при какой температуре промерзает грунт

При какой температуре промерзает грунт

Скорость и глубина промерзания зависит от:

Грунты с порами, заполненными влагой лишь до известной степени, грунты плотные мелкопористые при прочих равных условиях промерзают глубже и быстрее, чем рыхлые и сухие, так как теплопроводность первых больше.

Наибольшая глубина промерзания грунта бывает обычно при влажности 30—40%.

При дальнейшем ее увеличении глубина промерзания уменьшается в связи с увеличением скрытой теплоты замерзания.

Так как теплопроводность камня фундаментов больше, чем теплопроводность грунта, то, как это подтверждено и практическими наблюдениями, при ширине каменного фундамента более 0,5 м грунт под ним может промерзать ниже глубины промерзания, нормальной для грунтов данного района.

Уменьшению глубины промерзания грунта способствует верхний защитный покров в виде снега, густой травы, сухих листьев или хвои. Наличие в открытой местности сильных и продолжительных ветров, сдувающих снежный покров, способствует увеличению глубин промерзания.

Скорость промерзания грунта зависит от:

Чем поры мельче, тем более связана находящаяся в грунте вода силами капиллярного и молекулярного притяжения и тем более низкая температура и более длительный срок требуются для промерзания грунта. Промерзание при прочих равных условиях происходит тем быстрее, чем меньше влажность грунта, крупнее гранулометрический состав его (т. е. чем крупнее в нем поры), плотнее основная порода и меньше в грунте органических остатков газов и воздуха.

При производстве земляных работ глубина промерзания устанавливается замером ее в натуре. Для предварительных соображений глубина промерзания берется равной среднему значению ее максимума на основе наблюдений метеорологических станций в районе строительства за последние 15—20 лет.

Зависимость глубины промерзания грунта от длительности промораживания при различных температурах наружного воздуха

Пунктиром показан пример определения глубины промерзания грунта в течение 40 суток за три этапа промерзания, в том числе 25 суток при —5°, 10 суток при —10 и 5 суток при —15°. Глубина промерзания составляет

0,75 м и складывается из трех отдельных величин, соответствующих трем этапам: 0,42+0,23+0,10=0,75 м/

Ориентировочные данные о глубине промерзания грунта в зависимости от температуры воздуха и продолжительности ее действия приведены на рис.

Кривые промораживания дают ориентировочные величины глубины промерзания грунтов средней влажности (25—30%) при поверхности, лишенной снежного покрова.

При наличии снежного покрова следует вводить коэффициент 0,85 при толщине покрова 0,25 м, коэффициент 0,7 при толщине 0,5 м и 0,65 при толщинe 0,75 м.

Оттаивание грунта происходит постепенно, идет одновременно сверху и снизу и продолжается довольно длительное время. Полное оттаивание наступает не ранее второй половины мая.

Колебания влажности грунта

Промерзание и оттаивание грунта связаны с движением грунтовых вод. Горизонт грунтовых вод, несколько повышенный осенью, зимой понижается, а при начале таяния резко повышается. Грунтовые воды могут соприкасаться с нижней поверхностью мерзлого грунта и благодаря своей сравнительно высокой температуре (4—6°) значительно ускорять его оттаивание.

После кратковременного весеннего поднятия уровень грунтовых вод падает, и оттаивание опять несколько замедляется.

В течение всего осенне-зимнего периода происходит перемещение влаги между зонами мерзлого и талого грунта всегда по направлению от теплых к холодным его слоям, обусловливаемое целым рядом физических явлений

Источник

SGround.ru

Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов

Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения

Связь пучения со скоростью, глубиной промерзания

Оглавление:

1. Введение

Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия дневной поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость их промерзания.

Дневная поверхность грунта – жаргонный термин в строительной геологии, обозначающий поверхность современного рельефа. Можно заменить терминами: поверхность земли, уровень земли. В случае если на рассматриваемом участке выполнялась или будет выполняться планировка (насыпь или выемка грунта), то поверхность следует называть «уровень планировки»

Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от большого числа факторов: значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова и динамики изменения этих показателей в течении зимы, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации на конкретный участок поверхности, от смен холодной погоды на оттепели и от положения уровня грунтовых вод.

2. Скорость промерзания грунта

Увеличение объема грунта и величина подъема поверхности земли зависят от скорости промерзания, а скорость, в свою очередь, зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха и теплотехнических свойств грунта.

Экспериментально установлено, что чем меньше скорость промерзания, тем больше величина пучения и, наоборот, при больших скоростях промерзания грунт меньше увеличивается в объеме.

На величину вспучивания оказывает влияние и коэффициент фильтрации глинистого грунта, которой обусловливает подток капиллярной влаги к фронту промерзания. В образцах, замерзающих при большой скорости промерзания, визуально не наблюдается образования ледяных включений в виде прослоек и линз, следовательно, грунт незначительно ухудшает свои физические свойства при оттаивании.

При быстром промерзании в грунте не успевает накопиться влага, поступающая по капиллярам, поэтому он меньше проявляет пучение

При малой скорости промерзания грунта происходит формирование льдистой текстуры за счет постоянного притока влаги по капиллярам из нижележащих слоев талого грунта, сопровождающееся повышенным накоплением ледяных включений в нем. Такие грунты при оттаивании резко ухудшают свои физические свойства. Иногда грунты, имеющие твердую или пластичную консистенцию до промерзания, превращаются в текучее состояние после промерзания и оттаивания.

Наибольшее количество льда в грунтах природного сложения скапливается при промерзании грунта на глубину до 1-1,2 м так как на этих глубинах больше сказывается колебание отрицательной температуры наружного воздуха, например, при смене холодной погоды на оттепели, что позволяет накопить в структуре грунта больше влаги в виде льда

3. Глубина промерзания грунта

Значение глубины промерзания грунтов оказывает большое влияние на вспучивание дневной поверхности грунта. Например, в Забайкалье подъем поверхности грунта достигает 40 см при глубине промерзания суглинистого грунта 2,6-2,8 м, а сильнопучинистый суглинок в Московской области вспучивается на 15 см при глубине промерзания на 1,5 м.

Глубина промерзания грунта может в зависимости от региона РФ и локальных условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м. Максимальные значения глубины промерзания грунтов наблюдаются в Забайкалье, ближе к границе Монголии, преимущественно на песчаных и крупнообломочных грунтах и большей частью на северных склонах.

Наблюдениями за глубиной промерзания грунтов установлено, что влажные глины и суглинки промерзают заметно меньше, чем супеси, пески мелкие и пылеватые, а пески крупные и крупнообломочные грунты промерзают еще больше, чем супеси и пылеватые пески.

Чем более крупные частицы слагают грунт, тем больше будет глубина его промерзания при прочих равных условиях, однако крупнодисперсные грунты не подвержены пучению

Так как глубина промерзания зависит от действительно большого числа факторов, для начала разберемся что на этот счет говорится в нормативной литературе.

В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и типа грунта без учета всех остальных факторов (не учитывается снеговой покров, солнечная радиация, свойства и влажность грунта и пр.).

Действующий на данный момент норматив в области проектирования фундаментов — СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений гласит:

СП 22.13330.2016 п. 5.5.1 Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом: …- глубины сезонного промерзания грунтов. Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

5.5.2 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что ее следует определять в соответствии с ГОСТ 24847.

5.5.3 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение следует вычислять по формуле

, (5.3)

где d₀ — величина, принимаемая равной:

Мt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания. (прим. если промерзает несколько разных слоев то необходимо определять осредненное значение коэффициента d₀)

Нормативную глубину промерзания грунта d_fn в районах, где >2,5 м, а также в горных районах (где резко изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330.

5.5.4 Расчетную глубину сезонного промерзания грунта d_f, м, вычисляют по формуле

, (5.4)

где K_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений K_h=1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

d_fn — нормативная глубина промерзания, м, определяемая по 5.5.2 и 5.5.3.

d_fn — нормативная глубина промерзания, определяемая по СП 22.13330.2016 не учитывает множественные факторы т.к. нормативы нацелены на получение наиболее надежного результата. Эта величина показывает насколько промерзает грунт на свободной от снега поверхности, не прогреваемой солнцем в течении всей зимы (под навесом). Реальная глубина промерзания будет меньше или такой же в зависимости от количества снега и солнечной радиации на поверхности

Для того, чтобы определить реальную глубину промерзания с учетом множества факторов, включая снеговой покров, солнечную радиацию и тепловой режим сооружения необходимо выполнить теплотехнический расчет. Теплотехнические расчеты сложны и трудоемки, а так же требуют большого количества исходных данных. Для отдельных случаев существуют упрощенные расчеты, некоторые из которых приведены в СП 25.13330. Вопросы теплотехники грунтов затрагиваются в этой статье.

4. Заключение

Для правильного учета сил морозного пучения и выбора мер по защите от его воздействия необходимо и достаточно верно определить глубину промерзания грунта. Для этого следует пользоваться расчетами, приведенными в нормативной литературе.

Учет скорости промерзания в расчетах невозможен из-за сложности определения этого показателя и его изменчивости.

Учитывать снеговой покров в надежде что он снизит глубину промерзания не следует, так как после возведения сооружения снег скорее всего будет переноситься ветром от одной части сооружения к другой и с наветренной стороны поверхность грунта будет оголена. Если же сооружение поднято над землей, то под ним будет оголенная поверхность без снега и с температурой наружного воздуха, что так же увеличит глубину промерзания.

Если глубина промерзания грунта больше 2,5 м и если среднегодовая температура в регионе отрицательная, то для определения нормативной глубины промерзания необходимо выполнять теплотехнический расчет.

Так же теплотехнический расчет следует выполнять если, например, применяется утепление грунта.

Для принятия решений по фундаментам используется расчетное значение глубины промерзания, которое в 1,1 больше нормативного для неотапливаемых сооружений и ниже нормативного для отапливаемых сооружений.

Источник

Промерзание грунта

Будущие владельцы и те, кто уже является обладателем собственного колодца сталкиваются с проблемой нормального функционирования источника, одна из сложностей — эксплуатация зимой.

Что такое промерзание грунта

Промерзание грунта – расширение почвы, уплотнения земли из-за превращения влаги в кристаллы льда. Сам процесс происходит по-разному, в зависимости от типа земли, региона, глубины. Данный фактор влияет на функционирование колодца, мерзлая почва вызывает горизонтальное и вертикальное смещение бетонных колец. При наличии в опалубке трещин или разломов, вода проникая в них, замерзает распирая бетон, это приведет дорогостоящему ремонту.

Типы и характеристики земли

Таблица промерзания различных типов почв

Факторы влияния

Региональная нормативная глубина промерзания

Грунты для строительства колодцев

Возведение нового колодца, мероприятие не из дешевых, важно на первоначальных стадиях учесть нюансы строительства и эксплуатации, которые не возможно устранить впоследствии. Если залежи воды близки к поверхности, подойдет любой тип почвы. Если участок находится на торфе или иле, глубине залежей жидкости ниже десяти метров и уровне промерзания около двух, потребуется усиление конструкции шахты, утеплению стен источника.

Проблема породы — работа на таком виде почв требует затрат времени и опыта колодезных мастеров.

При рытье гидросооружения, значимый фактор — уровень подземных вод, они должна быть ниже глубины промерзания. При нахождении жидкости выше, она будет замерзать, что приведет к пучению земляных пластов, происходит это неравномерно, что приводит к деформации или частичному смещению бетонных колец.

Если ваш участник расположен на следующих типах почв: пылеватых и мелких песках, суглинках и супесях, вам необходимо еще до строительства источника определить уровень залегания грунтовых вод.

Как обезопасить колодец

Чтобы обезопасить колодец от возможных проблем при промерзании грунты и пучения почвы, выход из положения — усиление конструкции шахты.

Если у вас сделана подводка воды из колодца, трубы необходимо расположить ниже промерзания.

Установка скоб и анкеров

Чтобы обеспечить стволу источника воды стабильность, прочность, предотвратить смещение колодезных колец и не допустить образования вертикальных разрывов, проводится скобирование, то есть жесткое сочленение стыков ЖБИ анкерами и металлическими скобами. Скрепление конструкции осуществляется также, как при строительстве, так и у действующих источников (в качестве одного из этапов профилактических, ремонтных работ).

Как проводится скрепление колец?

Для установки используется по 2-4 скобы на каждый стык (количество зависит от места монтажа). Перед монтажом на соседних кольцах (недалеко от шва) перфоратором проделываются отверстия нужного размера, в которые и устанавливаются скобы или анкера, закрепляемые мощными болтами. В итоге «держатель» связывает верх нижнего кольца и низ верхнего.

Утепление шахты и водопровода

Утепление колодца — процесс обустройства для сохранения тепла внутри резервуара. Подробнее о технологию утепления шахты, так же ознакомьтесь для чего нужно утеплять шахту.

Если утеплить шахту можно уже после эксплуатации источника, то водопровод из колодца и трубы, нужно до подводки воды.

Траншея копается ниже уровня промерзания с запасом в 20-30 сантиметров, а качестве страховки используется технология греющего кабеля. Вокруг трубы или внутри ее протягивают кабель на который подается тепло, это тепло помогает поддерживать постоянную температуру в системе водопровода.

Иван Покровский

Автор статьи и колодезный мастер нашей компании.

Возможно, материал будет полезен вашим знакомым. Поделитесь статьей в социальных сетях.

Источник

Глубина промерзания грунта по регионам России. Таблица

От чего зависит глубина промерзания грунта

Глубина промерзания грунта – это максимальная глубина, на которую почва промерзает зимой.

Каждый грунт имеет некоторые особенности поведения в определённых условиях. Этот факт обязательно учитывается во время создания проекта любого фундамента на любой территории, в любом регионе. Существует зависимость глубины, до которой промерзает грунт, от его породы (типа). Эта глубина также определяется:

От перечисленных факторов зависит степень промерзания. С учётом всех условий подбирается тип фундамента, способный лучшим образом обеспечивать прочность здания на определённой территории.

Таблица глубины промерзания грунта по регионам России

Чтобы облегчить работу проектировщиков, разработан СНиП 2.02.01-83*, содержащий расчётные нормы различных видов фундамента. Кроме того, создано приложение для этого СНиП, имеющее форму карты РФ и содержащее нормы глубин подмерзания грунтов для каждой из территориальных зон. Чтобы эта информация имела удобный вид, она оформлена как таблица. Для части городов России коэффициенты промерзания перечислены здесь:

В п. 2.25 этого СНиП указаны факторы, определяющие глубину фундамента:

Часть данных факторов имеет коэффициенты, определяемые через классификацию зданий. Норма промерзания является среднестатистическим значением наибольших глубин замерзания на участке при условии удаления с него снега и освобождения от вод, протекающих под землёй, в течение минимум десяти лет.

Как рассчитать глубину промерзания грунта

Пункт 2.27 СНиП 2.02.01-83* позволяет определить норму глубины замерзания, когда определяемая местность не предусматривает готовые значения. Для определения параметра используется формула Dfn=d0√Mt (Mt — коэффициент, равный сумме температур в холодный сезон ниже нуля в пределах региона). Когда отсутствуют подобные наблюдения, значение берётся на основании наблюдений метеорологической станции, которая находится в местности, где царят такие же погода и климат. d0 — это величина, выражаемая в м, являющаяся отдельной для разновидностей грунта:

При наличии нормативной величины возможно определение глубины замерзания грунта (df), учитываемой при определении параметров фундамента согласно формуле df = kh ∙ dfn. kh — это коэффициент теплоты для строительного объекта, определяемый согласно таблице в отношении фундамента внешних стен помещения с отоплением. Для внешней части фундамента помещения, которое не отапливается, kh = 1,1 (не относится к регионам, где имеет место среднестатистическая температура за год ниже 0 — для этих регионов используется особый расчёт, который основан на параметрах вечномёрзлого грунта).

Виды почвы и их характеристика

Таблица глубины промерзания грунта по регионам России имеет примерные значения. Даже в одном регионе грунты могут различаться по структуре и плотности, и их поведение может быть разным в моменты воздействия на них воды, а также при колебаниях температур.

Структура скалистого грунта почти не изменяется по причине влияния факторов климата, так как основой такого грунта является камень. Поэтому скалистый грунт подходит для использования в качестве фундамента напрямую по окончании подготовительных работ.

Хрящеватый грунт является смесью, включающей песок, грунт, глину и значительный объём гравия. Специфика такого грунта заключается в устойчивости к вымыванию.

Песчаный грунт надёжен в качестве основания, когда в нём отсутствуют мелкие и пыльные фракции. Усадка здания приводит к ощутимому повышению плотности грунта и его проседанию, если в нём почти отсутствует пучение.

Супесь и суглинок являются подходящими для построения здания лишь в части случаев при условии определённых параметров. Для такого грунта имеет немаловажное значение правильный выбор типа фундамента, так как застывание пород приводит к сильному пучению.

Источник