Силы морозного пучения


Силы пучения грунтов

 Пучение (пучинистость) грунтов – серьезные силы природы, без учета которых фундамент дома может быть поврежден. Особенно опасно для фундамента неравномерное пучение, что может быть вызвано разнородностью грунтов, неравномерным прогревом (охлаждением) почвы.

Механизм действия сил пучения

Грунт способен удерживать в себе воду. При отрицательных температурах объем замерзшей воды значительно увеличивается (на 9-12%), увеличивая при этом объем грунта. Сравните: плотность воды – 1000 кг/м3, а плотность льда  - 916 кг/м3. Так как масса воды не меняется, то замерзая и превращаясь в лед, она занимает больший объем, и всем свои новым объемом давит на грунт. Грунт движется. Двигаться вниз ему некуда – там слишком большая плотность, поэтому он движется вверх и давит на фундамент.

Чем больше в грунте воды, тем больше его пучение. Классификация грунтов в зависимости от их относительной деформации пучения определена ГОСТ 25100-95 (таблица Б.27):

Из таблицы видно, что мягкопластичные глинистые грунты имеют наибольшую деформацию пучения. На физическом уровне это связано с тем, что глина, в отличие от песка и гравия, не пропускает воду и вода накапливается. При глубине промерзания 1 м объем грунта может увеличиться  на 10%, что составляет 10 см, при глубине промерзания 2 м — уже на 20 см. Силы пучения достаточно, чтобы поднять и фундамент, и весь дом вместе с ним.

При равномерном сокращении объема грунта по мере его оттаивания, силы пучения не так опасны, а если оттаивание идет неравномерно из-за неравномерного  распределения воды в грунте, то возможны серьезные деформации фундамента, перекос окон, не закрывающиеся двери, трещины в стенах и т.п. На неравномерное пучение так же влияют наличие одновременно отапливаемых и неотапливаемых помещений, неравномерное укрытие грунта вокруг дома снегом и т.п.

Как действуют силы пучения на фундамент?

Действие сил морозного пучения

Посмотрим на рисунок. Сила пучения грунта, расположенного непосредственно под фундаментом, действует на него снизу вверх. Пучение грунта, расположенного вокруг фундамента, действует на его боковые стенки по касательной и горизонтально. Чем глубже фундамент, тем меньше сила пучения, действующая на его основание. Но при этом увеличивается площадь боковой поверхности фундамента, а с ней и суммарная величина сил пучения, действующих по касательной и горизонтально. Таким образом, заглубление фундамента ниже глубины промерзания грунта избавляет от действия морозного пучения грунта на его основание, но не гарантирует устойчивости фундамента и дома. Так как, если дом легкий (каркасный, щитовой), то его веса может не хватить для нейтрализации сил морозного пучения грунта, действующих по касательной (их величина может достигать 7 тонн на квадратный метр), и фундамент будет выталкиваться (выпучиваться) из грунта.

Помимо выпучивания, грунт под действием касательных и горизонтальных составляющих сил морозного пучения сжимает фундамент с боков, вызывая его деформацию, что очень опасно для сборных ленточных фундаментов из блоков. Поэтому строя дом на ленточном фундаменте на чрезмернопучинистом (сильнопучинистом) грунте следует отдать предпочтения монолитному железобетонному фундаменту, а не фундаменту из блоков.

Как уменьшить действие на фундамент сил морозного пучения?

Есть несколько способов для защиты от морозного пучения грунта:

  • утепление грунта вокруг дома (по горизонтали) — самый простой и недорогой способ. За счет утепления глубина промерзания грунта уменьшается (в некоторых случаях исключается полностью), что позволяет строить мелкозаглубленные фундаменты. Выбирая ширину полосы утепления, ориентируемся на глубину промерзания в данной местности: если глубина промерзания 1,2 м, то и утепляем на ширину 1,2 м;
  • утепление ленточного фундамента по вертикали  —  позволит: снизить теплопотери дома  до 20%; снизить трение между грунтом и фундаментом от пучения грунта; компенсировать горизонтальное расширение грунта при его пучении (при утеплении пенополистеролом);
  • сделать поверхность фундамента при его строительстве более гладкой – так как бетон — пористый материал, то грунт при смерзании имеет с бетоном хорошее сцепление и касательные силы пучения выпучивают (выталкивают) фундамент наружу. Самый простой способ для устранения смерзания фундамента и грунта – проложить между ними рубероид. Это более гладкий материал, и грунт при пучении будет по нему скользить, соответственно, действие касательной силы морозного пучения значительно сократится;
  • защита от попадания влаги от дождя и тающего снега – возможно при сооружении отмостки по всему периметру дома.  Ширина отмостки должна превышать ширину обратной засыпки фундамента, что позволит отвести воду подальше от фундамента;
  • отведение имеющейся в грунте влаги   -  выполнить дренирование. Необходимо как можно сильнее обезводить грунт, окружающий малозаглубленный ленточный фундамент. Для этого траншеи  для ленточного фундамента выкладывают геотекстилем, после отливки фундамента и выполнения гидроизоляции и утепления фундамента, на дно вокруг всего дома укладывают дренажные трубы кольцевого дренажа, и засыпают дренажной смесью (песок + керамзит), или просто песком.  Пристеночная дренажная мембрана отводит воду к дренажным трубам;
  • полная или частичная замена грунта, подлежащего и прилегающего к фундаменту — чрезмернопучинистый (сильнопучинистый) грунт   заменяется на непучинистый (песчаный грунт). Замена грунта проводится на этапе заложения фундамента. Под основание фундамента укладываем подушку из утрамбованного песка высотой 30 см и шириной, превышающей  ширину фундамента на 20 см. Песчаный слой уменьшает слой пучинистого грунта и сила морозного пучения сокращается: например, если на глубину 1 м  укладывается фундамент при глубине промерзания грунта 1,5 м, то слой пучинистого грунта равняется 50 см, увеличение его объема при морозном пучении может составить 5 см. При сооружении  под таким фундаментом песчаной подушки высотой 30 см, слой пучинистого грунта равен 20 см, и увеличение его объема при морозном пучении составит 2 см;
  • использование  для обратной засыпки фундамента (после его заливки бетоном и снятия опалубки) непучинистого грунта  - такой грунт не будет примерзать к стенкам фундамента, что уменьшит действие касательных сил морозного пучения. Для предотвращения заиливания с течением времени  песка в песчаной подушке и в обратной засыпке (частички глины из окружающего грунта попадают в песок и он приобретает пучинистые свойства), песчаную подушку под фундаментом и обратную засыпку отделяют пленкой или фильтрующей тканью от остального грунта.

podomostroim.ru

СИЛЫ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ

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

Механизм действия  силы морозного пучения.

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

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

 

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

Как сделать морозное пучение менее пагубным.

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

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

Как защитить постройки частного дома от влияния сил морозного пучения.

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

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

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

Что ещё могут силы морозного пучения.

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

 

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

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

Приходилось ли Вам сталкиваться с эффектом морозного пучения?  

 Как и что вы предпринимали в борьбе с этим явлением?

Жду ваши комментарии и фото Email.

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

Всем удачи в борьбе с  морозным пучением.

krytosdelal.ru

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения РјРѕРіСѓС‚ действовать Рё РІ горизонтальном направлении, оказывая давление РЅР° вертикальные заглубленные РІ РіСЂСѓРЅС‚ конструкции.  [1]

Нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения грунтов действуют РїРѕ нормалям Рє поверхностям сооружения, ограничивающих, сопротивляющихся или РЅРµ допускающих увеличения объема грунтов РїСЂРё РёС… промерзании. Наиболее типичной РёС… сферой действия Р±СѓРґСѓС‚ подошвы фундаментов сооружений, РіРґРµ РїСЂРё определенных условиях РјРѕРіСѓС‚ возникать вертикальные нормальные силы, Рё боковые грани фундаментов, РіРґРµ РјРѕРіСѓС‚ обнаруживаться действия горизонтальных нормальных СЃРёР» РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения грунтов.  [2]

Вертикальные нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения, действующие РЅР° подошву фундаментных столбов РїСЂ Рё промерзании грунта РїРѕРґ РЅРёРјРё, РІ 1958 Рі. РІ полевых условиях, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ впервые, были получены Р’. Рћ. Орловым; РЅР° РЅРёС… РјС‹ Рё остановим наше внимание.  [4]

Нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения грунта, действующие РЅР° подошву фундаментов 1 - 3 Р·РёРјРѕР№ 1979 / 80 Рі., показаны РІ табл. 12 Рё РЅР° СЂРёСЃ. 3 РІ.  [5]

Нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения грунта передаются РЅР° подошву фундамента через твердомерзлый РіСЂСѓРЅС‚, площадь которого находится РїРѕРґ напряжением динамической Р·РѕРЅС‹ фронта промерзания Рё возрастает СЃ увеличением толщины твердомерзлого слоя РіСЂСѓРЅС‚.  [6]

Утверждение, что нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения можно погасить небольшим давлением РѕС‚ сооружения ( РїРѕСЂСЏРґРєР° 1 - 2 РєР“ / СЃРј2, Р° РёРЅРѕРіРґР° Рё несколько больше), является, РїРѕ нашему мнению, недоразумением: РІСЃРµ зависит РѕС‚ того, какие Р±СѓРґСѓС‚ промерзать грунты, какие условия промерзания РёС… РїРѕРґ подошвой фундаментов Рё какая сопротивляемость увеличению РёС… объема РїСЂРё промерзании фундаментов Рё надфундаментных строений. Р�сключение составляет лишь случай возведения сооружений РЅР° песчаных Рё РґСЂСѓРіРёС… крупнозернистых грунтах СЃ полным обеспечением СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРіРѕ оттока ( отжатия) РёР· РЅРёС… РІРѕРґС‹; РІ этом случае допустимо заложение фундаментов выше глубины сезонного промерзания грунтов.  [8]

РџРѕ схеме Р’. Р‘. Швеца относительные нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения грунта находятся РІ РїСЂСЏРјРѕР№ зависимости РѕС‚ деформации уплотнения подстилающего талого грунта, Р° величина деформации обусловлена СЌРїСЋСЂРѕР№ распределения вертикальных напряжений РІ грунте РѕС‚ внешнего давления.  [9]

РџРѕ экспериментальным данным Рќ. Рђ. Толкачевым установлено, что относительные нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения резко увеличиваются СЃ увеличением плотности промерзающего грунта, степени его водонасыщения Рё скорости промерзания.  [10]

РџРѕ той же причине, очевидно, Рё удельные нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения оказались РІРЅРµ зависимости РѕС‚ глубины заложения подошвы фундаментов.  [12]

Морарескула, выполненные РІ лабораторных условиях Р›Р�РЎР� [28], показали, что нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения грунтов РјРѕРіСѓС‚ достигать 5 - 8 РєРіСЃ / СЃРј2, Р° РІ некоторых случаях Рё более.  [13]

Опытами установлено, что СЃ увеличением толщины твердомерзло-РіРѕ слоя грунта РїРѕРґ подошЬой фундамента удельные нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения возрастают, РЅРѕ РЅРµ РЅР° РІСЃСЋ глубину промерзания грунта. Наиболее интенсивное возрастание приходится РґРѕ толщины твердомерзлого слоя около 50 - 60 СЃРј. Медленное возрастание наблюдается РЅР° глубинах 50 - 80 СЃРј, Р° СЃ дальнейшим наращиванием толщины твердомерзлого слоя РЅР° глубинах свыше 80 СЃРј удельные нормальные силы уже РЅРµ повышаются.  [14]

РџРѕ полученным результатам наблюдений Р­. Рђ. Маров отмечает, что Р·Р° РґРІР° - Р·РёРјРЅРёС… сезона удельные нормальные силы РјРѕСЂРѕР·РЅРѕРіРѕ пучения увеличивались РІ продолжении всего периода промерзания грунта.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Расчет силы морозного пучения

Рассчитать силу морозного пучения можно с помощью этого файла:

Скачать

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА GOOGLE.ДИСК

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА ЯНДЕКС.ДИСК

Согласно СП 22.13330.2011:

6.8.6 Расчет устойчивости фундаментов на воздействие касательных сил морозного пучения, действующих вдоль боковой поверхности фундаментов, должен выполняться при заложении подошвы фундаментов ниже расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов.

Устойчивость фундаментов проверяют по формуле

(6.32)

где tfh — значение расчетной удельной касательной силы пучения, кПа, принимаемое по 6.8.7;

Аfh — площадь боковой поверхности фундамента, находящейся в пределах расчетной глубины сезонного промерзания, м2;

F — расчетная постоянная нагрузка, кН, при коэффициенте надежности по нагрузке gf = 0,9;

Frf — расчетное значение силы, кН, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания;

gc — коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;

gn — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1.

 Общие сведения к проектированию оснований, сложенных пучинистыми грунтами.

Согласно СП 22.13330.2011:

6.8 Пучинистые грунты

6.8.1 Основания, сложенные пучинистыми грунтами, должны проектироваться с учетом способности таких грунтов при сезонном или многолетнем промерзании увеличиваться в объеме, что сопровождается подъемом поверхности грунта и развитием сил морозного пучения, действующих на фундаменты и другие конструкции сооружений. При последующем оттаивании пучинистого грунта происходит его осадка.

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.

6.8.3 Пучинистые грунты характеризуются:

абсолютной деформацией морозного пучения hf, представляющей подъем ненагруженной поверхности промерзающего грунта;

относительной деформацией (интенсивностью) морозного пучения efh — отношением hf к толщине промерзающего слоя df;

вертикальным давлением морозного пучения рfh,v, действующим нормально к подошве фундамента;

горизонтальным давлением морозного пучения рfh,h, действующим нормально к боковой поверхности фундамента;

удельным значением касательной силы морозного пучения tfh, действующей вдоль боковой поверхности фундамента.

Способы снижения морозного пучения фундаментов.

В настоящее время известны следующие способы снижения морозного пучения фундаментов.

  1. Замена пучинистого грунта в основании фундамента на непучинистый. Этот способ достаточно эффективен, но нецелесообразен по экономическим соображениям, поскольку связан с большим объемом земляных работ. Кроме того, он осуществим только при строительстве сооружения, но не после его возведения.
  2. Снижение обводненности промерзающего массива грунта в основании фундамента. Этот способ достаточно эффективен, но требует проведения дорогостоящих работ по устройству дренажной системы для отвода поверхностных и грунтовых вод.
  3. Увеличение глубины заложения свайных фундаментов с целью усиления защемления свай в грунте ниже глубины сезонного промерзания. Этот способ недостаточно эффективен, так как не обеспечивает достаточную величину удерживающих сил, а также нетехнологичен и неэкономичен.
  4. Применение обмазок и покрытий фундаментов, предотвращающих их смерзание с грунтом. Практика показывает, что полезное действие их является временным и ненадежным, так как многократное замерзание и оттаивание пучинистого грунта, контактирующего с обмазками, вызывает быструю потерю свойств смазочного материала.
  5. Замедление процесса промерзания грунтов в контактной зоне путем их засоления. Этот способ достаточно эффективен, но обладает кратковременностью положительного действия из-за быстрого опреснения под действием грунтовых и поверхностных вод [1].

saitinpro.ru


Смотрите также

 
ООО "ЭлитСтрой" - производство и продажа пеноблоков
Карта сайта.XML.