеличенное сечение которой работает в грунте как анкер, препятствуя выталкиванию фундамента касательными нагрузками.

Применение монолитной плиты на пучинистых грунтах

Монолитный плитный фундамент классифицируется как незаглубленный. В условиях пучинистых грунтов он используется в двух случаях:
  • Для возведения тяжелых каменных домов, вес которых дополнительно усиливает устойчивость плиты к изгибам и уравновешивает выталкивающие нагрузки;
  • Для строительства небольших сооружений, обладающих низким весом, с которыми плита работает как «плавающая» конструкция.
Под понятием «плавающая» плита обозначается способность монолита, размещенного на поверхности грунта, опускаться и подниматься вместе с почвой. К такому фундаменту выдвигаются повышенные требования к устойчивости на изгиб (достигается за счет усиленного армирования и увеличения толщины), поскольку из-за неравномерного промерзания грунта (в центре дома почва всегда сохраняет плюсовую температуру) под фундаментом  образуется яма глубиной 10-20 см.


Рис.: Схема промерзания грунта под плитным фундаментом

Важно: на низкоплотных и просадочных грунтах строительство фундаментной плиты должно сопровождаться ее утеплением слоем ЭППС толщиной 10-15 см. и обустройством песчаной подсыпки толщиной 30-50 см. Такое решение обеспечивает равномерность промерзания грунта под периметром фундамент и, как следствие, отсутствие провала по центру плиты.


Мероприятия, противодействующие касательным силам пучения

Противодействовать касательным силам пучения при устройстве ленточного фундамента можно путем проведения ряда мероприятий:

  • строительство не сборного, а монолитного железобетонного фундамента
  • засыпка дна и пазух траншеи под фундамент песком: чем шире слой боковых пазух, тем меньше влияние касательных сил пучения
  • значительное увеличение глубины заложения фундамента с целью увеличить общую массу строения до такой величины, которая будет превосходить силы пучения
  • анкерное устройство фундаментов: расширение нижней части, на которое будут воздействовать реактивные, направленные вниз, силы пучения
  • подсыпка крупного песка для повышения общего уровня площадки: тем самым уменьшается глубина промерзания грунта под зданием
  • устройство дренажных траншей, что особенно актуально при высоком уровне грунтовых вод
  • мероприятия по утеплению фундамента
Материалы для Вас:

Свайный фундамент на пучинистых грунтах

На наш взгляд свайный фундамент на пучинистых грунтах – наиболее целесообразный вариант устройства фундамента. Судите сами: перечисленные выше мероприятия, которые не всегда эффективны и весьма дорогостоящие, в случае со свайным фундаментом не нужны.

Общая площадь поверхности свай, на которую будут воздействовать касательные силы пучения, настолько мала, что ими можно пренебречь.

Глубина погружения железобетонных свай варьируется в пределах 5-12 метров (для возведения многоэтажных зданий могут применяться составные конструкции общей длиной до 24 метров), что значительно ниже уровня промерзания грунта в любой точке России.

Рис.: Схема фундамента из ЖБ свай

Фундамент на свайных опорах переносит нагрузку от веса постройки на пласт глубинного несжимаемого грунта. Это позволяет строить здания в условиях высокого уровня грунтовых вод, где из-за низкой плотности пропитанной влагой почвы ленточные фундаменты не обеспечивают требуемой надежности.

Важно: при обустройстве свайно-ростверковых фундаментов на пучинистых грунтах, обвязка свай всегда делается висячей — поднятой над уровнем почвы на 30-40 см. Укладывать ростверк непосредственно на грунт нельзя, поскольку при расширении почвы его может оторвать от свайных опор.

Фундамент на забивных сваях пригоден для строительства в пучинистых грунтах зданий любой этажности и веса — от легких каркасных сооружений до многоэтажных домов. На такой фундамент не работают воздействия вертикального пучения, а касательные силы не оказывают на железобетонные сваи серьезных нагрузок.

Таким образом, при относительной доступности по стоимости, свайный фундамент в условиях пучинистых грунтов гораздо надежнее, чем более дорогостоящие ленточные и плитные фундаменты.

Полезные материалы

 

 

 

Свяжитесь с нами и мы произведём работы

Наша компания в самые короткие сроки осуществит для вас погружение свай – надёжного основания для строительства фундамента на пучинистых грунтах. 

Обращайтесь, наши специалисты ответят на любые вопросы по проведению свайных работ и свайным фундаментам

 
Наша компания занимается возведением свайных фундаментов — обращайтесь, поможем!

 

Несколько слов о пучинистом грунте | Прораб Бывалый

В комментариях под статьей «Особенности фундамента на винтовых сваях. » меня пару раз упрекнули в незнании что такое пучение грунта и как оно влияет на фундамент на винтовых сваях.

Решил более подробно раскрыть эту тему.

Хочу сразу сказать, что меня несколько удивляет стремление отдельных комментаторов ловить меня на незнании физических законов. Мне казалось, что тема моего канала — это строительство. И если я пишу что-то неправильно относительно какой-нибудь теории из физики, то наверно можно просто поправить или указать на неточность. Для этого и пишутся статьи в моем канале что бы можно было в ходе дискуссий понять, как правильно, а не кто самый умный.

Начну с того, что у людей есть некоторая путаница относительно определения пучинистых грунтов. Это происходит от того, что в определении этого грунта мелькает слово «глинистый».

Вот как определяет такой грунт СНиП 2.02 01 83 актуализированная редакция (сп 22.13330 2011 основания зданий сооружений):

6. 8.2 К пучинистым грунтам относятся глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, имеющие к началу промерзания влажность выше определенного уровня (ГОСТ 25100). При проектировании фундаментов на основаниях, сложенных пучинистыми грунтами, следует учитывать возможность повышения влажности грунта за счет подъема уровня подземных вод, инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.

То есть речь не идёт о плотных слоях глины.

Речь идёт о суглинке. О достаточно пористом грунте. Причем ещё одним фактором является наличие влажности ПРЕВЫШАЮЩЕЙ определенный уровень. Получается что если на вашем участке присутствует такой грунт но к началу промерзания в нём мало влаги то он не будет представлять серьёзную угрозу вашему фундаменту.

В такой грунт винтовая свая достаточно легко закручивается и вполне способна его проходить. Но нельзя отрицать обжимания винтовой сваи при промерзании такого грунта и появлении силы пытающейся выдавливать сваю наверх.

Конечно, самое правильное решение добиться углубления лопастей винтовой сваи ниже глубины промерзания грунта. Но тут надо заметить, что если в нормативе указано глубина промерзания равна 1,8 метра, то это не значит, что каждую зиму грунт под фундаментом будет промерзать на эту глубину.

Обычно высчитывается максимальное значение при самых неблагоприятных условиях. То есть, например зимой в течении недели температура не подымается выше минус тридцати градусов и при этом снежный покров отсутствует или очень небольшой. Именно при таких обстоятельствах грунт может промерзнуть на максимальную глубину.

Кстати что бы не зависеть от погодных условий можно утеплить грунт вокруг фундамента и тем самым снизить риск глубокого промерзания.

Не надо забывать что кроме пучинистых есть так же и набухающие грунты.

Это грунт способный впитывать влагу как губка и набухать, а при высыхании он начинает усаживаться.

Конечно такой грунт при насыщении влагой поздней осенью зимой промерзнет и увеличится в объеме.

Резюмируя могу сказать что при выборе фундамента надо учитывать все факторы вашего участка. И морозное пучение для климатических условий России безусловно будет одним из самых важных.

Если окажется что единственно надежным вариантом будут винтовые сваи, то надо использовать именно их. Но надо обязательно постарается смонтировать фундамент так что бы потом не бороться с возникшими зимой проблемами.

Я уже писал что не являюсь сторонником винтовых свай но это не значит что категорически не приемлю их использование. Ведь не зря индивидуальное строительство так называется. Каждый должен сам решать для себя что ему подходит и что будет правильным на конкретном участке.

Надеюсь на адекватное обсуждение в комментариях.

Приглашаю подписываться на мой канал, я постараюсь сделать его интересной площадкой для дискуссий на строительные темы)

Просадочные и пучинистые грунты в геотехнике

Объемные изменения в грунтах оснований во многих случаях отражаются отрицательно на состоянии возведенных на них сооружений, и задача специалиста геотехника— установить возможность развития таких явлений и определить меры борьбы с ними.

Объемные изменения могут возникнуть под действием многих причин, главнейшими из которых являются промерзание и высыхание.

Пучинистые грунты

Чем больше глинистых частиц в грунтах и в скальных породах основания, чем легче сооружение и менее глубоко заложен фундамент и чем больше глубина промерзания, тем больше опасностей для сооружения. Грубозернистые грунты мало изменяются в объеме при промерзании, так как в лед превращается только та вода, которая непосредственно содержится в порах грунта. Глинистые фракции в тонкозернистых грунтах обладают способностью постоянно абсорбировать воду из нижележащих слоев, которая, замерзая, образует тонкие прослойки льда, поэтому горная порода имеющая в составе глинистые грунты относится к пучинистым грунтам. Накопление частиц льда после длительного, периода промерзания приводит к морозному пучению грунта, достигающему иногда нескольких десятков сантиметров, что особенно вредно отражается на легких постройках или на недостаточно прочных частях сооружений, например на оконных парапетах подвальных этажей. Явления морозного пучения грунтов известны давно, и мероприятия по их предотвращению изложены в строительных нормах. Наиболее простым способом избежать последствия морозного пучения является увеличение глубины заложения фундаментов. Также, в современной геотехнической практике распространены методы утепления покровных слоев грунта за счет укладки теплоизоляционных гидрофобных плит по периметру здания или сооружения. Вид утеплителя, толщина и площадь покрытия обычно определяются расчетным методом на этапе проектирования.

Возможность объемных изменений в скальных породах часто остается без внимания. Например на складе для хранения семян Минсельхоза России в Краснодарском крае, построенного на песчанистых мергелях мелового возраста, фундаменты наружных кирпичных стен заложены на глубину от 0,8 до 1,2 м, а колонны заглублены на 1,8—2,0 м. После нескольких лет эксплуатации в здании появились трещины, поломались окна, что как оказалось, явилось следствием пучения скального основания стен, но не более глубоко посаженых колонн. Непосредственной причиной этих повреждений явились вертикальные деформации продольных жестких балок в сооружении, которые сначала были отнесены за счет осадки колонн. Однако при более детальном обследовании выяснилось, что в основании наружных стен между прослоями мергелей образовались включения льда.

Причинами повреждения некоторых зданий, являются также морозное пучение грунтов под полом неотапливаемых подвальных помещений и проникновение в них весенних талых вод из-за недостаточной гидроизоляции и покрытий полов от более тяжелых и глубже заложенных и вследствие этого менее выпучиваемых колонн.

Очень часто происходит морозное пучение глинистых грунтов в основании зданий холодильников, возникающее после нескольких лет их эксплуатации, несмотря на теплоизоляционные устройства. Грунты в периферийной части основания холодильника прогреваются потоком тепла, поступающего из окружающей среды, и не промерзают, а грунты в центральной части промерзают и пучатся на высоту десяти и более сантиметров, что ведет к серьезным повреждениям сооружения. Во избежание этого явления холодильники рекомендуется строить с подвальными помещениями или с искусственно подогреваемым покрытием в подошве.

Просадочные грунты

Высыхание, связанное с изменением объема грунта,—другая причина повреждений зданий. Довольно часто происходят разрушения зданий в результате естественных процессов высыхания и просадки меловых и третичных глин. В районах распространения лондонских глин это явление приняло такие размеры, что научно-исследовательскому строительному институту пришлось провести специальную разъяснительную компанию среди населения.

Повреждения возникают в стенах южной экспозиции, в основании наружной части которых влажность грунта уменьшается на несколько процентов по сравнению с основанием внутренней части. В результате происходит перекос фундамента здания, и в его стенах появляются вертикальные трещины или, если перекрытия конструктивно усилены, образуются косые трещины. Поэтому часто повреждаются углы сооружений.

Известно вредное влияние на сооружения корней деревьев корни которых распространяются широко вокруг фундаментов зданий и являются причиной понижения уровня подземных вод и снижения влажности глинистых грунтов, что приводит к просадке грунта. Особую осторожность необходимо проявлять при посадке тополей, так как они обладают развитой корневой системой, которая способна вытеснять грунты в основании фундаментов.

Дренирующий песчаный слой, подстилающий глинистый пласт, может привести к осушению последнего на всю его мощность. В этом случае в грунте появляются вертикальные трещины, распространяющиеся на мостовые, садовые ограждения и небольшие постройки. Смыканию во влажный период времени трещин, образовавшихся в стенах тех или иных сооружений, препятствуют попадающие в них обломки кирпича и цемента.

В районах распространения глинистых грунтов следует строить высокие, предпочтительно тяжелые здания. Поверхность грунта на участке застройки должна быть закрытой, свободной от рыхлых насыпей. Если этого нет, необходимо принять меры предосторожности. Влаголюбивые деревья, такие как тополь или ивы, должны рассаживаться далеко от стен сооружения (минимальное расстояние, согласно британским строительным нормам составляет 7,5 м). Вокруг здания вместо газона следует делать отмостку. В сухое время года ближайшие к зданию газоны должны поливаться, и воде, стекающей с крыш, надо давать возможность частично просачиваться в грунт. Европейские строительные нормы предусматривают заложение на глубину не менее 1,4 м, причем, если здание оборудовало котлом для отопления, глубина фундамента отсчитывается от пола подвального помещения.

На кирпичных заводах высыхание глинистого грунта вокруг обжиговых печей ведет к неравномерной просадке грунта и повреждению конструкций. Мерой предосторожности служит укладка под печи слоя гравия, насыщенного водой. Несомненный интерес представляет обратное явление — подъем поверхности грунта по окончании эксплуатации завода. Так, например, в Кемеровской области фундаментная железобетонная плита коксового завода, строящегося на территории старого завода, поднялась примерно на 12 см. Грунты в основании завода представлены неогеновыми глинами; несмотря на неравномерное поднятие грунта, железобетонная плита не испытала повреждения, но сооружения завода, как правило, очень чувствительны к неравномерным деформациям основания.  Известен другой случай когда на Серовском металлургическом заводе пилоны литейного корпуса, дали осадку после 30 лет эксплуатации. Это обстоятельство отразилось на неравномерном вертикальном смещении подкрановых путей и было вызвано искусственным понижением (после реконструкции завода) первоначально высокого уровня грунтовых вод, за которым последовала потеря влажности глинистых грунтов вблизи печей.

Особый характер повреждений зданий может быть связан с увеличением объема некоторых горных пород.

Наша организация предлагает комплексный подход с целью разработки проектов оснований и фундаментов, в том числе с учетом факторов просадки и пучения грунтов.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ

<ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

Более полную информацию по разработке проектов оснований и фундаментов, по выполнению расчетов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

<НАЗАД

Устройство фундаментов на пучинистых грунтах

11.05.2013 04:18

Какие грунты пучинистые

Строительство фундаментов на пучинистых грунтах очень ответственное и непростое занятие. Выполняя проектирование фундаментов на пучинистых грунтах,  в расчётную схему включают силы воздействия на фундамент как постоянные, так и временные. Помимо них, нужно учесть воздействие на

фундамент усилий со стороны грунта, пик воздействия которых выпадает на зимний период времени  и имеет название – морозное пучение грунтов. Грунт, наиболее подверженный силам морозного пучения, именуется пучинистым грунтом.

Самостоятельно выполнить расчёт пучинистости грунта можно по формуле:

Е = (H-h)/h,

  • E – степень пучинистости грунта
  • h – высотная отметка грунта до замораживания
  • H —  высотная отметка грунта после замораживания ( вспучившегося грунта)

По этой формуле определяется величина, на которую происходит изменение объёма земляных масс после замораживания. Грунты называются пучинистыми, если коэффициент пучинистости их превышает значение 0.01 (Это означает,  что грунт при промерзании на глубину один метр увеличил свой объём на 1 сантиметр).

Увеличение объёма грунта происходит из-за расширения молекул воды в грунте при замерзании. В связи с этим становится ясно, что понятие пучинистость грунтов полностью зависит от количества имеющейся в них воды. Чем воды в грунте больше, тем больше грунт будет подвержен силам морозного пучения. К пучинистым грунтам относят все грунты, в составе которых есть большое количество глины ( суглинки, супеси и т.д.).  Глина имеет очень много воздушных пор, которые впитывают воду и удерживают её. Чем больше в грунте примесей глины, тем больше будет пучиниться грунт.

Устройство фундаментов на пучинистых грунтах

Необходимо знать, что сила морозного пучения настолько велика, что легко поднимает целые дома, при этом разрывая неправильно установленный фундамент здания. Для того,  чтобы обезопасить свой дом от таких воздействий, необходимо предпринять меры, направленные против действия сил морозного пучения.

Как избежать морозного пучения грунта

Способ 1

Самым радикальным способом противодействию пучинистости грунта является замена пучинистого грунта на непучинистый. Реализуется этот метод просто: пучинистый грунт экскаватором  выкапывают, а на его место засыпают карьерный песок, с послойным трамбованием. Засыпаемый песок должен иметь большой коэффициент фильтрации, при котором вода будет быстро проходить через песок и не задерживаться в нём. Такое подготовленное основание — очень надёжное, и является лучшим для установки фундамента под дом. Данный способ очень эффективен, но, в тоже время, очень затратный по деньгам. Он включает в себя затраты на механизмы, с помощью которых грунт будут выкапывать и увозить, и материалы на обратную засыпку. Чем больше объём земляных масс, тем больше затраты.

Способ 2

Вторым способом в борьбе с пучинистостью грунтов  является устройство фундаментов ниже глубины промерзания грунта. При таком глубоком заложении подошвы фундамента сила морозного пучения на него  снизу действовать не будет. Соответственно вверх фундамент уже никогда не поднимется и не лопнет. Но останется боковое воздействие замороженного грунта на стены фундамента. Такое воздействие в разы ниже того, что действует снизу, но и оно может принести немало хлопот хозяину дома. Если дом будет лёгким (каркасным), то сил бокового трения будет достаточно чтобы его приподнять, а вместе с этим принести всё те же проблемы связанные с заклиниванием окон, перекашиванием дверей и т.д. Поэтому этот способ подходит для строительства фундамента под тяжёлые каменные дома.

Способ 3

Данный способ заключается в уменьшении сил морозного пучения за счёт утепления фундамента. Зачем утепляют фундамент подробно описано на нашем сайте. Кратко поясним действие этого способа. В основание фундамента перед заливкой укладывают утеплитель в виде прочного экструдированного пенополистирола. Толщина и ширина утеплителя должна соответствовать величине глубины промерзания почвы и является расчётным показателем. После бетонирования выполняют гидроизоляцию стен фундамента и также утепляют. После утепления откосы фундамента засыпают песком. Такой способ наименее затратный и идеально подходит для строительства деревянных домов.

Способ 4

Реализация этого метода включает в себя полное отведение воды от стен фундамента. Это становится возможно только после того как выполнить пристенный дренаж фундамента, который имеет ещё одно название – глубинный дренаж. Труба дренажная перфорированная из полиэтилена или асбестоцемента закладывается параллельно стенам фундамента и ниже на 30 -40 см подошвы фундамента. После укладки дренажную трубу засыпают щебнем фракции 20-40мм, а поверх щебня песком. Таким образом, вода, попадающая в грунт, будет проходить через песок и щебень и попадать в дренажную трубу, по которой будет удаляться за пределы участка.

Руководствуясь четырьмя способами, которые компания АСК Эгида подготовила в виде инструкции в  помощь дачнику, Вы сможете легко и дёшево построить фундамент на пучинистых грунтах своими руками.

Если выполнить устройство бетонного фундамента своими руками для Вас сложно, мы с удовольствием Вам поможем и предложим эксклюзивные цены:

 

Монтаж ленточного фундамента цена

 

 

Монтаж фундамента на винтовых сваях цена

 

 

 

Монтаж фундамента бетонная плита цена

 

 

 

 

 

 


Пучинистые грунты — не проблема при правильном подходе

Для возведения фундамента пучинистые грунты являются определенной проблемой, которая подразумевает учет силы воздействия, массы и предполагаемой нагрузки. Это в первую очередь относится к глинистой, пылеватой и мелкозернистой земле. В зимний период вода, находящаяся в слоях почвы, замерзает и вспучивается, причем происходит процесс неравномерно. В связи с этим осадка строения может таить определенную угрозу, приводя к деформациям в несущих конструкциях. В таком случае очень важно правильно устроить фундамент. Свойства грунта оказывают на него непосредственное воздействие, поэтому их следует учитывать в первую очередь.

Сначала выбирается тип фундамента, способный обеспечить надежность всей конструкции. Там, где присутствует пучинистый грунт, если выбрано столбчатое основание для крупногабаритного здания, то нужно закладывать его ниже глубины промерзания почвы. Для частных строений такой вариант не подходит, так как сила пучения способна выдавить фундамент, нагрузка от которого гораздо ниже. В частном строительстве, как правило, выполняются незаглубленные и мелкозаглубленные основания из столбиков.

Что касается ленточного фундамента, то его также допускается устанавливать на пучинистые грунты. Однако мелкозаглубленные варианты разрешается использовать только при глубине промерзания грунта, не превышающей 1,7 метра. В зависимости от пучинистости почвы, выбирается тип ленточного фундамента. На землях со слабой подвижностью можно применять бетонные блоки без жесткого соединения. Однако в остальных случаях требуется жесткая сцепка или монолитный железобетон. Конструкции на основе свай не получили широкого распространения в индивидуальном строительстве, так как подразумевают привлечение специальной техники.

Какие же действия можно произвести, если на участке присутствуют пучинистые грунты? Самый радикальный вариант заключается в том, чтобы вырыть котлован, глубина которого будет превышать уровень промерзания земли. В дальнейшем он засыпается утрамбованным песком, выступающим в качестве прекрасного основания для фундамента. Данный способ можно считать самым надежным, но в таком случае финансовые расходы будут очень серьезными, что в первую очередь обусловлено большим объемом работ.

Другим приемом, способным положительно повлиять на пучинистые грунты, является утепление. Особенно это актуально при возведении легких малозаглубленных строений. Укладывая на землю по периметру фундамента теплоизоляционный материал, можно избежать замерзания этого грунта. Ширина утеплителя должна соответствовать глубине промерзания. Что касается толщины теплоизоляции, то она подбирается индивидуально. Также можно попробовать отвести воду от дома: если не будет ее, то не произойдет вспучивания грунта. Для воплощения этой идеи в жизнь создается дренажная система, способная обеспечить качественный отвод. Таким образом, вода из грунта будет уходить в сторону, не оказывая негативного влияния на почву.

Обширные почвы и повреждения домов, как свести к минимуму

Экспансивные почвы набухают при намокании и сжимаются при высыхании. В большинстве лет они нанесут ущерб большему количеству домов в Соединенных Штатах, чем землетрясения, наводнения, ураганы и торнадо вместе взятые. К сожалению, страховые полисы домовладельцев не покрывают ущерб от обширных почв.

Как бы странно это ни звучало, первое соображение при определении того, является ли дом структурно прочным, основано на том, на каком грунте построен дом и есть ли какие-либо «геотехнические» проблемы.

Домовладельцы и покупатели

  1. Что такое экспансивные почвы
    • Как узнать, есть ли у вас обширные почвы
    • Источники влаги
  2. Почему экспансивные почвы наносят ущерб
  3. Признаки расширяющихся грунтов
  4. Как быть активным; Снижение влажности

25% всех домов в США трескаются или повреждаются из-за обширных почв

По оценкам, в США более половины всех домов построены на неустойчивых или проблемных почвах, и что половина этих домов в той или иной форме будет иметь повреждения или структурные проблемы.По данным Общества инженеров-строителей, в основном 1 из 4 домов подвергается некоторому повреждению. К счастью, большинство этих проблем можно уменьшить или избежать, если владелец проявит инициативу

.

1. Что такое экспансивные грунты

Экспансивные почвы — это почвы, характеризующиеся наличием набухающих глинистых минералов, способных поглощать значительное количество молекул воды. Это почва, которая подвержена большим объемным изменениям набухания и усадки, которые напрямую связаны с изменениями содержания воды.

  • Когда обширные почвы набирают влагу, они расширяются или набухают
  • Когда расширяющиеся почвы теряют влагу, они сжимаются или теряют объем

Как определить, что почва экспансивная

Существуют различные источники, которые помогут вам определить, есть ли в вашем районе обширные почвы.

  1. Геологические карты, охватывающие всю территорию США, а также карты штата и местные карты, показывающие характеристики почвы в вашем районе.
  2. Внешний вид почвы.
  3. Иногда между фундаментом и грунтом, который оторвался от фундамента, может образоваться зазор. Этот зазор может быть шириной 1/2 дюйма или 1 1/2 дюйма.
  4. Местный строительный отдел часто может решить вопрос о составе почвы в вашем районе.
  5. Геолог, почвовед, подрядчики по земляным работам и другие специалисты обычно имеют информацию о местных почвах.

Вы можете видеть или не видеть трещины в расширяющихся грунтах

Различные типы расширяющихся грунтов расширяются в разных объемных соотношениях.Когда почва влажная или в сезон дождей, вы можете не увидеть трещин, а когда почва сухая, например, в жаркое время года или в районах с жарким климатом, вы можете увидеть трещины.

Трещины часто имеют многоугольную форму и могут быть как мелкими, так и глубокими, а в экстремальных условиях могут достигать глубины 30 футов. На фото трещины в грунтах с высоким содержанием глины.

Источники влаги

2. Почему экспансивные почвы наносят ущерб

Если фундамент сдвинется или будет поврежден, конструкция поверх фундамента может быть повреждена.Ущерб может варьироваться от нескольких незначительных трещин или проблем до дорогостоящих и серьезных структурных проблем.

  • В некоторых районах расширяющиеся грунты могут нанести значительный ущерб фундаменту, поскольку существуют типы расширяющихся грунтов, которые могут оказывать на фундамент подъемное давление до 5500 (PSF) фунтов на квадратный фут. Это может легко треснуть или повредить фундамент.
  • Может расширить почву вверх под фундаментом на 6 или 8 дюймов. Это приведет к наклону полов, а также к множеству других проблем с домом.
  • Обширные почвы могут поднять одну сторону или один конец дома, но не другой.

Чрезмерно влажная глинистая почва

Если глинистая почва становится чрезмерно влажной и приобретает консистенцию, близкую к глинистой, она теряет большую часть своей способности выдерживать вес фундамента и дома. Так же, как когда вы идете по грязной местности, ваши ноги погружаются в грязь; дом делает то же самое, если глинистая почва становится слишком влажной. Поэтому очень важно, чтобы планировка вокруг дома была спроектирована таким образом, чтобы сток дождевой воды быстро рассеивался.

Сезонные изменения и спринклерные системы

Смена сезонов часто приводит к влажным и засушливым периодам, когда почва может быть влажной в течение нескольких месяцев, а затем высыхать в течение нескольких месяцев, в результате чего фундамент или плита приподнимаются или поднимаются в течение сезона дождей, а затем опускаются или сжимаются в течение нескольких месяцев. Эти сезонные циклы движения вверх и вниз (вздутие и усадка) повреждают бетон, хрупкий и негибкий по своей природе материал. Теперь продолжайте это в течение многих лет, и легко увидеть, как происходит повреждение.

Еще одна вещь, которая происходит, это то, что каждый раз, когда фундамент поднимается, а затем опускается обратно, он не полностью опускается в исходное положение, поэтому он поднимается лишь немного выше, чем в прошлом цикле. Во-вторых, весь фундамент не опускается равномерно, а имеет высокие и низкие участки, что приводит к наклону или наклону фундамента в некоторых местах или растрескиванию из-за нагрузки от неровной опоры грунта.

Неравномерное движение (неравномерное движение) также может быть вызвано дифференциальным набуханием из-за карманов влажной почвы рядом с участками сухой почвы.Этому могут способствовать дождевальная система, плантаторы или особенности ландшафтного дизайна. Если дом имеет тропический ландшафт на одном конце, который требует много воды, и ландшафт пустынного типа на другом конце, то высота на одном конце может отличаться на дюйм или больше, чем на другом конце.

Различные области фундамента могут подвергаться большему движению, чем другие. Углы являются одной из таких областей, поскольку в углах на фундамент ложится меньшая нагрузка, чем в других областях. Если угловой участок имеет меньший вес, то обширным грунтам легче поднять угловой участок и расколоть или прогнуть фундамент.

  Фундамент старых домов больше подвижен, чем новых домов

В старых домах обычно больше улик или повреждений из-за переезда, чем в новых домах. Старые дома:

  • Подвержены большему количеству сезонных циклов, чем новые дома
  • Изменения в ландшафтном дизайне могли изменить планировку вокруг дома
  • Фундаменты и фундаменты в новых домах лучше спроектированы для почвенных условий

Плиты и стены подвала

Дома, построенные на бетонных плитах, как правило, испытывают больше движений на первых 5 футах или около того по периметру, чем на внутренних участках плиты. Во внутренние части плиты проникает меньше влаги.

Стены подвала часто имеют трещины, что может привести к проникновению влаги через стены. Экспансивные почвы могут повредить стены так же, как и фундаменты; поэтому разумно держать влагу подальше от дома.

3. Признаки расширяющихся грунтов

Существует ряд желтых или красных флажков, указывающих на то, что в вашем доме могут быть проблемы, прямо или косвенно связанные с обширными почвами.

  1. Трещины в фундаменте или стенах подвала
  2. Грунт, снятый с фундамента в засушливые сезоны
  3. Наклонные полы
  4. Губчатые полы
  5. Двери и окна, которые трутся или прилипают
  6. Самозакрывающиеся или открывающиеся двери
  7. Зазоры сверху, снизу или сбоку дверей
  8. Зазоры гаражных ворот в нижних углах
  9. Трещины в гипсокартоне / некоторые открываются и закрываются в зависимости от сезона
  10. Трещины от штукатурки
  11. Кирпичная облицовка на наружных трещинах
  12. Крыша с прогибом или волнистой поверхностью

Обратите внимание, что некоторые из этих предупреждающих знаков могут быть вызваны другими проблемами, а не обширными почвами.

4. Решение проблем с влажностью

Домовладельцы или покупатели могут избежать или свести к минимуму ущерб от обширных почв, управляя влажностью почвы.

Предотвращение повреждений – Вещи, которые могут помочь

  • Имеют желоба и водостоки
  • Растения рядом с фундаментом нуждаются в поливе, чтобы их можно было контролировать
  • Линия конденсата кондиционера не должна выходить рядом с фундаментом
  • Спринклерные системы должны быть рассчитаны по времени и не должны быть залиты
  • Ландшафтный дизайн, джунгли, пышные тропики и ландшафт пустыни
  • Деревья и проседание (Читать)
  • Дренаж должен быть вдали от дома
  • Сосед сливает воду на имущество рядом с одной стороной вашего дома
  • Системы полива фундамента

В различных районах Техаса или других штатов с почвами с очень высоким содержанием глины есть владельцы домов, у которых может быть спринклерная система, отдельная от их основной спринклерной системы, которая орошает только участки вблизи фундамента дома по периметру. У них может быть капельная система, установленная на расстоянии от 18 до 24 дюймов от фундамента, настроенная на таймер или даже подключенная к измерителю влажности почвы, который включает капельную систему, когда влажность почвы падает ниже определенной точки. Другие домовладельцы могут выложить шланг для замачивания вокруг своего фундамента и вручную включать и выключать его.

Это делается для того, чтобы поддерживать постоянное содержание влаги в почве вокруг фундамента, избегая очень сухих и влажных циклов, вызывающих набухание и усадку почвы.

Итог

Инженеры, инспекторы и подрядчики часто упоминают «экспансивный грунт» при обсуждении движения грунта, структурных проблем, трещин и проблем с фундаментом. Причина в том, что в строительстве и в структурной прочности дома экспансивные почвы могут играть важную роль.

Проверка конструкции. Один или два раза в год осматривайте свой дом, как внутри, так и снаружи, на наличие потенциальных проблем, которые могут быть связаны с обширными почвами. Проверьте наличие «красных или желтых флажков», поскольку они могут быть ранними признаками будущих проблем.

Будьте активны. Лучше сделать что-то по дому сейчас, чтобы избежать или уменьшить ущерб в будущем, вызванный обширными почвами.


границ | Оценка риска собственности для обширных почв в Луизиане

Введение

Почва, которая имеет тенденцию к набуханию или усадке при изменении содержания влаги, известна как расширяющаяся почва. Опасное «вспучивание» тесно связано с пучением при добавлении в почву влаги.Проблемная «усадка» происходит, когда почва становится очень сухой. Независимо от того, какой механизм движения возникает, набухание или сжатие, опасность известна как «расширяющаяся почва» (Holtz and Hart, 1978). Экспансивные почвы представляют собой отдельный процесс движения почвы от проседания, и они обычно не связаны друг с другом. Проседание — это постепенное опускание рельефа на более низкий уровень из-за движения земли из-за длительного уплотнения мягких глин из-за исторического размещения насыпи / нагрузки на поверхность, снижения уровня грунтовых вод или естественного долговременного уплотнения.

Экспансивные почвы представляют опасность для легких зданий и другой инфраструктуры. В таких конструкциях может происходить неравномерная осадка и смещение, вызывающее трещины в фундаментах, стенах, улицах, проездах и тротуарах; лопнувшие трубы; и окна и двери, которые не открываются и не закрываются должным образом. В 1970-х годах шестьдесят процентов из 250 000 новых домов, ежегодно возводимых на обширных землях в США, понесли незначительные потери, а 10 процентов получили значительный ущерб (Jones and Holtz, 1973; Holtz and Hart, 1978).По оценкам Министерства сельского хозяйства США, 50 процентов домохозяйств в США построены на обширных почвах, а по оценкам Американского общества инженеров-строителей, затронута четверть всех домов в США (Департамент горнодобывающей промышленности, полезных ископаемых и энергетики Вирджинии). , 2021). В обычный год обширные почвы причиняют владельцам собственности больший финансовый ущерб, чем землетрясения, наводнения, ураганы и торнадо вместе взятые, что в США в 1980-х годах стоило до 9 миллиардов долларов в год (Jones and Jones, 1987) и возможно, до 15 миллиардов долларов к 1990-м годам (Нельсон и Миллер, 1992). FEMA (1982) прогнозировало, что потери жилых зданий, связанные с собственностью и доходом, составят 997,1 миллиона долларов к 2000 году (1970 долларов). В отличие от многих других экологических опасностей, последствия расширения почвы коварны в том смысле, что они не проявляются внезапно и не вызываются единичным событием, а со временем становятся все более очевидными и разрушительными. К сожалению, в литературе отсутствуют недавние всесторонние исследования риска, связанного с обширной почвенной опасностью.

Учитывая широкий диапазон оценок затрат и отсутствие недавнего анализа, цель этого исследования состоит в том, чтобы представить более сложный, прозрачный, обновленный, требующий больших объемов данных метод расчета риска, связанного с обширными почвами в Луизиане, США.С. государство с относительно плотным населением, уязвимое к воздействию экспансивных почв. Поскольку характеристики почвы и ее развитие весьма неоднородны в пространстве, масштаб анализа находится на уровне переписных кварталов. В частности, три основные задачи заключаются в следующем: 1) охарактеризовать способность к обширному набуханию почвы — процент набухания почвы от оптимального до насыщенного содержания влаги (Çimen et al., 2012; Fattah et al., 2021) в Луизиане; 2) спрогнозировать будущий потенциал набухания обширной почвы в Луизиане; и 3) оценить будущие потери собственности в Луизиане из-за расширения почвы с учетом ожидаемых изменений климата и населения.Результаты принесут пользу застройщикам, владельцам недвижимости и специалистам по смягчению последствий в Луизиане и за ее пределами, поскольку они ищут новые и улучшенные способы характеристики, прогнозирования и подготовки к обширной почвенной опасности.

Справочная информация

Современные научные измерения и характеристики набухания почвы датируются более полувека, когда Seed et al. (1962) оценили полезность индекса пластичности [процент «предела жидкости» минус процент «предела пластичности» (Coleman and Douglas 2008)] для таких целей, но позже было показано, что индекс пластичности непрактичен во влажной среде (Jones 2012). .Трипати и др. (2004) охарактеризовали набухание глин, таких как бентониты (Bharat and Gapak, 2018), используемых в качестве барьерных материалов для хранения радиоактивных отходов, а Watanabe and Yokoyama (2021) проделали аналогичную работу со смесями глины и песка. Рао и др. (2004) предположили, что индекс свободного набухания, определенный экспериментально с использованием отношения разницы между объемом высушенной в печи почвы в воде и керосине к конечному объему почвы в керосине (Holtz and Gibbs, 1954), может обойти необходимость для учета многих других свойств почвы при оценке потенциала набухания.Фербер и др. (2009) исследовали влияние воды (или предела текучести) и плотности на способность глины набухать. Фриха и др. (2013) измерили поперечное движение каолиновой глины, укрепленной каменной колонной. Недавно был разработан (Hobbs et al., 2014) и испытан (Hobbs et al., 2019) новый прибор для измерения усадки глин.

В дополнение к измерению расширяющихся почв в последние годы были проведены значительные исследования по моделированию потенциала набухания. Например, Шимен и др.(2012) разработали и утвердили простую модель множественной регрессии для расчета потенциала расширяющихся глин на основе содержания воды и индекса пластичности. Лим и Сименс (2016) определили верхнюю границу, называемую пределом равновесия набухания (SEL), и разработали прогностическую модель для SEL в различных почвах. Ян и др. (2019) использовали этот параметр в численной модели. Кривая удержания воды в почве также оказалась полезной в качестве инструмента для прогнозирования набухания (Tu and Vanapalli, 2016). Эйо и др.(2019) разработали и утвердили модель для характеристики набухания глин по минералогическому составу керна, микроструктуре, размеру зерен и реакции на всасывание. Эбби и др. (2020) продолжили это направление исследований, охарактеризовав потенциал набухания высокопластичных глин, смешанных с цементом. Также применялись нейросетевые подходы (например, Erzin, 2007).

Обработка обширных почв также привлекла внимание в научной литературе. Инженеры-геотехники обычно включают вяжущие добавки [e. г., известь (Kasangaki and Towhata, 2009; Jung and Santagata, 2014) и летучая зола (Puppala et al., 2001; Nalbantoğlu 2004; Hozatlıoğlu and Yilmaz, 2021)], нецементирующие добавки [например, каменная пыль (Reddy et al., 2015)], химические добавки [например, хлорид кальция или гидроксид магния (Bhuvaneshwari et al., 2020) или силикат натрия (Reddy et al., 2015)] или гипс (например, Yilmaz and Civelekoglu, 2009) в качестве стабилизирующего агента. Биополимеры гуаровой камеди (Acharya et al., 2017), коммерчески доступные полимеры (Taher et al., 2020 г.), отходы деревообрабатывающей и бумажной промышленности (Ijaz et al., 2020 г.), гидрофобный пенополиуретан (Al-Atroush and Sebaey, 2021 г.), а также физические методы, такие как гранулированный шинный каучук (Patil et al., 2011 г.) также были предложены системы крепления (Sfoog et al., 2020). Комплексные эксперименты по скорости расширения и вариантам обработки расширяющихся почв представлены в Al-Rawas and Goosen (2006) и Zumrawi et al. (2017). Следует отметить, что добавление стабилизирующих агентов или любых инородных веществ в грунты может иногда увеличивать потенциал усадки/набухания грунтов.Хотя текущее исследование не учитывает эту возможность, рекомендуется тщательно оценить использование добавок до их смешивания с существующими почвами.

В совокупности имеется множество исследований, посвященных инженерным аспектам масштабной опасной почвы, включая измерение, моделирование и смягчение последствий, но недостаточно исследований связи, основанной на данных, между опасностью и историческими и вероятными будущими потерями. Этот документ будет первым, в котором будут прогнозироваться будущие потери имущества в микромасштабе с учетом меняющегося потенциала разбухания из-за изменения климата, стоимости имущества и численности населения.

Методы и материалы

Область исследования

Луизиана, США, выбрана для этого анализа, потому что ее склонность к стихийным бедствиям вдохновила на усовершенствование государственного плана по смягчению опасностей. Опасность обширных почв, хотя сама по себе огромная в Луизиане, может усугубляться и усугубляться изменениями в других опасностях Луизианы, таких как интенсивные осадки, наводнения, а также экстремальная жара и холод.

Вспучивающиеся почвы в Луизиане привлекли мало внимания ученых.В то время как лёссовые обрывы Миссисипи [и, предположительно, также Луизианы (Heinrich, 2008)] мало подвержены усадке или набуханию и имеют низкую пластичность (Криницки и Тернбулл, 1967; Сноуден и Придди, 1968), Коулман и Дуглас (2008) предположили, что что, поскольку большая часть Луизианы имеет потенциал разбухания, который находится на грани опасности, инженеры обычно игнорировали проблему в прошлом. Это увеличивает вероятность потерь, особенно в связи с тем, что почвы на юго-востоке У.S., включая Луизиану, в последние годы все чаще сталкивались с экстремально влажными (Carter et al., 2014) и засушливыми (Schubert et al., 2021) условиями, при этом ожидается, что как экстремальные осадки, так и засухи станут более обычным явлением в будущем. (Венер и др., 2017). Коулман и Дуглас (2008) предупредили, что некоторые тощие глинистые почвы в Луизиане могут иметь опасный потенциал набухания даже при содержании воды вблизи или ниже предела пластичности. Было отмечено, что вертисоли в Луизиане и других местах влияют на распределение органического вещества из-за набухания и других перемещений (Ковда и др., 2010). Содержание минералов монтмориллонита в северной части штата особенно проблематично для набухания (Khan et al., 2017). Также известно, что прибрежные болотные почвы Луизианы набухают и сморщиваются из-за высокой частоты изменчивости местной гидрологии и характеристик грунтовых вод (Cahoon et al., 2011).

Ван и др. (2017) разработали контурную карту потенциала набухания на основе данных Seed et al. (1962). Карта, составленная Olive et al. (1989) также включает Луизиану. Но еще меньше внимания уделялось пространственному распределению потерь собственности из-за расширения почв.Несмотря на то, что здесь основное внимание уделяется Луизиане, этот метод применим и в других местах.

Данные

Точечная карта потенциального набухания Wang (2016) используется здесь для представления пространственного распределения исторических экспансивных почвенных условий – естественного компонента риска. Эта карта была разработана на основе данных, измеренных Seed et al. (1962). Будущий прогноз опасности здесь основан на информации из четвертой Национальной оценки климата (NCA4; Программа исследований глобальных изменений США, 2017 г.).Человеческий компонент риска основан на шейп-файлах блоков переписи населения Луизианы, которые можно загрузить из Бюро переписи населения США (2010 г.), и прогнозах численности населения, основанных на данных Бюро переписи населения США (2020 г.).

Метод

Интенсивность исторической опасности

Потенциал разбухания по блоку переписи населения штата Луизиана (SPi), где i составляет от 1 до 203 447, является одним из ключевых факторов, используемых для расчета прогнозируемых потерь имущества к 2050 году. здесь оцифрована карта штата Луизиана, штат Луизиана.SP в Луизиане растрирован с помощью инструмента «Полигон в растр» в ArcGIS ® . Для представления среднегодового показателя SPi центроиды переписных блоков рассчитываются в ArcGIS ® с использованием шейп-файлов, предоставленных Бюро переписи населения США (2010 г.), а растровые значения SP извлекаются в центроидах каждого переписного блока.

Интенсивность будущих опасностей

Структура почвы остается практически неизменной в масштабах антропогенного времени. Тем не менее, долгосрочные изменения климатических условий замерзания-оттаивания, экстремальной жары и/или осадков могут повлиять на устойчивость структуры грунта для опорных конструкций.Ожидаемое уменьшение числа дней с отрицательными температурами по мере повышения температуры (Vose et al., 2017; их рисунок 6.9), по крайней мере, в сценарии с самым высоким уровнем выбросов CO 2 , уменьшит будущую опасность расширения почвы из-за уменьшение расширения/сжатия при замораживании-оттаивании. Однако вероятность увеличения числа экстремально жарких дней (Vose et al., 2017; их рисунок 6.9) и более сильных осадков к 2050 г. прерывается удлинением засушливых периодов (Wehner et al., 2017), хотя снова при самом высоком уровне CO 2 — сценарий выбросов, может иметь избыточную компенсацию, вызывая чистое увеличение расширения/сокращения.Суммарный эффект этих сил приводит к тому, что в этом исследовании прогнозируется увеличение риска расширения почвы на 15 процентов (т. е. F = 1,15) к 2050 году. Из-за неопределенностей, присущих таким прогнозам, анализ чувствительности с использованием прогнозов 10 и 20-процентное увеличение проводится здесь, чтобы предположить диапазон экономических рисков в Луизиане.

Прогноз населения

Техника прогноза населения (P) соответствует методу Mostafiz et al. (2020а). В частности, потому что У.S. Бюро переписи не предоставляет ежегодные оценки P по переписным кварталам ( i ), процесс начинается с расчетов годового темпа роста P в масштабе округа (т. Е. Округа) ( j ). Рассчитывается средний годовой темп прироста населения прихода (rj) за период 90 244 n 90 245 лет (т. е. 40 лет в этом анализе), для которого имеются ежегодные оценки Бюро переписи населения США (т. е. 1980–2020 гг. в этом анализе), начиная с по год, как показано в уравнении. 1:

rj= ∑yy+n[(Pj,y+1−Pj,y)/Pj,y]n(1)

rj рассчитывается для каждого из 64 округов Луизианы, а затем будущее изменение численности населения уменьшается до переписного квартала ( i ), предполагая, что rj равно таковому в каждом переписном квартале в его приходе.Затем будущее население прогнозируется на 2050 г. по переписным кварталам (т. е. Pf,i=P2050,i), предполагая, что переписные кварталы, незаселенные в 2010 г., остаются необитаемыми, используя население 2010 г. для каждого 90 244 i 90 245 в качестве исходной базы (т. е. P0, i=P2010,i), и учитывая период в 90 244 n 90 245 — (или 90 244 t 90 245 -) лет, в течение которого население изменяется, как показано в уравнении. 2:

Мостафиз и др. (2020b) протестировали другие методы прогнозирования численности населения, но обнаружили, что описанный выше метод лучше.Экстраполяция основанной на регрессии линии тренда населения приходов Луизианы на 2050 год оказалась невыгодной из-за низкой объясненной дисперсии и незначительных линий тренда для некоторых приходов. Экстраполяция линии тренда темпов роста для оценки численности населения в 2050 г. была проблематичной по той же причине. Резкое, значительное и временное перераспределение населения как внутри, так и за пределами Луизианы в результате сильных ураганов (в первую очередь Катрина в 2005 г.), вероятно, является причиной низкой объясненной дисперсии.Выбранный метод наименее чувствителен к этим проблемам и также успешно использовался в Mostafiz et al. (2021а; 2021б).

Оценка стоимости здания

В соответствии с Mostafiz et al. (2021a; 2021b), оценка текущей и будущей стоимости зданий в каждом переписном квартале проводится исходя из предположения, что незаселенные районы не имеют стоимости жилой или коммерческой недвижимости для целей настоящего анализа. Конечно, в действительности они имеют имущественную ценность, но потеря незанятого амбара, лагеря или другого жилища из-за опасности вряд ли повлияет так же, как потеря основного места жительства.Количество зданий по кварталам переписи 2010 г. (N2010,i) рассчитывается на основе данных Бюро переписи населения США (2010 г.) путем суммирования зданий, стоящих в 2010 г., указанных в шейп-файлах как построенных в течение каждого временного интервала. Затем это количество зданий умножается на среднюю стоимость здания в 2010 году в соответствующем переписном квартале (AV2010, i) для оценки общей инвентарной стоимости по переписному кварталу (I2010,i), как описано в уравнении. 3:

I2010,i=N2010,i×AV2010,i(3)

Предполагается, что количество зданий в 2050 г. по переписному кварталу (N2050,i) изменится пропорционально численности населения.Таким образом, прогноз населения, описанный в Прогноз населения , используется для оценки инвентаризации зданий. Общая инвентарная стоимость в 2050 г. по переписным кварталам (I2050,i) затем рассчитывается как произведение общей инвентарной стоимости зданий в 2010 г. и отношения населения 2050 г. к 2010 г. в этом переписном квартале, как показано в уравнении. 4:

I2050,i=I2010,i×P2050,iP2010,i(4)
Прогнозирование будущей утраты имущества

Утрата имущества из-за расширяющегося грунта (PL2050,i) – это затраты на содержание здания в целях защиты от повреждения из-за расширяющегося грунта в течение его полезного жизненного цикла (ЖЦ), но этот параметр в литературе не оценивался.Предполагается, что значение составляет 7,5 процента от стоимости сооружения, распределенного по 70-летнему полезному жизненному циклу (R) сооружения. Таким образом, ежегодные затраты на содержание здания от опасности составляют MC/R, или 0,001071, а ежегодные потери собственности (PL) к 2050 г. (2010 долл. США) из-за расширения почвы рассчитываются, как описано в уравнении. 5:

PL2050,i=SPi×F×I2050,i×MCR(5)

Для количественной оценки неопределенности, связанной с этим расчетом, тест чувствительности с использованием границ 5 и 10 процентов для MC определяет влияние на PL с помощью различных оценок. МС.

Аналогичным образом исторический ежегодный убыток имущества (LHistorical,i (2010$)) по кварталам переписи рассчитывается с использованием SPi, инвентарной стоимости зданий 2010 года (I2010,i) и MC/R. Ежегодные потери собственности на душу населения и на здание в 2010 и 2050 годах по кварталам переписи (2010 долларов США) рассчитываются путем деления на численность населения и количество зданий соответственно.

Результаты

Интенсивность исторической опасности

Юго-восточная и юго-западная части штата имеют самый высокий потенциал набухания для расширяющейся почвы (рис. 1А).Исторический потенциал экстенсивного набухания почвы колеблется от 3,5 в северо-западных и центральных переписных кварталах Луизианы до 58,0 процентов как в округе Камерон на крайнем юго-западе побережья, так и в некоторых переписных кварталах к западу от Нового Орлеана в Лафурше, Сент-Чарльзе и Сент-Джоне. Баптистские приходы (рис. 1А; дополнительное приложение SA). Поскольку планирование осуществляется на уровне прихода, также стоит отметить, что приход Сент-Чарльз является наиболее уязвимым приходом в целом, где средний исторический потенциал расширения почвы составляет 42.9 процентов (Дополнительное приложение SA).

РИСУНОК 1 . Потенциал набухания в Луизиане: (A) в прошлом и (B) в прогнозе на 2050 год. прогнозируется, что опасность останется сосредоточенной в тех же географических районах штата, что и в исторических записях, но с прогнозируемым увеличением потенциала на 15 процентов к 2050 году.Такое допущение необходимо из-за масштаба выходных данных модели Национальной оценки климата. Ожидается, что прогнозируемый потенциал набухания почвы будет варьироваться от 4,0 на северо-западе и в центральной части Луизианы до 66,7 процента в приходах Камерон, Лафурш, Сент-Чарльз и Св. Иоанна Крестителя (рис. 1B; дополнительное приложение SB) к 2050 году. Сент-Чарльз останется наиболее уязвимый приход, где средний прогнозируемый потенциал обширного набухания почвы составляет 49,4 процента (дополнительное приложение SB). Девять из десяти наиболее уязвимых приходов останутся в юго-восточной части штата (т.э., Сент-Чарльз, Орлеан, Сент-Джон Креститель, Успенский, Сент-Джеймс, Джефферсон, Плакеминес, Лафурш и Сент-Мэри), и только Кэмерон (седьмое место) находится на крайнем юго-западе (дополнительное приложение SB). Восточно-центральный приход Восточной Фелицианы является и, по прогнозам, будет наименее уязвимым приходом, за ним следуют шесть северных приходов Луизианы: Боссье, Каддо, Клэйборн, Де Сото, Сабин и Вебстер (дополнительное приложение SB).

Историческое и прогнозируемое население

Население наиболее плотно сконцентрировано вокруг Нового Орлеана, Батон-Руж и Шривпорта (рис. 2А), трех крупнейших городов штата и городских агломераций.К 2050 году увеличение плотности населения будет происходить в Лафайете и Батон-Руж и их окрестностях, а также в восточно-центральной части Луизианы (рис. 2B). Согласно прогнозам, наибольшие потери населения, выраженные с точки зрения плотности населения, придется на сельские районы северо-востока Луизианы и населенные районы вдоль реки Ред-Ривер от севера Шривпорта до юго-востока Александрии, в районе Нового Орлеана и в других местах (рис. 2В). ). Население, плотность населения и их прогнозируемые значения на 2050 год по приходам показаны в дополнительном приложении SC.

РИСУНОК 2 . Плотность населения по блоку переписи населения Луизианы: (A) 2010 г. и (B) прогнозируемое изменение с 2010 по 2050 г.

Исторические и прогнозируемые потери имущества

2010$), а потери увеличатся к 2050 году как произведение детерминант интенсивности потери-угрозы (в данном случае обширного потенциала набухания почвы) и прироста населения в большинстве частей штата.Прогнозируется, что к 2050 году потери имущества по всему штату составят 91 753 149 долларов (2010 долларов США) (дополнительное приложение SD), что означает рост на 39 процентов. Максимальные оценочные потери имущества по-прежнему будут сосредоточены вблизи их нынешних местоположений, а именно, в южных городских центрах (т. е. Батон-Руж, Хума, Лафайет, Лейк-Чарльз и Новый Орлеан), Шривпорте и восточно-центральных приходах (рис. 3A, B). .

РИСУНОК 3 . Предполагаемая годовая потеря собственности (2010 $) из-за обширной почвы по переписному кварталу Луизианы: (A) в прошлом и (B) в прогнозе на 2050 год.

Среднегодовые исторические потери имущества на душу населения из-за расширения почвы составляют 14,61 доллара США (2010 долларов США) в Луизиане, но вырастут до 16,21 доллара США к 2050 году (2010 долларов США), т. е. на 11 процентов (дополнительное приложение SD). Происходит такое же общее пространственное распределение потерь собственности на душу населения (рис. 4A, B), которое, по прогнозам, произойдет к 2050 году, как это было показано для абсолютных потерь, но с небольшим увеличением вблизи озера Чарльз и небольшим уменьшением в Лафайете, Батон-Руж и Монро. области.

РИСУНОК 4 .Расчетная годовая потеря имущества на душу населения (2010 долларов США) из-за обширной почвы по блоку переписи населения Луизианы: (A) исторический и (B) прогноз на 2050 год. долларов США) с ожидаемым увеличением до 38,10 долларов США (2010 долларов США) к 2050 году (дополнительное приложение SD), что означает увеличение на 13 процентов по всему штату. Александрия, Батон-Руж, Лафайет, Лейк-Чарльз и Монро все демонстрируют большую склонность к текущим и будущим ежегодным потерям на здание, чем к ежегодным текущим и будущим потерям имущества и потерям имущества на душу населения (сравните рисунки 5A, B с рисунками). 3А,В и 4А,В).

РИСУНОК 5 . Расчетная ежегодная потеря собственности на здание (2010 $) по блоку переписи населения Луизианы: (A) исторический и (B) прогноз на 2050 год. (16 908 448 долларов США), потери имущества на душу населения (49,18 долларов США) и потери имущества в расчете на одно здание (89,04 долларов США) среди приходов (Дополнительное приложение SD). Хотя прогнозируется, что изменения в потенциале обширного набухания почвы и численности населения изменят риск расширения почвы к 2050 году, наибольшая ежегодная потеря собственности в результате расширения почвы (17 479 776 долларов США) и потеря собственности на душу населения (56 долларов США.36), и ожидается, что потери собственности на здание (102,59 доллара США) останутся в округе Орлеан до 2050 года (дополнительное приложение SD).

На уровне переписных кварталов самая крупная историческая среднегодовая потеря собственности из-за расширения почвы приходится на квартал 220510205171002 округа Джефферсон (160 086 долларов). Максимальная историческая годовая потеря собственности на душу населения в штате составляет 918 долларов в переписном блоке 220710094004011 в Орлеанском приходе. Самый высокий исторический среднегодовой убыток в расчете на одно здание (370 долларов США) приходится на переписной квартал 220510226001000 в округе Джефферсон.К 2050 году самые большие ежегодные потери собственности из-за расширения почвы, по прогнозам, будут в переписном квартале 221030408035041 в округе Сент-Таммани (290 655 долларов США). Максимальный годовой убыток имущества на душу населения (1056 долларов) будет в переписном квартале 220710094004011 Орлеанского прихода. Согласно прогнозам, самые высокие ежегодные потери собственности на здание (425 долларов США) будут в переписном квартале 220510226001011 в округе Джефферсон.

Анализ чувствительности

Анализ чувствительности демонстрирует влияние различных допущений модели в отношении способности расширяющегося набухания грунта к 2050 г. (F) и затрат на техническое обслуживание, связанных с расширяющимся грунтом (MC), в течение 70-летнего срока службы здания. .Если предположить, что F составляет 10 процентов или 20 процентов, а не 15 процентов, как предполагается в настоящее время, результат изменится только на 4,3 процента (таблица 1). Однако, если МС составляет 5 или 10 процентов от стоимости здания, а не 7,5 процента, как предполагается в настоящее время, ежегодные потери меняются на 33,3 процента.

ТАБЛИЦА 1 . Анализ чувствительности прогнозов ежегодных потерь собственности (т. Е. Риска) в штате Луизиана на 2050 год из-за расширения почвы по параметру (2010 $).

Обсуждение

При оценке экономического воздействия обширных почв по всей стране прогноз FEMA (1982) на 2000 год составляет 997 долларов.1 миллион по всей стране будет равняться 5,60 миллиардам долларов в 2010 году (CPI Inflation Calculator 2021). Убыток в размере 66 231 136 долларов США (2010 долларов США), рассчитанный здесь для Луизианы, составляет примерно 1,18 процента от этой суммы по стране. Учитывая степень опасности и стоимость собственности в штате, этот процент выгодно отличается от доли Луизианы в 2010 году в населении США (1,46 процента) и ВВП (1,65 процента). Еще более точные оценки можно получить, используя 10-процентное значение для MC, что даст Луизиане ущерб в размере 88 308 181 долларов (2010 долларов США), что будет равно 1.58 процентов от общего числа по стране. Эта степень соответствия внушает уверенность в том, что метод, вероятно, будет эффективным, но может быть рекомендовано значение MC, равное 10 процентам, учитывая тот факт, что население Луизианы сконцентрировано в прибрежных районах, где опасность обширных почв выше.

Государственному сектору Луизианы было бы разумно вкладывать средства в механизмы смягчения последствий, по крайней мере, для государственных зданий. Возможности включают в себя требование, чтобы конструкции опирались на сваи, или встраивание элементов конструкции фундамента, потенциально способных к набуханию, в фундаменты (например,(например, пустое пространство под плитами, пароизоляционные материалы между фундаментом и грунтом, погодное кондиционирование грунта под зданием перед началом строительства и дренажные системы по периметру вокруг сооружений для отвода влаги от фундамента). Детальное геотехническое исследование может быть выполнено для устранения набухания недр, чтобы свести к 2050 году прогнозируемое увеличение потерь собственности на большей части Луизианы. Владельцы недвижимости должны знать и планировать ожидаемое увеличение затрат на техническое обслуживание в течение срока полезного использования своих домов. и предприятия.Хорошей новостью является то, что в большинстве случаев можно относительно легко смягчить последствия. Кроме того, анализ чувствительности ясно показывает, что затраты на техническое обслуживание являются более чувствительной переменной для прогнозирования будущих потерь из-за расширения почвы, чем изменение интенсивности опасностей, связанных с расширением почвы. Таким образом, стратегии смягчения последствий для снижения затрат на техническое обслуживание, которые в большей степени зависят от владельца дома, чем изменения интенсивности опасности, могут быть эффективными для предотвращения крупных потерь.

Ограничения

Предположение о том, что экспансионистская интенсивность почвенных опасностей будет меняться одинаково по всему штату, вызванная отсутствием уверенности в выходных климатических данных с более высоким разрешением за 2050 год, требует осторожности при интерпретации результатов.Кроме того, как и в Mostafiz et al. (2021a; 2021b), ограничения этого исследования связаны с методологией прогнозирования численности населения. Внезапные, непредсказуемые изменения численности населения в будущем, например, вызванные стихийными бедствиями, экономическими условиями или другими экстремальными событиями, могут изменить результаты. Точно так же предположение о том, что переписные кварталы в округе имеют одинаковые темпы роста населения и что рост населения следует экспоненциальной кривой, может еще больше ограничить интерпретацию результатов. Затраты, связанные с техническим обслуживанием и ремонтом имущества, не отличают другой потенциальный источник ущерба от других факторов, таких как оседание, осадка и плохой фундамент.Кроме того, прогнозируемый ущерб к 2050 году не учитывает будущие потенциальные технологии и проектные меры по смягчению последствий, которые могут уменьшить будущий ущерб от усадки/набухания, особенно при различных мерах применения в космосе. Наконец, в настоящее время ограничением является отсутствие реальных данных, по которым можно было бы откалибровать модель и оценить ее полезность.

Резюме и заключение

Опасность и риск, связанные с обширными почвами, часто упускают из виду при подсчете риска стихийных бедствий, уязвимости и устойчивости.В этом исследовании представлен метод оценки риска собственности из-за обширных почв на уровне переписных кварталов и округов (округов) в Луизиане, штате США со значительным воздействием этой опасности. Риск определяется как произведение подверженности опасности и потенциального ущерба, последний из которых является функцией населения и стоимости здания. Результаты показывают, что ежегодная историческая потеря собственности, потеря собственности на душу населения и потеря собственности в расчете на здание являются наибольшими на юго-востоке Луизианы и на крайнем юго-западе Луизианы, но концентрация богатства в городах увеличивает потери собственности в большинстве городских районов.Прогнозы потерь к 2050 году показывают аналогичную картину, но с увеличением потерь в расчете на одно здание в ряде городов на юго-западе и юге центральной части Луизианы и вокруг них. Несмотря на некоторые ограничения, эти результаты основаны на самом тщательном на сегодняшний день анализе экономического риска из-за обширных почв, и этот метод может применяться в других местах.

Будущие исследования должны быть предприняты для «точной настройки» будущих оценок потерь, которые в настоящее время ограничены отсутствием сложных выходных данных геофизической модели, прогнозов на основе демографических моделей в Луизиане, надежных оценок «реальных» потерь для проверки, и знание любых существующих методов смягчения последствий, которые были реализованы.Несмотря на это, необходимо позаботиться о том, чтобы ремонт дома не был ошибочно истолкован как устранение опасности. Применение в других штатах или регионах с более многочисленными и качественными демографическими прогнозами может дать более точные результаты. Сбор данных с помощью опросов/интервью домовладельцев на разных рынках, а также данных от подрядчиков фондов и, возможно, страховых компаний, включая первоначальные затраты и затраты на модернизацию, представляет собой существенную исследовательскую работу в будущем.Тем не менее, неизбежные улучшения результатов климатических моделей при более точном разрешении улучшат нашу способность прогнозировать и снижать риск расширения почв.

Заявление о доступности данных

Первоначальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал. Дальнейшие запросы можно направлять соответствующему автору.

Вклад автора

RM разработал подробную методологию, собрал и проанализировал данные и подготовил первоначальный текст.CF концептуализировал количественную оценку опасностей и пересмотрел текст. РР разработал атмосферные проекции и отредактировал ранние и поздние наброски текста. NB обеспечил надзор за анализом, особенно в отношении демографических прогнозов, и внес изменения в текст. Компания CH рассмотрела и предоставила информацию и рекомендации по оценке проекта с точки зрения геотехнической инженерии.

Финансирование

Этот проект стал результатом обновления Плана снижения рисков штата Луизиана на 2019 год, для которого CF и RR получили финансирование от FEMA, через GOHSEP, номер гранта: 2000301135.Любые мнения, выводы, выводы и рекомендации, изложенные в этой рукописи, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения FEMA или GOHSEP. Публикация этой статьи финансировалась Фондом авторов открытого доступа библиотек Университета штата Луизиана (LSU) и Профессорством Performance Contractors в Инженерном колледже LSU.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все утверждения, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.

Благодарности

Авторы выражают искреннюю признательность за общую поддержку проекта со стороны Джеффри Гиринга из Управления внутренней безопасности и готовности к чрезвычайным ситуациям при губернаторе штата Луизиана (GOHSEP).

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbuil.2021.754761/full#supplementary-material

Ссылки

, Abbey, SJ Эйо, ЕС, и Нг’амби, С. (2020). Характеристики набухания и микроструктуры высокопластичной глины, смешанной с цементом. Бык. англ. геол. Окружающая среда. 79 (4), 2119–2130. doi:10.1007/s10064-019-01621-z

CrossRef Full Text | Google Scholar

Ачарья Р., Педарла, А., Бхимасетти, Т.В., и Пуппала, А.Дж. (2017). Оценка применения биополимера гуаровой камеди для уменьшения растрескивания от высыхания на склонах, построенных с обширными почвами. Транспорт Рез. Рек. 2657 (1), 78–88. doi:10.3141/2657-09

CrossRef Full Text | Google Scholar

Аль-Атруш, М.Э., и Себай, Т.А. (2021). Стабилизация расширяющегося грунта с помощью гидрофобной пенополиуретана: обзор. Транспортная геотехника 27, 100494. doi:10.1016/j.trgeo.2020.100494

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аль-Равас, А. А., и Гусен, М. Ф. (2006). Экспансивные почвы: последние достижения в характеристике и обработке . Лондон, Великобритания: Тейлор и Фрэнсис.

Google Scholar

Бхарат, Т. В., и Гапак, Ю. (2018). Кинетика гидратации бентонитового буферного материала: влияние давления паров, пластичности бентонита и плотности уплотнения. Заяв. Глина наук. 157, 41–50. дои: 10.1016 / j.Clay.2018.02.029

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бхуванешвари С., Робинсон Р. Г. и Ганди С. Р. (2020). Влияние функциональной группы неорганических добавок на индекс и микроструктурные свойства расширяющегося грунта. Междунар. Дж. Геосинт. Земляной инж. 6 (4), 1–15. doi:10.1007/s40891-020-00235-w

CrossRef Full Text | Google Scholar

Кахун, Д. Р., Перес, Б. К., Сегура, Б. Д., и Линч, Дж. К. (2011). Тенденции подъема и реакция усадки-набухания водно-болотных почв на затопление и высыхание. Устье, прибрежный шельф Науч. 91 (4), 463–474. doi:10.1016/j.ecss.2010.03.022

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Картер Л.М., Джонс Дж.В., Берри Л., Беркетт В., Мерли Дж.Ф., Обейсекера Дж. и др. (2014). «Юго-Восток и Карибский бассейн», в Воздействие изменения климата в Соединенных Штатах: Третья национальная оценка климата . Редакторы Дж. М. Мелилло, Т. К. Ричмонд и Г. В. Йохе, Вашингтон, округ Колумбия: Программа исследования глобальных изменений США, 396–417.doi:10.7930/J0N-P22CB

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чимен О., Кескин С. Н. и Йылдырым Х. (2012). Прогноз потенциала набухания и давления в уплотненной глине. Араб J. Sci. англ. 37 (6), 1535–1546. doi:10.1007/s13369-012-0268-4

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Коулман Д.М. и Дуглас С.К. (2008). «Потенциал набухания приповерхностных почв в Миссисипи и Луизиане», в Proceedings of the Geosustainability and Geohazard Mitigation: Proceedings of Geocongress 2008, Новый Орлеан, Луизиана, 9–12 марта 2008 г., стр. 279–286.doi:10.1061/40971(310)35

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Программа исследования глобальных изменений США (2017 г.). «Четвертая национальная оценка климата», в специальном отчете по науке о климате : Четвертая национальная оценка климата, том I . Редакторы Д. Дж. Вьюблз, Д. У. Фэйи, К. А. Хиббард, Д. Дж. Доккен, Б. К. Стюарт и Т. К. Мэйкок Вашингтон, округ Колумбия, США: Программа исследования глобальных изменений США, 470. doi:10.7930/J0J964J6

CrossRef Full Text | Google Scholar

Эрзин Ю.(2007). Подход искусственных нейронных сетей для определения давления набухания по сравнению с поведением всасывания почвы. Кан. Геотех. J. 44 (10), 1215–1223. doi:10.1139/T07-052

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Эйо, Э.У., Нгамби, С., и Эбби, С.Дж. (2019). Влияние внутренних микроскопических свойств и всасывания на характеристики набухания уплотненных расширяющихся глин. Транспортная геотехника 18, 124–131. doi:10.1016/j.trgeo.2018.11.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fattah, M.Ю., Салим, Н. М., и Иршайид, Э. Дж. (2021). Набухание ненасыщенного расширяющегося грунта. Прозр. Инфраструктура. Геотех. 8 (1), 37–58. doi:10.1007/s40515-020-00112-z

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Фербер В., Ориоль Ж.-К., Кюи Ю.-Ж. и Маньян Ж.-П. (2009). О способности к набуханию уплотненных высокопластичных глин. англ. Геология 104 (3–4), 200–210. doi:10.1016/j.enggeo.2008.10.008

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Фриха В., Буассида, М., и Кану, Дж. (2013). Наблюдаемое поведение каменной колонны, расширенной в боковом направлении, в мягком грунте. Геотех. геол. англ. 31 (2), 739–752. doi:10.1007/s10706-013-9624-8

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Hobbs, P.R.N., Jones, L.D., Kirkham, M.P., Gunn, D.A., and Entwisle, D.C. (2019). Результаты испытаний на предел усадки и их интерпретация для глинистых грунтов. QJ Eng. Геология Гидрогеология 52 (2), 220–229. doi:10.1144/qjegh3018-100

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Хоббс, П.Р. Н., Джонс, Л. Д., Киркхэм, М. П., Робертс, П., Хаслам, Е. П., и Ганн, Д. А. (2014). Новый прибор для определения предела усадки глинистых грунтов. Геотехника 64 (3), 195–203. doi:10.1680/geot.13.P.076

CrossRef Full Text | Google Scholar

Holtz, WG, and Gibbs, HJ (1954). Инженерные свойства расширяющихся глин. Проц. Являюсь. соц. Гражданский инж. 80, 516-1–516-28.

Google Scholar

Хольц В. Г. и Харт С. С. (1978).Строительство домов на усыхающих и набухающих грунтах. Колорадо геол. Surv. 11.

Google Scholar

Иджаз Н., Дай Ф. и Рехман З. у. (2020). Отходы бумажной и деревообрабатывающей промышленности как устойчивое решение проблемы экологической уязвимости обширной почвы: новый подход. Дж. Окружающая среда. Управлять. 262, 110285. doi:10.1016/j.jenvman.2020.110285

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонс, Д. Э., и Хольц, В. Г. (1973). Экспансивные почвы-скрытая катастрофа. Гражданский инж. 43 (8).

Google Scholar

Джонс, Д. Э., и Джонс, К. А. (1987). Обработка обширных почв. Гражданский инж. 57 (8), 62–65.

Google Scholar

Джонс, Л. Д. (2012). «Расширенные почвы», в ICE Manual of Geotechnical Engineering. Том 1, Принципы инженерно-геологического проектирования, Проблемные почвы и исследование участка . Редактор Дж. Буланд (Лондон, Великобритания: ICE Publishing), 413–441. Доступно по адресу: http://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/17002/ (последний доступ 14 сентября 2021 г.).

Google Scholar

Юнг С. и Сантагата М. (2014). Экспансивное поведение отвалов угольных шахт, обработанных стабилизаторами на основе кальция. англ. Геология 175, 46–57. doi:10.1016/j.enggeo.2014.03.013

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Kasangaki, GJ, and Towhata, I. (2009). Влажное уплотнение и стабилизация известью для снижения потенциала изменения объема вспучивающихся глинистых грунтов. Грунты и основания 49 (5), 813–821. дои: 10.1016 / j.trgeo.2020.10038710.3208/sandf.49.813

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хан, Массачусетс, Ван, Дж. К., и Паттерсон, В. Б. (2017). Исследование поведения расширяющейся глины Морленд при набухании и усадке. Междунар. Дж. Инженер-геотехник. 13 (3), 205–217. doi:10.1080/19386362.2017.1351744

CrossRef Full Text | Google Scholar

Ковда И., Моргун Э. и Буттон Т. В. (2010). Вертикальные процессы и специфика свойств и распределения органического вещества в вертисолях. Евразийская почвенная наука. 43 (13), 1467–1476. doi:10.1134/S1064229310130065

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Криницки Э. Л. и Тернбулл В. Дж. (1967). Лессовые отложения Миссисипи . Специальный документ 94. Боулдер, Колорадо, США: Геологическое общество Америки.

Google Scholar

Лим, Б. Ф., и Сименс, Г. А. (2016). Унифицирующая структура для моделирования поведения почвы при набухании. Кан. Геотех. J. 53 (9), 1495–1509.doi:10.1139/cgj-2015-0049

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Мостафиз Р. Б., Фридланд С. Дж., Рохли Р. В. и Бушра Н. (2021a). Оценка имущественного риска опасности провала в грунте в Луизиане, США Фронт. Окружающая среда. науч. 9, 780870. doi:10.3389/fenvs.2021.780870

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мостафиз Р. Б., Фридланд С. Дж., Рохли Р. В. и Бушра Н. (2021b). «Оценка рисков собственности на уровне кварталов переписи для лесных пожаров в Луизиане, США.S.A.», в Review at Frontiers in Forests and Global Change From 13.07.2021 . Лозанна, Швейцария: Frontiers Media. Доступно по адресу: https://www.essoar.org/doi/abs/10.1002/essoar.10508248.2 (по состоянию на 22 октября 2021 г.).

Google Scholar

Мостафиз Р. Б., Фридланд С. Дж., Рохли Р. В., Галл М., Бушра Н. и Гиллиланд Дж. М. (2020a). Оценка рисков собственности на уровне переписных кварталов из-за экстремально низких температур, града, молнии и торнадо в Луизиане, США. Фронт. наук о Земле. 8, 601624. doi:10.3389/feart.2020.601624

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мостафиз Р. Б., Фридланд С. Дж., Рохли Р. В. и Бушра Н. (2020b). «Оценка ущерба собственности в Луизиане, США, в результате стихийных бедствий с учетом будущих прогнозируемых условий», на конференции Американского геофизического союза. Доступно по адресу: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020AGUFMNH0150002M/abstract (по состоянию на 27 августа 2021 г.).

Google Scholar

Налбантоглу, З.(2004). Эффективность летучей золы класса C в качестве расширяющегося стабилизатора почвы. Строительные материалы. 18 (6), 377–381. doi:10.1016/j.conbuildmat.2004.03.011

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Нельсон, Дж. Д., и Миллер, Д. Дж. (1992). Экспансивные грунты — проблемы и практика проектирования фундаментов и дорожных покрытий . Нью-Йорк, США: Департамент гражданского строительства Уайли, Университет штата Колорадо.

Google Scholar

Olive, W. W., Chleborad, A.F., Frahme, C.W., Schlocker, J., Schneider, R.R., and Schuster, R.L. (1989). «Карта набухающих глин континентальных Соединенных Штатов», в серии различных исследований Геологической службы США, карта I-1940 (Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США). Доступно по адресу: https://ngmdb.usgs.gov/Prodesc/proddesc_10014.htm (последний доступ 14 сентября 2021 г.). doi:10.3133/i1940

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Патил У., Вальдес Дж. Р. и Эванс Т. М. (2011). Уменьшение набухания с помощью гранулированной шинной резины. Дж. Матер. Гражданский инж. 23 (5), 721–727. doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000229

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Пуппала А., Хойос Л., Виянант К. и Мусенда К. (2001). Методы стабилизации волокна и летучей золы для обработки мягких расширяющихся грунтов. Конф. технологии мягкого грунта. , 136–145. doi:10.1061/40552(301)11

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Рао А.С., Фаникумар Б.Р. и Шарма Р.С. (2004). Прогноз характеристик набухания реформированных и уплотненных расширяющихся грунтов с использованием индекса свободного набухания. QJ Eng. Геология Гидрогеология 37 (3), 217–226. doi:10.1144/1470-9236/03-052

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Редди, Н. Г., Тахасильдар, Дж., и Рао, Б. Х. (2015). Оценка влияния добавок на характеристики набухания расширяющихся грунтов. Междунар. Дж. Геосинт. Земляной инж. 1 (1). 7, doi:10.1007/s40891-015-0010-x

CrossRef Full Text | Google Scholar

Шуберт С.Д., Чанг Ю., ДеАнджелис А.М., Ван Х. и Костер Р.Д. (2021). О развитии и прекращении внезапной засухи на юго-востоке США осенью 2019 г.: ссылки на крайне положительный IOD. Дж. Клим. 34 (5), 1701–1723. doi:10.1175/JCLI-D-20-0428.1

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Сид, Х. Б., Вудворд, Р. Дж., и Лундгрен, Р. (1962). Прогнозирование способности к набуханию уплотненных глин. J. Soil Mech. Отдел фондов 88 (3), 53–87. doi:10.1061/jsfeaq.0000431

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Сфуг, Э.Х., Сианг, А.Дж.Л.М., Сианг, А.Дж., Наджи, Н., Йи, С.С., и Гунтор, Н.А. (2020). Смягчение провалов фундамента под экспансивной глиной с помощью системы анкерных свай из гранулированных свай. Ицзе 12 (9), 36–44. doi:10.30880/ijie.2020.12.09.005

CrossRef Full Text | Google Scholar

Тахер, З. Дж., Скалия И. В., Дж., и Барейтер, К. А. (2020). Сравнительная оценка стабилизации расширенного грунта коммерчески доступными полимерами. Транспортная геотехника 24, 100387.doi:10.1016/j.trgeo.2020.100387

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Токсоз Хозатлыоглу Д. и Йылмаз И. (2021). Неглубокое смешивание и эффективность колонны извести, летучей золы и гипса при стабилизации набухающих грунтов. англ. Геология 280, 105931. doi:10.1016/j.enggeo.2020.105931

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Трипати С., Шридхаран А. и Шанц Т. (2004). Давление набухания уплотненных бентонитов из теории диффузного двойного слоя. Кан. Геотех. J. 41 (3), 437–450. doi:10.1139/T03-096

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ту, Х., и Ванапалли, С.К. (2016). Прогноз изменения давления набухания и одномерного пучения расширяющихся грунтов по отношению к всасыванию с использованием кривой водоудержания грунта в качестве инструмента. Кан. Геотех. J. 53 (8), 1213–1234. doi:10.1139/cgj-2015-0222

Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Восе, Р. С., Истерлинг, Д. Р., Кункель, К. Э., ЛеГранд, А. Н., и Венер, М. Ф. (2017). «Ч. 6: Изменения температуры в Соединенных Штатах. Специальный отчет по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I», в Специальный отчет по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I . Редакторы Д. Дж. Вьюбблс, Д. В. Фэйи, К. А. Хиббард, Д. Дж. Доккен, Б. К. Стюарт и Т. К. Мэйкок (Вашингтон, округ Колумбия: Программа исследования глобальных изменений США), 185–206. doi:10.7930/J0N29V45

CrossRef Full Text | Google Scholar

Ван, Дж.X., Хан, М.А., и Икра, Б.А. (2017). Воздействие сильной засухи на уплотненные расширяющиеся глины (земляное полотно) в Северной Луизиане. Еженедельник Совета по транспортным исследованиям . Вашингтон, округ Колумбия, США: Национальные академии наук, инженерии и медицины. Доступно по адресу: https://trid.trb.org/view/1500364 (последний доступ 14 сентября 2021 г.).

Google Scholar

Ватанабе Ю. и Йокояма С. (2021). Самоуплотняемость уплотненных бентонито-песчаных смесей, содержащих технологические пустоты. Геомеханика Энерг. Окружающая среда. 25, 100213. doi:10.1016/j.gete.2020.100213

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Венер, М. Ф., Арнольд, Дж. Р., Кнутсон, Т., Кункель, К. Э., и ЛеГранд, А. Н. (2017). «Ч. 8: Засухи, наводнения и лесные пожары. Специальный отчет по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I», в Специальный отчет по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I . Редакторы D. J. Wuebbles, D. W. Fahey, K. A. Hibbard, D.Дж. Доккен, Б. К. Стюарт и Т. К. Мэйкок (Вашингтон, округ Колумбия, США: Программа исследования глобальных изменений США), 231–256. doi:10.7930/J0CJ8BNN

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян Р., Сяо П. и Ци С. (2019). Анализ устойчивости откосов в ненасыщенных расширяющихся грунтах: пример. Фронт. наук о Земле. 7, 292. doi:10.3389/feart.2019.00292

CrossRef Full Text | Google Scholar

Йылмаз И. и Чивелекоглу Б. (2009). Гипс: добавка для стабилизации набухающих глинистых грунтов. Заяв. Глина наук. 44 (1–2), 166–172. doi:10.1016/j.clay.2009.01.020

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Зумрави, М. М., Абдельмаруф, А. О., и Гамейл, А. Э. (2017). Повреждения зданий на экспансивных грунтах: диагностика и предотвращение. Междунар. J. Междисциплинарные научные разработки Res. 6 (2), 108–116.

Google Scholar

Стабилизация обширных грунтов — AMERICAN GEOSERVICES

КОЛОРАДО

Denver, CO
191 University Blvd #375 
Denver, CO 80206
(303) 325-3869
Наберите весь номер

Boulder, CO

2810 E.College Ave # 102
Boulder, CO 80303
(303) 325-3869
Набор целок на целый номер

Форт-Коллинз, CO
1281 E Magnolia ST D250, Форт Коллинз, CO 80524
(303) 325-3869
Набрать весь номер

КОЛОРАДО

Colorado Springs, CO
738 Synthes Ave, памятник, CO 80132
(719) 344-8177
Набор целого номера

pueblo, CO
140 W. 29th ST # 311
Pueblo, CO 81008
(719) 344 -8177​
Набрать весь номер

Гленвуд Спрингс, Колорадо
1338 Grand Avenue #316
Гленвуд Спрингс, Колорадо
(970) 436-7050
Набрать весь номер

ОРЕГОН

Портленд, или
Salem, или
, или
города Линкольн, или
Ньюпорт, или
Евгений, или
изгиб, или

6312 SW Capitol HWY # 231
PORTLAND, или 97239
(503) 922-3432
Наберите весь номер

ВАШИНГТОН

Сиэтл, WA
24 Roy Street # 727
Seattle, WA 98109
(206) 418-6634
Набор целого номера

Vancouver, WA
LongView, WA
41105 Ne Cedar Ridge Rd
Amboy , WA 98601
(360) 437-6369
Набрать весь номер​

​ФЛОРИДА

Jacksonville, FL
6001 Argyle Forest Blvd,
Suite 21
Jacksonville, FL 32244
(904) 512-0085
Набор целого №

Orlando, FL
10524 Moss Park Rd,
Suite 204 # 701
Орландо, Флорида 32832
(407) 362-1940
Набрать весь номер

ФЛОРИДА

Тампа, Флорида
701 S Howard Ave #106, Тампа, Флорида 33606
(813) 569-7704
Наберите весь номер

Майами, Флорида
3725 W.Flaglen St,
Майами, Флорида 33134
(305) 677-9494
Наберите весь номер

Набухание и усадка грунтов — Британская геологическая служба

АБИ. 2018. [Интернет-поиск.] Усадка-набухание. По состоянию на 4 сентября 2020 г.

Харрисон, А. М., Плим, Дж. Ф. М., Харрисон, М., Джонс, Л. Д., и Калшоу, М. Г. 2012. Связь между возникновением усадки-набухания и климатом на юго-востоке Англии. Труды Ассоциации геологов , Vol.123(4), 556–575.

Хоббс, П. Р. Н., и Джонс, Л. Д. 2000. Исследование усадки глины в Британской геологической службе. Оползни, усадки и вздутия — Глинистые минералы и геотехника , Совместное собрание Группы глинистых минералов Минералогического общества и Инженерной группы Геологического общества. Кейворт, Ноттингем, декабрь 2000 г.

.

Хоббс, П.Р.Н., Джонс, Л.Д., Киркхэм, М.П., ​​Ганн, Д.А., и Энтвисл, Д.К. 2019. Результаты испытаний на предел усадки и их интерпретация для глинистых грунтов. Ежеквартальный журнал инженерной геологии и гидрогеологии , Vol. 52(2), 220–229.

Хоббс П.Р.Н., Джонс Л.Д., Киркхэм М.П., ​​Робертс П., Хаслам Э.П. и Ганн Д.А. 2013. Новый прибор для определения предела усадки глинистых грунтов. Геотехника , Том. 64(3), 195–203.

Хоббс, П.Р.Н., Джонс, Л.Д., Нортмор, К.Дж., и Энтвисл, Д.К. 2000. Усадка некоторых тропических глин. 675-680 в Трудах Азиатской конференции по ненасыщенным почвам.Рахарджо, Толл, Д. и Леонг (редакторы), UNSAT-ASIA 2000, Сингапур. (Роттердам: А.А. Балкема.)

Джонс, Л. Д. 2017 . Экспансивные почвы. В Энциклопедии инженерной геологии . Бобровски, П.Т., и Маркер, М. (редакторы). (Лондон, Великобритания: Метеор Спрингер.)

Джонс, Л. Д. 2002. Усадка и набухание почв в Великобритании: оценка глин для процесса планирования. Earthwise , выпуск 18, Британская геологическая служба.

Джонс, Л. Д. 2004 г. Взламывание рынка недвижимости. Планета Земля , осень 2004 г., стр. 30–31.

Джонс, Л.Д., и Джефферсон, И. 2012. Экспансивные почвы. 413–441 в руководстве ICE по геотехническому проектированию. Том 1, инженерно-геологические принципы, проблемные грунты и исследование местности . Берланд, Дж. (редактор) (Лондон, Великобритания: ICE Publishing.)

Джонс, Л.Д., и Террингтон, Р. 2011. Моделирование потенциала изменения объема в лондонской глине. Ежеквартальный журнал инженерной геологии и гидрогеологии , Vol.44(1), 109–122.

Джонс, Л. Д., Джефферсон, И., и Бэнкс, В. 2020. Набухание и усадка почвы. 223–242 в Геологические опасности в Великобритании: их возникновение, мониторинг и смягчение последствий . Специальные публикации по инженерной геологии 29. Giles, DP, and Griffiths, JS (редакторы). (Лондон, Великобритания: Геологическое общество.)

Джонс, Л. Д., Ли, К. А., и Халберт А. 2017 г. Подземное пространство Лондона пользуется большим спросом. Туннели и туннелирование .

Лу, П., Розенбаум, М.С., и Джонс, Л.Д.2000. Фрактальное поведение размера частиц и его последствия для описания изменения объема в глинах. Оползни, усадки и вздутия – Конференция по глинистым минералам и геотехнике , Совместное собрание Группы глинистых минералов Минералогического общества и Инженерной группы Геологического общества. Кейворт, Ноттингем, декабрь 2000 г.

.

Нельсон, Дж. Д., и Миллер, Д. Дж., 1992. Экспансивные грунты — проблемы и практика проектирования фундаментов и дорожных покрытий. (Уайли, Нью-Йорк, США: Департамент гражданского строительства, Университет штата Колорадо.)

Разработка некоторых новых корреляций на основе всасывания для поведения расширяющихся грунтов при набухании

Набухание и усадка являются двумя отличительными характеристиками расширяющихся грунтов, и из-за такого поведения эти грунты считаются естественной опасностью для инфраструктуры. Многие постройки в разных регионах были повреждены из-за набухания / усадки расширяющейся почвы. Большая часть серьезных повреждений затруднена из-за всасывания (отрицательное поровое давление воды), присутствующего в экспансивных грунтах.И параметры всасывания, и параметры набухания сильно зависят от влажности окружающей среды. Из-за этой особенности расширяющегося грунта инженеры-геотехники заинтересованы в использовании корреляций на основе всасывания для оценки ненасыщенных расширяющихся грунтов. Текущее исследование было проведено для разработки новых корреляций, включающих лабораторные испытания и полевые приборы. Для выполнения поставленных задач восемь участков местной обширной почвы в Пакистане были выбраны для сбора образцов и проведения полевых испытаний.Для измерения давления набухания ( S p ) и потенциала набухания ( S ) изготовленных/отформованных образцов было проведено стандартное одометрическое испытание. Датчики гипсового блока (G-block) дополнительно использовались для оценки всасывания матрикса в полевых условиях. Для расширения базы данных были также включены ранее опубликованные данные того же характера. Основываясь на результатах, степенная форма новых корреляций (на основе всасывания) очень важна для оценки ( S p ), в то время как для потенциала зыби логарифмическая корреляция с R 2  = 0 .6551 является более значимым, чем другие формы корреляции. Предлагаемая корреляция на основе всасывания может быть в равной степени использована для оценки всасывания в поле, а также для набухания расширяющегося грунта с индексом пластичности (PI) ≥ 22%.

1. Введение

Расширяющийся грунт представляет собой особый тип грунта, в котором происходят большие объемные изменения из-за колебаний содержания влаги. Изменения объема происходят двумя различными путями, а именно расширением и сжатием или усадкой.Расширение будет происходить при затоплении такого грунта водой за счет впитывания, а усадка — при извлечении или испарении влаги. Расширение запускается из сухого или частично насыщенного состояния и продолжается до полного впитывания. Экспансивные почвы очень чувствительны к влаге, из-за чего при незначительном повышении влажности могут происходить вредные расширения и сжатия. Стоит отметить, что такие грунты в стесненных условиях оказывают давление набухания, а легкие конструкции могут приподниматься или вздыматься.И наоборот, в сухих условиях эти структуры оседают по-разному из-за явлений усадки.

Предполагается, что обширные грунты представляют собой сложную задачу для землеустроителей; тем не менее, большинство основных проблем сводится к минимуму из-за наличия всасывания (отрицательного порового давления воды) в таких грунтах. Недавние исследования показали, что поведение почв при расширении можно было бы лучше оценить, если бы в исследованиях учитывалось всасывание матрицы. Матричное всасывание основано на измерении содержания воды и химических и физических характеристик грунтов, включая удельную поверхность, минералогический состав, напряженное состояние, структуру, относительное уплотнение, коэффициент пустот и распределение пор по размерам, в которых содержание влаги является более значительным среди различные элементы при работе с параметрами набухания и усадки.Самые последние исследования показали, что всасывание не зависит от минералогии почвы; однако он исключительно зависит от устройства поровой влаги, насыщающей почву [1]. Измерение всасывания требовало не только большого количества приборов, но и времени. Следовательно, матричное всасывание лучше аппроксимировать на основе корреляций на основе всасывания.

Используемая в настоящее время практика соотносит характеристики набухания и усадки почвы с индексными свойствами и минералогическим составом и основана только на лабораторных результатах.Эта методология ограничивает реальные определяющие параметры и конкретные полевые условия, которые используются при оценке экспансивных почв. Для точности и достоверности необходимо соотнести параметры набухания набухающего грунта с расчетным всасыванием грунта в полевых условиях.

Настоящее исследование было проведено для оценки фундаментальных инженерных характеристик и характеристик набухания местных расширяющихся грунтов, а также для разработки новых корреляций на основе всасывания для давления набухания ( S p ) и потенциала набухания ( S ).Разработка новых взаимосвязей между параметрами всасывания и набухания матрицы может быть впоследствии использована практикующими инженерами при работе с такими проблемными грунтами. Кроме того, эти корреляции можно использовать для измерения проводимости зыби от всасывания и наоборот. Предлагаемые выводы могут быть включены в протокол проектирования мелкозаглубленных фундаментов, чтобы защитить их от серьезных повреждений, вызванных расширяющимися грунтами.

2. Механизм разрушения конструкций

Неблагоприятные условия расширяющихся грунтов более критичны для слабонагруженных конструкций из-за давления набухания.Механизм давления зыби является очень сложным и комплексным поведением и часто поднимает структуру, что приводит к незначительным разрушениям или серьезным разрушениям [2–4]. Объем набухающих грунтов увеличивается одинаково во всех направлениях при поглощении влаги из окружающей среды. Однако в полевых условиях, где сооружения строятся на грунтах основания, расширение в объеме происходит только в вертикальном направлении вверх, а боковому вздутию противодействуют вмещающие грунты. Из-за этого явления конструкции будут подниматься или опускаться только во влажной среде и циклическом засушливом периоде соответственно.

Основными причинами колебаний влажности являются осадки, протечки из водопроводных линий или дренажных систем, изменения дренажа поверхности и ландшафтный дизайн, включая мощение. В суровых засушливых условиях практически невозможно подавать воду в иссохшую почву так же эффективно, как дерево, примитивно извлекаемое из почвы через свою корневую систему [6]. Стоит отметить, что изменение содержания воды в набухшем/усадочном грунте может повлиять на конструкции двумя различными способами, а именно на разрушение концевого подъема и разрушение центрального подъема, как показано на рисунке 1.В концевом механизме подъема расширение происходит по периметру конструкции и остается неизменным в центре, а в центре механизма подъема происходит усадка по периметру конструкции [7].


Неглубокие фундаменты часто повреждаются из-за усадки, вызываемой растительностью. Это сокращение происходит, когда растительность ухудшает профиль воды в зоне аэрации. Возвышенные растительностью изменения профилей воды могут существенно повлиять на другие подземные сооружения и инженерные коммуникации.Кроме того, расширяющиеся грунты оказывают давление набухания (напряжение) на вертикальные поверхности фундаментов и подпорных стен, что приводит к боковому отклонению. Кроме того, снижение прочности на сдвиг грунтов основания и снижение предельной несущей способности может привести к потере прочности грунта на сдвиг или нестабильности несущей способности [8]. Различные исследователи подчеркивали проблемы, связанные с набуханием почвы; например, транспортная система ухудшилась из-за многократного вздутия и усадки экспансивного грунта Регины [9].Различные типы фундаментов, дорог и других сооружений подвержены разрушениям из-за наличия экспансивных грунтов [10, 11]. Бедствие более критично, когда из-за усадки возникают дифференциальные осадки, а затраты на их обслуживание увеличиваются.

3. Фоновое исследование

Всасывание матрикса является одним из лучших индикаторов потенциала набухания, и было проведено несколько успешных исследований по оценке способности расширяющихся грунтов к набуханию из-за всасывания матрикса.В многочисленных исследованиях [12, 13] изучались гидромеханические свойства расширяющегося грунта для оценки напряжения набухания, всасывания грунта и других связанных свойств. В последних исследованиях сообщается, что физическое расположение частиц внутри образца почвы контролируется всасыванием матрицы, что может способствовать изменению объема [14–16].

В различных исследованиях предполагалось, что матричные притяжения связаны с давлением набухания расширяющегося грунта [17–20].Набухание почвы можно лучше оценить по измерениям всасывания, потому что большую часть времени в поле она остается в ненасыщенном состоянии. Несмотря на наличие многочисленной литературы в этой области, для практических приложений необходимы дальнейшие уточнения.

Всасывание матрикса и набухание являются двумя основными характеристиками экспансивных почв и в основном основаны на физических, минералогических и экологических характеристиках почв. За последние пару лет различные аналитики провели обширные исследования для предоставления полезной информации для разработки, планирования и анализа превентивных мер для оценки потенциальных проблем, связанных с изменением объема набухающего грунта.Насколько известно автору, большинство предыдущих исследований основано на лабораторных испытаниях, и мало внимания уделялось полевым приборам. Таким образом, желательно провести научное исследование с чрезмерным использованием новой и более точной методологии, в которой матричный потенциал почвы является ключевой переменной для оценки поведения набухания расширяющегося грунта. Поведение зыби с точки зрения потенциала зыби и давления зыби при изменении содержания воды из-за изменений окружающей среды специально изучается в [21].Pandya and Sachan, 2018, оценили набухание и всасывание матрикса четырех высокоэкспансивных почв с различным минералогическим составом [22]. Исследование показало, что независимо от степени насыщения всасывание матрикса будет высоким для грунта с более высоким значением индекса свободного набухания. Басма и др., 1995; Комине и Огата [12, 15] проанализировали гидромеханические свойства пучинистого грунта, оценив давление набухания, всасывание матрикса и другие важные параметры. Кандемир и др. [23] определяли давление набухания по матричному потенциалу расширяющихся грунтов.Было обнаружено, что существует прямая зависимость между логарифмическим матричным потенциалом и давлением набухания. Согласно исследованию Лина и Серато, Эрола и Эргуна и Эрзина и Эрола, существовала тесная связь между потенциалом матрикса и давлением набухания, а экспансивные грунты с высоким всасыванием матрикса имели высокое давление набухания [24–26].

4. Сбор проб и полевые испытания

Для характеристики материала была проведена подробная экспериментальная работа как в лаборатории, так и в полевых условиях.Основным материалом в этом исследовании была обширная почва, собранная в восьми разных местах Хайбер-Пахтунхвы (ХПК), Пакистан, то есть на трех участках в Караке, трех участках в Кохате и двух участках в районах Д.И. Хан. На этих участках также проводились полевые испытания. Координаты этих участков следующие:

Карак: 33°33′10,8″ с.ш. 71°25′44,4″ в.д., Кохат: 33°05′39,8″ с.ш. 71°04′42,6″ в.д., Д.И. Хан: 31 °53′49″с.ш. 70°47′34″в.д. [27].

Для расширения базы данных для разработки корреляций в этом экспериментальном исследовании были рассмотрены восемь независимых мест для случайной выборки.Физически нарушенные образцы были собраны из открытых испытательных траншей. Собранные образцы были оценены на предмет их фундаментальных геотехнических свойств и характеристик набухания в соответствии с методологией тестирования ASTM. Дополнительно проводились полевые испытания путем установки датчиков и тензиометров G-block (гипсовый блок) в те же тестовые траншеи, как видно из рисунка 2.

4.1. Начальные испытания и классификация

Лабораторные испытания были проведены для оценки основных геотехнических свойств и свойств набухания, как указано ниже: (i) параметры потока, включая предел текучести (LL), предел пластичности (PL) и индекс пластичности (PI). ) собранных образцов определяли в соответствии с процедурой испытаний ASTM D-4318(ii) Степень расширения грунта оценивали с помощью механического ситового анализа в соответствии с ASTM D-422(iii) Характеристики набухания с точки зрения давления набухания ( S p ) и способность к набуханию ( S ) были исследованы путем проведения обычного испытания на одометр в соответствии с методологией испытаний ASTM D-4546-03 (iv) для оценки оптимального содержания влаги (OMC) и максимальной сухости. плотности (MDD), были проведены испытания на уплотнение по Проктору, стандартизированные в соответствии с ASTM D-698-A. руководство(vi) Для целей классификации были включены как унифицированная система классификации почв (USCS), так и критерии Чена

5.Экспериментальные результаты

Первоначальные геотехнические свойства восемь исследованных экспансивных почв перечислены в таблице 1.

9103 Д. Хан + + +
Назначение LL (%) PL (%) PI (%) (Kn / M 3 )
Karak S 1 607776 23 39 17.4
S 2 55 21 34 17,8
S 3 52 18 34 18,5

S 4 34 11 23 16,9
S 5 33 11 22 17.6

Кохата S 6 48 19 27 18,8
S 7 46 21 25 18.3
S 8 50.5 20 9 30.4 17.4
9076

На основе лимовых лимитов ), соответствующие положения исследованных расширяющихся грунтов были отмечены на диаграмме пластичности, как показано на рисунке 3.


На графике показаны все выбранные почвы, расположенные над линией А, неорганические с высокой и низкой пластичностью. По показателю пластичности эти почвы были классифицированы по критериям USCS и Chen. Подробности представлены в Таблице 2. Из классификационной таблицы ясно видно, что большая часть выбранных грунтов соответствует критериям грунтов с высокой и средней степенью расширения, как указано в Таблице 2. ПИ (%) USCSclassification экспансивность критерии Chen +


+ S 1 37 СН высокий ПИ = 10-15 + Низкая 91 033 S 2 34 СН высокий 91 033 S 3 34 СН высокий PI = 15–28 Среда         907 76 S 4 23 CL Medium S 5 22 CL Medium PI = 28-41 высокий S 6 27 CL Средний S 7 25 CL Средний > 41 очень высокий S 8 305 CH CH Высокий

Набуханный потенциал ( S ) и набухание ( S p ) всего восьми сайтов были определены Образцы, изготовленные в OMC, как описано на рисунке 4. Полученные результаты суммированы и отображаются в таблице 3.

+ + + 6
Обозначение Обозначение образцов Потенциал набухания (%) кПа)

Карак S 1 9.6 275
S 2 7,8 240
S 3 5,4 152

DI Ханом S 4 6,9 195
S 5 6,5 182

Кохата S 5.8 138
S 7 5,1 205
S 8 8,2 260

результатов соответствующих Результаты показали, что образец « S 1 » с участка Карак имеет самые высокие значения набухания, а образец S 5 с площади Д. И. Хана показал минимальное значение характеристики набухания.Контраст между примерами S 4 и S 5 был неразличим, поскольку эти почвы были собраны в местах со схожими земельными и экологическими условиями. Почва Кохата заняла промежуточное положение между почвой Карака и почвой Д.И. Хана, хотя образец из Кохата ( S 8 ) показал несколько идентичные результаты с почвой Карака.

6. Основанные на всасывании корреляции для давления набухания

Проиллюстрированы разработанные зависимости между давлением набухания и матричным всасыванием, измеренные в OMC в полевых условиях для исследованных грунтов.Различные форматы взаимосвязей использовались для отслеживания наиболее подходящей кривой для данных, полученных в ходе полевых и лабораторных испытаний. Различные форматы, включенные в продвижение корреляций, являются линейными, логарифмическими, степенными, экспоненциальными и полиномиальными. Предлагаемые взаимосвязи также были подкреплены наиболее надежными данными исследования, проведенного Thompson et al. и Сингхал и др. [30, 31]. Для расширения базы данных были добавлены наиболее актуальные данные, основанные на значении индекса пластичности (PI) и условиях испытаний.Минимальный предел PI был сохранен на уровне ≥22 с целью охвата широкого диапазона набухающих почв этими новыми моделями отношений.

Линейная зависимость между давлением набухания и всасыванием материнской породы представлена ​​на рисунке 5. . Эта корреляция очень значима с R 2  = 0.8162. Это показывает, что около 82% процентов изменений в этом соотношении будут происходить из-за изменений давления всасывания и набухания. Другие переменные в этой новой корреляции составляют лишь 18%.

Новая корреляция (экспоненциальная) для давления зыби и всасывания матрицы поля представлена ​​на рисунке 6.


Недавно разработанные логарифмические и полиномиальные корреляции давления набухания на основе всасывания представлены на рисунках 7 и 8.Значение регрессии R 2 равно 0,7575 и 0,821 соответственно. На основе значений R 2 можно использовать полиномиальную корреляцию для более точной оценки.



На рис. 9 представлена ​​новая корреляция на основе всасывания (силовая форма) для давления набухания. Выяснилось, что R 2 является наибольшим и равен 0,8446. Из этих разработанных корреляций видно, что степенная корреляция более значима, чем другие зависимости, а экспоненциальная корреляция имеет наименьший уровень значимости.


6.1. Проверка новой корреляции на основе всасывания

Новые корреляции на основе всасывания для давления зыби ( S p ) и полевого матричного всасывания были обобщены и представлены в Таблице 4 вместе с уровнем их значимости.

Значение

корреляций Уравнение R 2

Линейный 0.8162 High
Экспоненциальный 0,7529 Умеренный
Логарифмическая 0,7575 Умеренный
полиномиальной 0,821 High
Мощность 0,8446 Высокий

Резюме показало, что в недавно разработанных корреляциях, основанных на всасывании, степенная форма более значима, чем другие корреляции.Для подтверждения новых корреляций были взяты независимые практические данные по экспансивным почвам Голливуда, Хайдена и Игл-Форда [24]. Суммарная ошибка была определена для этих экспансивных почв. Затем кумулятивную ошибку сравнивали с ошибкой, обнаруженной в работе Janardhan et al. корреляция [32]. Модель регрессии (уравнение) с наименьшим значением R 2 из текущего исследования была включена для целей сравнения и проверки. Независимые данные о расширяющихся грунтах, использованных в этой проверке, приведены в таблице 5, а выбранные регрессионные модели также обобщены в таблице 6.

+ +

Серийный номер Испытанные почвы экспансивностью ПИ (%) S р Ψ OMC

1 Голливуд Средний 34 141 565
2 Хайден высокий 48 230 771
3 Игл Форд Очень высокая 57 263 1040

+
+ + + + + Текущее исследование

корреляциями Уравнения R 2

0.7529
Джанардан и др. 0,680

Предложенные новые корреляции были сопоставлены с Janardhan et al. уравнения регрессии для проверки достоверности этих корреляций. Независимые данные для грунтов со средней, высокой и очень высокой степенью расширения были объединены, как показано на рисунке 10. Было обнаружено, что новые корреляции показали сопоставимые результаты с предыдущими корреляциями для почв со средней и высокой степенью расширения.Однако в случае очень расширяющегося грунта текущая модель более стабильна, чем модель Джанардана, для прогнозирования давления набухания из-за всасывания грунта, как указано в таблице 7. Испытанные грунты Широта Ошибка Janardhan model Error Present Model


Hollywood Medium 0 7,56 Хайден высокого 1,28 1,5 Игл Форд Очень высокое 12,14 1.2
7. подводящего Основанные корреляции для потенциала волнения

Полученные зависимости между потенциалом волнения ( S ) и матричным притяжением (Ψ omc ) для испытанных грунтов показаны на рисунках 11–15.Для поиска наиболее подходящих кривых корреляции использовались различные доступные форматы уравнений. Наиболее подходящие данные, ранее исследованные Lin и Cerato, Puppala et al. и Janardhan et al. [24, 32, 33] были дополнительно включены для расширения базы данных. Индекс пластичности и условия испытаний были двумя основными факторами, которые учитывались при выборе предыдущих данных. Для охвата широкого спектра экспансивных почв индекс пластичности считался равным ≥22%.






В свете последствий текущего исследования и недавно опубликованной литературы в аналогичной области было обнаружено, что могут быть разработаны корреляции высокого и среднего уровня значимости.Уровень значимости этих корреляций зависит от характера уравнений. Из рисунка 13 видно, что логарифмическая корреляция более значима из-за высокого значения R 2  = 0,6551. В этой корреляции около 66% вариаций будет происходить из-за изменений потенциала зыби и всасывания матрикса. Кроме того, достоверно известно, что около 34% этих новых отношений составляют различные другие факторы.

Новые линейные и экспоненциальные корреляции, основанные на всасывании поля для потенциала зыби, представлены на рисунках 11 и 12, где R 2 равно 0.649 и 0,5772 соответственно. Эти корреляции также представлены в виде уравнений (1) и (2) соответственно: 0,6551 и 0,6491 соответственно.

На рис. 15 представлена ​​корреляция мощностей между потенциалом набухания и всасыванием матрицы с R 2  = 0,6184. Корреляция является умеренно значимой при 62%-ном вкладе выбранных переменных.

7.1. Проверка новых корреляций для потенциала волнения

Вновь созданные соотношения для потенциала волнения ( S ) и матричного потенциала (Ψ omc ) были объединены и представлены в таблице 8. Логарифмическая форма новой корреляционной связи имеет вид наиболее повышенный уровень важности, в то время как экспоненциальная зависимость имеет умеренную значимость. Благодаря текущим результатам и ранее исследованным данным в той же области все недавно разработанные корреляции могут быть использованы для измерения приблизительного значения потенциала зыби от отсоса поля.

90 749

корреляции Уравнение R 2 Значение

Линейный 0,649 Высокого
Экспоненциальных 0.5772 Умеренный
Logarithmic 0.6551 Высокий
Polynomial 0.6491 Высокий
Power 0.6184 Высокий

для валидации, независимые данные, ранее опубликованные для Hollywood, Heiden, и Eagle Ford Expansive почву, и кумулятивная ошибка была рассчитана из фактических значений. Затем результаты кумулятивной ошибки сравнивали с результатами Janardhan et al. корреляционные уравнения. Для сравнения использовались модели с минимальным значением R 2 .Определения независимой почвы приведены в таблице 9, а схема предполагаемых моделей регрессионной модели также представлена ​​в таблице 10. Испытанные почвы экспансивностью ПИ (%) Ψ OMC S


1 HOLLYWOOD Medium 34 565 2.3 2 Хайден Высокий 48 771 9,3 3 Игл Форд Очень высокая 57 1040 12,7

91 839
91 839 Текущее исследование
корреляциями Уравнения R 2
0.5772
Джанардан и др. Совокупные ошибки, которые произошли в текущей и предыдущей регрессионных моделях, представлены на рисунке 16. предыдущие модели для всех трех форматов (средних, высоких и очень высоких) экспансивных почв. По результатам сравнения было отмечено, что текущие модели более стабильны, чем представленные ранее модели.Детали ошибки, произошедшие для трех типов экспансивных почв, продемонстрированы в таблице 11.


Проверенные почвы Ошибка Ошибка Error Janardhan Модель Ошибка присутствует модель

Hollywood Средний 0,77 0,77 0.35
Heiden Высокий 1.72 1.154
Eagle Ford Очень высокий 1.73 1.149 1.149
80241 8.1. Выводы

Текущее исследование, состоящее из полевых приборов и лабораторных испытаний, было проведено для разработки некоторых новых корреляций на основе всасывания для оценки параметров набухания местных расширяющихся грунтов. Основные выводы, сделанные в результате этого экспериментального исследования, перечислены в следующем разделе: (1) Основные геотехнические характеристики и обозначение восьми местных расширяющихся почв, исследованных в текущем исследовании, показали, что почва Карака более критична во влажных условиях, чем почва Кохат и Д.Обширный грунт I Хана для строительства легких конструкций. (2) Из-за высокого предела текучести и индекса пластичности грунт Карака имеет больший потенциал набухания и давление набухания, чем два других региона. (3) Почва Карака показала максимальное значение поля наименьшее всасывание матрицы, в то время как экспансивный грунт Д. И. Хана имеет наименьшее всасывание матрицы. (4) На основании развития корреляций делается вывод, что формат мощности отношения, основанного на всасывании, очень важен для измерения давления набухания экспансивных грунтов.(5) Логарифмические корреляции более значимы в недавно разработанном уравнении регрессии для оценки потенциала набухания на основе всасывания, измеренного в полевых условиях. (6) По мере увеличения матричного всасывания давление набухания и потенциал набухания также увеличиваются для расширяющихся грунтов. Это показывает, что высокорасширяющиеся грунты более стабильны в сухих условиях из-за наличия всасывания матрицы. (7) Более высокая точность в протоколе проектирования может быть достигнута, если корреляции на основе всасывания используются для определения давления набухания и потенциала набухания расширяющихся грунтов. .(8) Для разработки регрессионных моделей/уравнений необходимо увеличивать базу данных, добавляя все больше и больше данных либо путем увеличения количества тестов, либо путем включения предыдущих данных. (9) Дополнительно закрывается от результатов, которые наиболее логичная информация может быть получена от датчиков, установленных в центре открытых траншей (зона аэрации), поскольку на нее меньше всего влияет климат и окружающая почва. Кроме того, минимальное раздражение местного грунта при установке датчика позволит получить более точные данные для исследований.

8.2. Рекомендации
(1) Всасывание матрикса является одной из основных проблем в рамках механики ненасыщенного грунта. Рекомендуется использовать представленные новые корреляции для лучшей оценки поведения расширяющегося грунта. (2) Набухание и усадка — две основные характеристики расширяющегося грунта. В текущем исследовании рассматривалось только поведение зыби с точки зрения давления зыби и потенциала зыби; рекомендуется дальнейшее исследование, в котором усадка рассматривается как серьезная проблема.(3) Также требуются дальнейшие исследования в той же области для расширения базы данных основанных на всасывании корреляций расширяющегося грунта для поведения зыби. (4) В доступной литературе также имеется пробел в исследованиях, где требуется некоторое продвижение для корреляций для быть разработан на основе значений всасывания, измеренных в лаборатории. (5) Предлагаемая корреляция на основе всасывания может в равной степени использоваться для оценки всасывания в полевых условиях, а также для поведения зыби. Однако лучшие результаты могут быть достигнуты, если индекс пластичности находится в пределах указанного диапазона.
Доступность данных

Исходные данные, использованные в ходе этой исследовательской работы, доступны для поддержки этого исследования и могут быть получены у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Проблема — обширная почва

Передний хребет Колорадо включает предгорья и равнины на восточной окраине Скалистых гор. Как показано на рисунке 1, многие из самых густонаселенных городов Колорадо, такие как Форт-Коллинз, Колорадо-Спрингс и Денвер, расположены вдоль Переднего хребта.Ранчо Стерлинг, расположенное всего в 20 милях к югу от Денвера, также находится в этом регионе. Передний хребет — сложный район для застройки из-за уникальных геологических условий. Для них характерны очень экспансивные глинистые почвы. Почвы Переднего хребта содержат большое количество бентонита и других расширяющихся минералов, из-за которых почва резко набухает при намокании и сжимается при высыхании.

Рисунок 1: Передний полигон Колорадо

Эти обширные почвы непригодны для строительства и должны быть исправлены, прежде чем на таких объектах, как Sterling Ranch, можно будет начать строительство жилых или коммерческих зданий.Без восстановительных работ циклическое набухание и усадка грунта под жестким бетонным фундаментом может привести к разрушению конструкции. Ремонт требует времени и денег. В настоящее время строители используют множество инновационных решений для борьбы с экспансивными грунтами. Два из этих решений широко используются в районе Front Range. Многие строители жилых домов используют опорно-балочный фундамент, в то время как Sterling Ranch и другие крупные застройки в этом районе, как правило, чрезмерно выкапывают землю.

Основание пирса и балки

Фундамент из пирса и балки обеспечивает устойчивость, эффективно изолируя фундаментную плиту дома от обширных грунтов.Как показано на рис. 2, опорно-балочный фундамент подвешивает структурный фундамент в нескольких футах над землей. Бетонные опоры уходят глубоко в землю, чтобы опираться на твердую почву или коренную породу. Деревянные балки проходят между опорами, создавая структурную основу, на которой стоит дом. Помимо защиты от набухания грунта, подполье под опорно-балочным фундаментом позволяет легко прокладывать инженерные коммуникации.

Рисунок 2: Фундамент для пирса и балки

Недостатками опорно-балочного фундамента являются, главным образом, вероятность образования плесени и более высокая стоимость.Пространство между землей и фундаментом обеспечивает полость для просачивания влаги под дом. В деревянном конструкционном фундаменте эта влага может привести к гниению и, в конечном итоге, разрушению фундамента. Установка столбчатого и балочного фундамента стоит дорого. Опоры, которые уходят глубоко в землю, требуют специального оборудования и значительно большего количества бетона по сравнению с традиционным плитным фундаментом. Тем не менее, эта первоначальная стоимость гарантирует, что у дома не будет структурных проблем, вызванных обширными почвами.

Земляные работы

Over-excavation — это решение, используемое на Sterling Ranch для обработки обширных почв. Вместо того, чтобы изолировать фундамент от почвы, чрезмерные земляные работы направлены на то, чтобы исправить обширный характер почвы, прежде чем строить на ней. В процессе земляных работ экспансивная или иным образом неподходящая почва удаляется на глубину примерно 10 футов ниже самой низкой строительной отметки. Эта глубина зависит от геологического профиля почв в этом районе и может варьироваться.Затем котлован снова заполняют соответствующим строительным материалом. Это может быть достигнуто за счет вывоза насыпного материала или путем обработки и замены вынутого грунта. После того, как насыпь доведена до необходимого для строительства уровня, укладывается обычная плита на ровный фундамент и строятся дома.

Чрезмерные земляные работы не так затратны, как добавление пирса и балочного фундамента, но это дорого. Из анализа затрат Sterling Ranch обнаружил, что чрезмерные земляные работы увеличивают стоимость дома примерно на 10% и увеличивают сроки строительства на шесть месяцев.Преимущество дополнительных земляных работ заключается в том, что их можно выполнять одновременно с планировкой дорог и других участков с планировкой. Чрезмерные раскопки наиболее рентабельны, когда они проводятся в очень больших масштабах, например, при внедрении процесса во всех заявках на Sterling Ranch. Тем не менее, чрезмерные раскопки не являются идеальным решением и имеют недостатки. Обработанные и замененные почвы могут со временем вернуться к своей обширной природе. Если это произойдет, расширение может легко расколоть плиты на уровне грунта, что сделает первоначальную чрезмерную выемку грунта расточительной.

Неэффективность чрезмерных земляных работ приводит к пустой трате времени и денег для ранчо Стерлинг. Это побудило команду разработать следующую проектную цель: Сократить стоимость и время строительства дома за счет изучения инновационных конструкций фундамента для использования на обширных почвах на ранчо Стерлинг. В частности, команда исследует осуществимость одной конкретной инновации, которая была доведена до сведения Sterling Ranch инженерами RMG: фонд Tella Firma.

Перейти к следующей странице

Экспансивные почвы в Колорадо и как с ними лучше всего справляться

Колорадо переживает бум в сфере недвижимости, особенно на переднем крае за последнее десятилетие.С появлением новых предприятий в штате Столетие, ажиотаж строительства заполнил многие из наших небоскребов кранами, а многие из наших когда-то пустых полей — новыми жилищными комплексами.

Бум привлек многих разработчиков из других штатов и вдохновил многих из тех, кто живет здесь, попробовать свои силы в разработке. Одним из самых больших сюрпризов для застройщиков, впервые приехавших в Колорадо, является количество обширных почв, присутствующих здесь, особенно на переднем крае. Ниже приведена карта, показывающая потенциал роста по всему штату, и, как вы можете видеть, многие места, идеально подходящие для развития, имеют определенный уровень риска.

Источник: «Руководство по набуханию почвы для покупателей жилья и домовладельцев Колорадо», Специальная публикация Геологической службы Колорадо 43

. Экспансивная почва получила свое название за то, что расширяется в объеме, когда становится влажной, и точно так же сжимается, когда высыхает. Обычно это происходит из-за присутствия глины в почве и/или скальной породе и может привести к значительному повреждению конструкций, если это не запланировано должным образом.

Если вы планируете застраивать участок земли в Колорадо, одним из ваших первых шагов должно стать получение отчета о состоянии вашей собственности у лицензированного инженера-геотехника.В отчете будет указано, какой тип почвы находится на вашем участке, каковы характеристики этих почв, а также даны рекомендации о том, как обрабатывать почву и какой тип фундамента лучше всего подходит для того, что вы планируете построить. Ваша проектная группа и генеральный подрядчик примут эту информацию и предоставят отзывы, основанные на их опыте, чтобы вы могли принять окончательное решение о том, какую систему фундамента вы хотели бы иметь в своем проекте. Всегда выгоднее нанять команду проектировщиков и генерального подрядчика, знакомых с обширными почвами и типичными методами строительства в Колорадо.

Ниже приведены наиболее распространенные стратегии, используемые для сведения к минимуму риска, связанного с обширными почвами. Каждый сайт проекта уникален, поэтому проконсультируйтесь со специалистами по дизайну, чтобы узнать, как эти стратегии могут быть реализованы в вашем проекте.

  • Держите воду подальше от фундамента
    • В первую очередь самая простая и важная стратегия. Уклон должен быть спроектирован и поддерживаться таким образом, чтобы уклон от фундамента был максимальным. Орошение и озеленение, которые требуют регулярного полива, должны быть сведены к минимуму в районах, прилегающих к зданиям, насколько это возможно, и рекомендуется не ближе 5 футов от внешней стороны здания.
  • Выполнить дополнительные раскопки (также известные как субэкскавация)
    • Этот процесс включает в себя выемку грунта на определенную глубину ниже предполагаемого дна фундамента и либо влагообработку удаленного грунта, либо размещение нового грунта с заданными параметрами влажности и плотности, определенными инженером-геотехником. Выполнение перекопки позволит использовать систему мелкозаглубленного фундамента, которая намного дешевле глубокого фундамента.
  • Химическая обработка почвы
    • Это относительно новая стратегия, обычно заключающаяся в применении химической обработки обширных почв.Используемые химические вещества предназначены для борьбы с расширяющимися свойствами глиняных материалов и, следовательно, минимизируют возможность набухания.
  • Глубокие фундаменты
    • Глубокие фундаменты, такие как буронабивные сваи, предназначены для обхода расширяющихся грунтов и заделки в нерасширяющуюся коренную породу. Обычно это самый дорогостоящий вариант, но он может быть наиболее эффективным для сведения к минимуму риска перемещения.
  • Несущие полы
    • Несущие перекрытия обычно соединяются с глубокими фундаментами и спроектированы так, чтобы перекрывать обширный грунт, чтобы позволить грунту перемещаться под самым нижним уровнем здания, не затрагивая сам пол.Существует множество различных типов несущих полов (например: бетонная плита на пустоте, стальные балки, поддерживающие бетон на металлическом настиле над подпольем, деревянный каркас над подпольем).
  • ПТ СОГ
    • Плиты с последующим натяжением на уровне грунта имеют достаточную жесткость для сохранения структурной целостности даже при неравномерном перемещении грунта по всей площади основания здания. Это делает их идеальными для участков с умеренно экспансивными почвами.
  • Пустоты под плитами и балками
    • Пустые формы создают, как следует из их названия, пустоты под бетонными элементами фундамента.Они используются под бетонными плитами для создания «вафельной» плиты, под балками (бетонная фундаментная стена) и в бетонных основаниях скипов. Во всех этих случаях пустоты расположены стратегически, чтобы сформировать карман для расширения почвы и позволить элементам фундамента перекрыть этот карман.

Если вы планируете развивать проект в Колорадо, обратитесь к команде EVstudio за советом о том, как лучше всего справиться с обширными почвами, с которыми вы столкнетесь на своем участке, и как мы можем минимизировать ваш риск.

Ресурсы

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

[an error occurred while processing the directive]