Главное меню

Морозного пучения силы


СИЛЫ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ | КРУТО СДЕЛАЛ


Содержание статьи:

 

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

Механизм действия  силы морозного пучения.

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

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

 

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

Как сделать морозное пучение менее пагубным.

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

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

Как защитить постройки частного дома от влияния сил морозного пучения.

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

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

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

Что ещё могут силы морозного пучения.

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

 

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

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

Приходилось ли Вам сталкиваться с эффектом морозного пучения?  

 Как и что вы предпринимали в борьбе с этим явлением?

Жду ваши комментарии и фото Email.

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

Всем удачи в борьбе с  морозным пучением.

 

Меры борьбы с морозным пучением — SGround.ru

Описание основных мер защиты от пучения

Оглавление

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

1. Актуальность проблемы

Морозное пучение один из наиболее опасных и непредсказуемых факторов воздействия на фундамент. Действие морозного пучения грунтов и выпучивание фундаментов ухудшает условия эксплуатации и укорачивает сроки службы зданий и сооружений, вызывает их повреждения и деформации. Это приводит к большим затратам на ремонт повреждений и неудобствам в эксплуатации (перекошенные и заклинивающие двери и ворота, лопнувшие стекла в окнах, трещины в стенах и фундаментах, разрушение крылец и др.).

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

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

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

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

О расчетах фундаментов на воздействие пучения будет написана отдельная статья.

2. Основные направления по предотвращению воздействия пучения на фундаменты

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

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

 

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

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

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

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

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

Далее рассмотрим более подробно отдельные методы борьбы с пучением:

3. Методы устранения пучинистых свойств грунта

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

При этом следует учитывать, что ширина пазухи котлована, заполняемой непучинистым грунтов должна быть не менее: 0,2 м при глубине промерзания df равной 1,0…1,5м; не менее 0,3 м при глубине промерзания df равной 1,5…2,0м; пазухи должны быть шириной не менее 0,5 м при глубине промерзания до 2,5 м. Желательно обеспечить отвод воды из непучинистого дренирующего грунта и перекрыть поверхность засыпки водонепроницаемой отмосткой.

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

  1. Введение в грунт противопучинистых добавок:

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

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

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

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

4. Методы уменьшения влажности грунта в зоне промерзания

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

Сюда входят следующие меры:

Фото: фрагмент системы дренажа

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

5. Методы уменьшения глубины промерзания грунта

Сюда следует отнести следующие теплоизоляционные мероприятия:

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

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

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

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

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

Фото: отмостка с утепелнием

 

6. Применение покрытий боковой поверхности фундаментов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Разработаны так же термоусаживаемые оболочки из сшитого полиэтилена. Оболочка прошла всестороннее испытания на морозное пучение, сваи с такой оболочкой даже испытывали в полевых условиях. Рекомендованы к применению при строительстве объектов ПАО «Газпром». Согласно данным испытаний снижают касательные силы морозного пучения на 58% (коэффициент кτfh по СП 25.13330.2012 равен 0,42).

Фото: сваи с покрытием термоусаживаемой оболочкой из полимерного материала

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

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

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

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

Фундаменты по технологии ТИСЭ с уширением в нижней части

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

Схема: к расчету анкерного фундамента на морозное пучение

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

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

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

Уклон граней:

Фото: фундаменты с обратным уклоном боковых граней

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

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

Схема анкеровки сваи при помощи анкерных свай открытого сечения

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

СХЕМА СВАЯ С УКЛОНОМ ГРАНЕЙ

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

9. Заключение

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

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

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

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

10. Связанные статьи

Силы морозного пучения грунтов / каркасный дом своими руками

Природа сил пучения

Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме.

Плотность воды составляет 1000 кг/м3, плотность льда 916 кг/м3, это значит, что при одинаковой массе лед будет занимать больший объем, нежели вода примерно на 9%. Зимой вода, содержащаяся в грунте, превращается в лед, увеличиваясь в объеме, и тем самым создает давление на грунт. Под действием этого давления грунт начинает двигаться. Это давление не может продавить глубоко залегающие нижние плотные слои грунта, поэтому выдавливает грунт вверх, а вместе с ним и фундамент дома.

Больше всего морозному пучению подвержены глинистые грунты (объем грунта может увеличиваться на 10-15%, то есть при глубине промерзания 1,5 м – на 15-20 см). Песчаные грунты подвержены пучению гораздо меньше; каменистые и скальные – практически не подвержены. Разница в том, что глина не пропускает сквозь себя воду, поэтому грунты, содержащие глину накапливают в себе влагу. А между частицами песка или гравия вода просачивается и уходит в нижележащие слои, а та влага, которая и содержится в песчаном грунте распределяется в нем равномерно, поэтому пучение такого грунта происходит равномерно, что уже не так опасно для фундамента дома.

Зимой сила пучения достаточно велика, чтобы поднять фундамент вместе с домом, при этом нет никакой гарантии, что приподнятый дом весной вернется в исходное положение. Это было бы не так страшно, если бы дом поднимался и опускался равномерно, но это не так. В результате в доме возникают перекосы стен, дверных проемов и окон. В наибольшей степени это относится к каркасным или щитовым домам, в меньшей степени к домам сложенным из бруса, так как они сами по себе представляют жесткую конструкцию. Стены кирпичного дома при пучении могут потрескаться из-за того, что фундамент поднимается неравномерно - с одной стороны больше, с другой меньше. Например, под отапливаемым домом земля не промерзает, и часть фундамента под внутренними стенами дома не испытывает действия пучения, в то время как вокруг дома за внешними стенами фундамента промерзание есть. Осенью с северной стороны дома земля начинает промерзать быстрее, чем с южной: с одной стороны дома есть пучение, с другой - нет.


Воздействие сил морозного пучения на фундамент

Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки, ведь грунт увеличивается в объеме не только под основанием фундамента, но и вокруг него. Грунт, находящийся вокруг фундамента, зимой примерзает к его стенкам и при движении тянет его за собой. Таким образом, всю силу пучения можно разложить на две составляющие: одна действует на основание (нормальная составляющая), вторая на стенки (касательная составляющая). Чем глубже закладывается фундамент, тем меньше сила пучения, которая действует на основание фундамента. Но вместе с тем, боковая поверхность увеличивается и с ней увеличивается суммарная касательная сила, действующая на стенки фундамента. Воздействие касательного пучения может быть очень значительным – до 5-7 тонн на квадратный метр. Этого хватит, чтобы выдавить из грунта глубоко заглубленный фундамент, на котором возведен легкий каркасный дом, вес которого не способен уравновесить действие пучения. Поэтому заглубление фундамента на глубину ниже глубины промерзания совсем не гарантирует его устойчивость к пучению. Например, столбчатый фундамент деревянного каркасного дома, заглубленный на два метра, будет выталкиваться вверх касательными силами морозного пучения, основания столбиков фундамента будут отрываться от слоя грунта, на который они опирались, грунт будет сыпаться в образовавшийся зазор и заполнит его. Весной, когда земля оттает, столбику некуда будет опускаться, он так и останется в "приподнятом" состоянии, а на следующий год история повторится.


Как бороться с силами пучения

Для защиты от морозного пучения существует несколько способов: замена грунта на непучинистый, удаление влаги из грунта, утепление грунта. Замена грунта на непучинистый (т.е. на песчаный) возможна при заложении фундамента. Под его основание укладывают подушку из утрамбованного песка высотой около 30 см и шириной на 20 см больше, чем ширина фундамента. Смысл этой подушки в том, чтобы, во-первых, равномернее распределить нагрузку от фундамента, во-вторых, уменьшить действие нормальной составляющей сил пучения на мелкозаглубленный фундамент. Здесь надо понимать, что песчаная подушка снижает действие пучения не за счет того, что песок непучинистый грунт, а за счет уменьшения слоя пучинистого грунта. Если при глубине промерзания 1,5 м укладывать фундамент на глубину 1 м, то слой пучинистого грунта составит 50 см а его возможное увеличение до 5 см. Если под тот же фундамент делать песчаную подушку 30 см, то слой пучинистого грунта составит уже не 50 см а 30 см, и его возможное увеличение будет не больше 3 см. Непучинистый грунт также рекомендуется использовать для обратной засыпки после того, как фундамент залит и опалубка с него снята. Так, в непосредственном контакте с фундаментом будет находиться непучинистый грунт, не содержащий влаги, который не будет примерзать к его стенкам. Со временем (через несколько лет) песок в обратной засыпке и в подушке может заилиться: частички глины из окружающего грунта будут попадать в него, и он потеряет свои непучинистые свойства. Для защиты от заиливания песчаную подушку и обратную засыпку нужно отделить от остального грунта пленкой или фильтрующей тканью.

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

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

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

что это такое и как его "обмануть"

Морозное пучение грунтов характерно для глинистых оснований. Такое явление доставляет немало неприятностей строителям. При возникновении выпучивания возможны неравномерные деформации фундаментов здания и появление трещин.

Содержание статьи

Природа явления

Морозное пучение обусловлено особенностями воды. Эта жидкость отличается от всех остальных веществ на нашей планете. В отличие от других при замерзании она не уменьшается в объеме, а увеличивается примерно на 9%.

Если этот процесс происходит вблизи фундамента, то давление на конструкцию существенно возрастает. Это может привести к поднятию определенного участка фундамента по сравнению с остальными.

Для возникновения рассматриваемой неприятности необходимо одновременное воздействие двух факторов: воды и отрицательной температуры. Такое часто встречается при залегании глинистых грунтов, которые отлично удерживают влагу. Также повышена вероятность морозного пучения при высоком уровне грунтовых вод. Если грунт обладает невысокой влажностью, то опасность деформаций невелика. В этом случае почва сильнее всего насыщена водой весной за счет верховодки, но повышение температуры предотвращает вспучивание.

Морозное пучение грунта обычно действует на наружные стены здания. В центре строения почва прогревается за счет тепловых потерь, но по периметру она не защищена от зимнего холода. Именно здесь происходит поднятие фундаментов. Неравномерные деформации — самый опасный вид смещений. Последствием такого явления становится появление трещин по фундаментам и стенам дома.

Последствия морозного пучения.

Согласно СП 22.13330.2011 к пучинистым почвам относятся такие виды грунта как:

Практически не подвержены морозному пучению пористые грунты (крупнообломочные породы без мелкого заполнителя, средний и крупный песок). Во-первых, они хорошо пропускают воду, не задерживают ее в верхних слоях. Замерзание начинается сверху, влага постепенно вытесняется в более глубокие слои, не встречая препятствий на своем пути. Во-вторых, чем больше пор в почве, тем меньше давление при пучении. Расширяясь, вода просто заполняет свободное пространство, не действуя при этом на фундамент. Именно пористые основания станут предпочтительным вариантом оснований при строительстве в средней полосе.

Главными характеристиками, которые влияют на вероятность возникновения морозного пучения при строительстве и эксплуатации здания являются:

Методы борьбы с пучением

Чтобы предотвратить касательные силы морозного пучения, требуется исключить хотя бы один из факторов их возникновения: воду или холод. Важно гарантировать отсутствие явления в уровне подошвы фундамента. Но также пучение может негативно действовать и на конструкцию по высоте (горизонтальное воздействие). Об этом важно не забывать.

Назначение глубины заложения

Самый простой способ избежать пучения грунта в уровне подошвы — опереть фундамент ниже глубины промерзания. Глубина промерзания зависит от климатического района. Для ее определения пользуются СП 131.13330.2012 и СП 22.13330.2011, в которых представлены формулы для расчета в зависимости от климатических особенностей. При самостоятельном строительстве можно пользоваться приближенными значениями. Для этого существуют специальные карты (из старого СНиП «строительная климатология и геофизика», который сейчас не действует) или готовые таблицы, которые рассчитаны для крупных городов по формулам из приведенных выше документов.

Карта глубины промерзания, может использоваться для справки, в настоящее время глубина заложения рассчитывается с помощью специальной методики.

Такой способ обеспечивает высокую надежность, но часто приводит к перерасходу средств. Особенно при отсутствии в доме подвала, такая глубина заложения не нужна. Кроме того, метод часто комбинируется с другими.

Важно! Предотвращение морозного пучения должно быть комплексным. Желательно одновременно позаботится и о холоде, и о влаге. Именно поэтому методы борьбы чаще всего одновременно включают в себя грамотное назначение глубины заложения, утепление, качественную гидроизоляцию и устройство дренажа.

Также при назначении глубины заложения фундаментов учитывают уровень грунтовых вод (УГВ). По сведениям из СП 22.13330.2011 можно составить следующую таблицу с требованиями, учитывающую одновременно и тип почвы, и УГВ.

Тип почвы Залегание УГВ на глубине более 2 м от поверхности Залегание УГВ на глубине менее 2 м от поверхности
Условно непучинистый:
  • скальный;
  • крупнообломочный;
  • песок средний и крупный.
Нет зависимости залегания подошвы фундамента от глубины промерзания
Пески:
  • мелкий;
  • пылеватый.
Нет зависимости залегания подошвы фундамента от глубины промерзания Глубина опирания подошвы должна быть на 20-30 см ниже отметки промерзания почвы, рассчитанной по формулам или взятой по картам и таблицам
Супесь
Глинистые:
  • суглинок;
  • глина.
Глубина опирания подошвы назначается не менее половины нормативной глубины промерзания, рассчитанной по формулам или взятой по картам и таблицам
Крупнообломочные породы с содержанием мелких частиц

Чтобы выяснить тип почвы на участке и УГВ до начала строительного процесса потребуется провести испытания. Проще всего для этого использовать шурфы или ручное бурение. При этом рассматривают найденную землю, визуально определяют ее тип. При этом стоит пользоваться ГОСТ «Грунты. Классификация», где приведены описания оснований. Бурение для определения УГВ рекомендуется проводить в весенний период в нескольких точках участка, как минимум одна из которых должна располагаться в самом низком месте.

Дренаж

Дренажная система нужна, чтобы убрать лишнюю влагу от пятна застройки. Так удается устранить один из факторов морозного пучения. Дренажные трубы прокладывают на 20—30 см ниже подошвы фундамента. При этом расстояние от конструкции по горизонтали не должно превышать 1м. Для дренажа применяют трубы диаметром от 10 до 20 см. Трубы прокладывают в слое щебня или гравия, обернутого геотекстилем для предотвращения засорения.

Дренаж вокруг фундамента.

Замена грунта

При залегании на участке пучинистого грунта с низкой прочностью разумным решением может стать замена грунта на всю высоту фундамента. При этом слабую почву вывозят, а на ее место засыпают песок средней или крупной фракции.

Менее масштабным мероприятием станет обратная засыпка пазух фундамента непучинистым материалом (все тем же песком). Это устраняет вероятность воздействия морозного пучения на боковую поверхность конструкций здания.

Обратную засыпку обязательно выполняют послойно с уплотнением. Толщина одного слоя принимается равной 20 см. Простейший способ уплотнения песка — проливка водой.

Утепление

Еще один метод борьбы с морозным пучением — утепление фундаментов. Его редко используют как самостоятельное решение, обычно теплоизоляция дополняет гидроизоляцию и дренаж. Утепление фундаментов включает в себя два этапа:

Теплоизоляция конструкций здания позволяет избежать их разрушения под действием холода. Теплая отмостка увеличивает защищенный контур. Она выносит зону промерзания за пределы стен дома. За счет этого удается устранить опасность для наружных ограждений и фундаментов.

Теплая отмостка включает в себя следующие слои:

Теплая отмостка.

В качестве теплоизоляционного материала отмостки используют тот же, что и для всего фундамента. Идеальным вариантом станет экструдированный пенополистирол (его чаще называют пеноплексом). Этот утеплитель отличается хорошими прочностными и теплоизоляционными показателями, влагостоек. Недорогой альтернативой может стать пенопласт, но стоит учитывать, что он нуждается в хорошей гидроизоляции и обладает сравнительно низкой прочностью.

Гидроизоляция

Вертикальная и горизонтальная гидроизоляция фундамента не является явным помощником при борьбе с морозным пучением, но она входит в общий комплекс мероприятий по защите фундаментов от влаги и холода.

В качестве вертикальной изоляции чаще всего используют битумную мастику, рулонные материалы и специальные мембраны. Горизонтальная укладывается по обрезу фундамента (рулонный материал).

Грамотная защита фундамента от морозного пучения — это целый комплекс мероприятий. Перед тем как бороться с явлением, стоит продумать каждый этап работ.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Хорошая реклама

Читайте также

Пучение грунта что это, виды пучения, 🔨 как уменьшить влияние пучения грунта на фундамент

Из данного материала вы узнаете, что такое морозное пучение грунта и какую опасность оно представляет для фундамента. Мы рассмотрим классификацию пучинистости грунтов согласно строительным нормативам и разберемся, какие меры необходимо принимать, чтобы уменьшить негативное воздействие пучения почвы на основание дома.

Виктор, 29 лет, г.Москва
"Здравствуйте! Нуждаюсь в совете квалифицированных специалистов - недавно мне удалось приобрести небольшой земельный участок в Подмосковье, на котором я планирую возвести одноэтажную дачу из сруба. Опыт в практических строительных работах у меня имеется, однако осуществляя проектирование фундамента я зашел в тупик. Новые соседи говорят, что в нашей местности очень сильно проявляется морозное пучение грунта - большинство из них потратило на укрепление фундаментов баснословные деньги, а некоторые дома стоят перекошенные с трещинами. Подскажите пожалуйста, чем грозит морозное пучение легкому дому из сруба и существуют ли какие-либо способы уменьшения воздействия сил пучения на фундамент здания?"

Мы решили ответить Виктору полноценной статьей, посвященной проблеме морозного пучения и способами борьбы с ней.

Что такое пучение грунта

Перекошенные дверные коробы, трещины на стенах и щели в оконных коробах - следствие деформационных влияний, оказываемых грунтом на основание дома.

Деформационные нагрузки почвы на основание происходят в результате сезонного промерзания грунта - так называемого морозного пучения.


Рис 1.1: Трещины в цоколе - характерный признак воздействия сил пучения на фундамент дома


Пучение - это изменение объема почвы, происходящее в следствии замерзания грунтовых вод, которыми она пропитана.

Совет эксперта! Расширение объема почвы обуславливается тем, что номинальная плотность воды в жидком состоянии составляет 1000 килограмм на кубометр, тогда как плотность льда - 917 кг/м3.

При наступлении сезонных морозов происходит следующее: согласно законам физики масса жидкости после замерзания остается неизменной, однако ее объем расширяется почти на 9%, в результате это расширения влага оказывает давление на почву - поскольку движение почвы вниз невозможно, из-за высокой плотности нижерасположенных слоев грунта, грунт движется вверх и поднимает фундамент здания.


Рис. 1.2: Почва, увеличившаяся в объеме в результате морозного пучения

Выделяют два характера воздействий морозного пучения на основание дома:

Какие виды почвы подвергаются пучению

Пучение характерно для большинства видов почвы, особенно данной проблеме подвергаются следующие типы грунта:

Вышеуказанные виды почвы обладают одной общей чертой - в их составе содержатся мельчайшие пыльные частицы. Та же песчаная почва, не содержащая пылеватых частиц (гравелистая либо песок крупных фракций) практически не подвергается воздействиям сезонного пучения.

Совет эксперта! Наличие пылеватых частиц в грунте способствует тому, что почва приобретает свойство связывать и удерживать контактирующую с ней воду (это могут быть как впитавшиеся в землю атмосферные осадки, так и грунтовая влага).

Пропитанный водой пласт почвы, в процессе замерзания расширяется в объемах (до 9-12% от первоначального объема) и давит на основания зданий и построек, оказывая на них выталкивающую нагрузку.

Рис 1.3: Воздействие пучения грунта на плитный фундамент

Силы пучения почвы могут быть увеличены разнообразными сопутствующими факторами, основной из них - постоянные атмосферные осадки. Если осенью регулярно будут идти дожди, то пропитавшаяся осадками почва будет оказывать более сильную деформационную нагрузку на фундамент. Также к усиливающим пучение факторам можно отнести повышение уровня залегания грунтовых вод и их капиллярное поднятие.

Совет эксперта! Свыше 82% всех видов грунтов В Москве и области классифицируются как пучинистые.

При возведении построек на пучинистых грунтах нужно предпринимать дополнительные меры защиты фундамента от выталкивающих воздействий почвы, о которых более детально мы поговорим в соответствующем разделе статьи.

С классификацией пучинистости разных видов грунтов согласно ГОСТ № 25100 вы можете ознакомится в таблице 1.1.

Класс пучинистости, % Виды грунта
Грунты, не подвергающиеся морозному пучению;
Расширения объема менее 1%
  • Твердая глинистая почва;
  • Гравелистые грунты не насыщенные водой;
  • Пески крупных и средние;
  • Грунты с большим содержанием горных пород.
Грунты, слабо подвергающиеся морозному пучению;
Расширение объема от 1 до 3.5%
  • Глинистая почва средней плотности;
  • Мелко-песчаные грунты;
  • Пылеватая глинистая почва с вкраплением горных пород в пределах 10-30% от массы глины.
Грунты со средней склонностью к пучению; Расширение объема от 3.5 до 7%
  • Пластичная глинистая почва;
  • Глинистая почва, суглинок и супесь с вкраплением горных пород свыше 30% от массы.

Грунты с высокой склонностью к пучению;

Расширение объема от 7%

  • Мягкопластичная глининистая почва;
  • Мелкие и пылеватые песчаные грунты с высоким уровнем грунтовых вод.

Таблица 1.1: Классификация пучинистости грунтов

Узнай почему свайный фундамент помогает избежать проблем с морозным пучением: узнать

Чем пучение почвы опасно для фундамента

Для оснований любого вида - ленточных, плитных и свайных, опасным является не только сам процесс вспучивания почвы, но и последствия ее оттаивания.

При наступлении зимы, когда температура понижается ниже нуля и грунт промерзает на глубину одного-двух метров, почва расширяет и начинает выталкивать фундамент здания. Происходит вертикальная деформация основания. При наступлении оттепели, замершие грунтовые воды оттаивают, почва теряет свою плотность и под давлением массы здания уменьшается до объемов, на несколько процентов меньших ее первоначальных размеров - в результате этого происходит дополнительная усадка фундамента.

Совет эксперта! Наиболее опасным для фундаментов является неравномерное пучение грунта, которое может наблюдаться при разной толщине снежного покрова - чем он толще, тем выше поднимается граница промерзания почвы и тем больший ее пласт подвергается пучению.


Рис. 1.4: Результат морозного пучения грунта


Строительная практика показывает, что конкретный земельный участок может иметь крайне сложную схему промерзания и пучинистого поднятия почвы.

К примеру: грунт вокруг здания, расположенного на среднепучинистой почве, по внешнему периметру постройки может иметь глубину промерзания до полутора метров и при сезонном пучении подниматься до 10 см. вверх, тогда как грунт, расположенный под домом всегда будет более теплым и сухим, и пучению может не подвергаться вообще.

Только так можно решить проблему и не допустить разрушения здания в результате пучения: посмотреть

Неравномерное пучение также может стать следствием оттаиванием снежного покрова на южной стороне здания - почва, пропитанная влагой из оттаявшего снега, при наступлении следующих заморозков будет подвергаться увеличенным силам пучения, в сравнении с силами на северной стороне здания.

Совет эксперта! В результате неравномерного пучения почвы фундамент здания перекашивается, это же происходит и со стенами постройки - в результате перекоса по ним идут трещины, конструкция деформируется, теряет прочность и приходит в аварийное состояние.

Рис. 1.5: Недостроенное здание, пришедшее в аварийное состояние из-за пучения грунта


Самую высокую опасность сезонное пучение представляет для легких домов, возведенных из пенобетона, дерева либо каркасных панелей. Обуславливается это неспособностью компенсации давлением массы здания оказываемых на фундамент выталкивающих нагрузок.

Строение обладающее достаточно большой массой (к примеру, дом из кирпича), будет давить на фундамент, и если давление от тяжести конструкции превысит выталкивающее давление грунта, почва из-за невозможности расширения будет уплотняться и воздействия пучения ослабятся к минимуму.

Способы уменьшения влияния пучения грунта на фундамент

Строительство ленточных и плитных фундаментов на пучинистых грунтах должно обязательно сопровождаться обустройством уплотняющей подсыпки.

Такая подсыпка состоит двух слоев - крупного песка и гравия либо щебня. Толщина слоев подсыпки должна быть одинаковой, при этом общая толщина уплотнения начинается с 20 сантиметров для слабопучинистых грунтов, и увеличивается до 35-40 сантиметров для сильнопучинистой почвы.

Рис. 1.6: Схема уплотняющей подсыпки под ленточный фундамент

Совет эксперта! Подсыпка для уменьшения вертикальных выталкивающих воздействий выполняется под основанием фундаментной ленты, на дне выкопанной под фундамент траншеи. Для уменьшения касательных сил пучения подсыпка делается по внешнему периметру стенок уже возведенного фундамента.

Однако данная мера является недолговечной ввиду того, что подсыпка, в период повышения уровня грунтовых вод, которое происходит осенью и во время оттаивания снежного покрова, полностью окружается водой. При пропитывании влагой в песок и гравий из грунта проникают пылеватые частицы. В результате этого со временем непучинистые материалы подсыпки приобретают склонность к пучению и теряют свою защитную функцию.

Уменьшить данный негативный фактор позволяет использование специальных противозаиливающих рулонных материалов, которыми покрываются стенки подсыпки. Такие материалы (оптимальный вариант - Стеклохолст) пропускают воду, однако фильтруют все находящиеся в ней мельчайшие частицы ила и пыли.

Рис. 1.7: Комплексная защита фундамента от пучения грунта

Также высокую эффективность демонстрирует практика обустройства дренажа. Такая система представлена дренажными трубами, расположенными по периметру фундамента в подсыпанном слое гравия, выполняющего функцию фильтра. Трубы располагаются под уклоном, что позволяет скопившимся в них грунтовым водам самотеком стекать в специально отведенный накопительный резервуар.

Наши услуги

Мы предоставляем следующие услуги: забивка свай и лидерное бурение. У нас есть собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и мы готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.

Воздействие морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений: что это такое и как избежать

Содержание:

  1. Что такое пучение
  2. Основные методы защиты
  3. Методы, реализуемые в процессе эксплуатации

Что такое пучение 

При замерзании в морозные зимы вода превращается в лёд, объём которого превышает занимаемый ей в жидком состоянии. В результате возникают разнонаправленные нагрузки на грунт, имеющие максимальные значения в направлениях, минимально противодействующих им сил (вверх и в стороны).

Результатом воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений является возникновение сил выталкивания, касательных и перпендикулярных нагрузок, действующих на подземные части строений, и приводящих к их деформации (разрушению).

Если не учесть эти процессы ещё на стадии проектирования, последствия могут быть плачевными.

Наивысших значений они достигают в грунтах, максимально удерживающих влагу и обладающих минимальной пористостью по всей глубине пласта.


Основные методы защиты

Используемые в процессе строительства методы защиты объекта от сил морозного пучения учитывают физику процесса и направлены на возможную минимизацию либо полное устранение причин, его вызывающих.

Существующие варианты защиты можно условно разделить на три группы:

Методы защиты от морозного пучения, относящиеся к первой группе, включают обязательное предварительное проведение инженерно-геологических изысканий на требуемую глубину, благодаря которому проектировщики получают необходимую информацию:

Всё это позволяет ответить на вопрос о принципиальной возможности строительства проектируемого объекта на данном участке, выбрать нужный тип фундамента и оптимальные технологии защиты строения от негативного влияния сил, создаваемых морозным пучением.

Технические варианты защиты сваи от морозного пучения

При выполнении работ на грунтах с высокой вероятностью морозного пучения строящийся объект может защищаться с использованием одного или несколько вариантов, рассмотренных ниже.

1. Полная или частичная замена имеющегося грунта на непучинистый в месте выполнения строительных работ.

Полная замена на грунт, не поддающийся пучению, является весьма дорогостоящей процедурой и используется крайне редко (только если глубина заменяемого слоя не превышает 2 м). Гораздо чаще выполняется подушка под фундамент из непучинистых грунтов и обратная засыпка траншеи, отрытой под фундамент, после завершения монтажа последнего и удаления опалубки. Это также позволяет минимизировать негативное влияние сил пучения.

На начальном этапе фундаментных работ после отрывки траншеи на всю расчётную глубину, на её дне выполняется подушка, состоящая из смеси щебня и гравия с чистым промытым песком. Оптимальной (для частного дома) считается толщина ~ 30 см. Ширина отсыпанного слоя должна быть на 20-30 см больше упомянутого размера фундамента.

Это позволяет:

При этом следует понимать, что подушка снижает их величину не потому, что выполнена из непучинистых грунтов. Она просто уменьшает слой последнего.

Пример. Глубина промерзания на строительном участке 1,5 м. Фундамент заглублен на 1,0 м. Оставшийся слой пучинистого грунта составляет 50 см, что может привести к его увеличению до 5 см (~ 10%). Выполнив подушку толщиной в 30 см, мы сокращаем слой до 20 см и, автоматически, его возможное увеличение, до 2 см.


Весной и осенью уровень грунтовых вод (глубина) повышается. Это может привести к тому, что подушка, частично или полностью, окажется под их воздействием и может быть загрязнена (заилена) мелкими частицами, содержащимися в воде. Они мигрируют вместе с подпочвенными водами, засоряют выполненную подсыпку, доводят её до состояния пучинистого грунта. Поэтому через несколько лет она не сможет достаточно эффектно противостоять разрушающим силам, возникающим вследствие пучения.

Чтобы этого не произошло, как можно дольше применяется специальный материал, геотекстиль, прекрасно фильтрующий воду и задерживающий все твёрдые взвеси.

В целях минимизации воздействия перпендикулярных и касательных сил на возводимый фундамент (как вариант, на стены подвала), возникающих в результате морозного пучения, выполняют обратную засыпку с использованием непучинистых грунтов, которые также предварительно защищаются геотекстилём.

Подобное заполнение не будет примерзать к стенкам фундамента, что также снижает силу касательных нагрузок.

В качестве дополнительного технического решения, направленного на снижение негативного влияния перпендикулярных и касательных нагрузок (ПКН) на боковые стенки фундамента, может быть увеличение их гладкости.

Бетон, из которого чаще всего возводится фундамент, весьма пористый материал, что существенно повышает вероятность его смерзания в морозное время года с прилежащими слоями грунта. Для исключения или минимизации подобного явления внешнюю стену фундамента накрывают слоем гидроизоляционного материала (рубероид, толстая ПЭ плёнка и т.п.). Простейший вариант - грунтование поверхности с использованием отработанного масла.

2. Изготовление монолитного фундамента, имеющего уширение в нижней части конструкции.

Другим технологическим решением, защищающим фундамент от вероятного деформирования силами, возникающими из-за морозного пучения, является использование полноценного арматурного каркаса по всей его глубине (высоте) и длине. Это обеспечивает жёсткость и монолитность конструкции на всех участках.

Для предотвращения выдавливания силами пучения, действующими на основание фундамента, последнее выполняется в форме трапеции (с нижним уширением). То есть здесь формируется площадка – анкер, исключающая возникновение подобной ситуации.

Этот вариант гарантирует требуемую стабильность функционирования фундаментов. Однако использовать его можно только при обустройстве фундаментов из бетона.

Если конструкция изготавливается с использованием блоков, кирпича или натурального камня (что исключает её внутреннее армирование), то класть боковые стены фундамента изначально требуется под углом (конструкция сужается вверх).

3. Заглубление подошвы фундамента ниже уровня промерзания.

Подобное решение, чаще всего, принимается при возведении свайных и свайно-винтовых фундаментов и позволяет полностью исключить влияние выталкивающих сил морозного пучения, но существенно увеличивает поверхность, на которую влияют ПКН.

Способы устранения негативного влияния последних рассмотрены выше.

В случае промерзания грунта на всю глубину заложения фундамента, рассматриваемом в данном разделе, весьма высока вероятность того, что опоры, изменив за зиму своё положение, не примут исходного в тёплое время года. Чтобы избежать данной проблемы выполняется ростверковое соединение всех опор (свай).

В тех случаях, когда речь идёт об установке столбов для заборов, выполняется двойная жёсткая обвязка последних по верхнему и нижнему уровню. Это необходимо в силу существенных нагрузок вероятного пучения (морозного), величина которых может составлять ≤ 10 тонн.

Оптимальным считается решение смонтировать все столбы на едином ленточном монолитном фундаменте, с тщательным армированием последнего.

4. Выполнение дренажных работ.

Чем сильнее увлажнены пучинистые грунты, тем большее увеличение объёма наблюдается при их промерзании (плотность воды примерно на 10% выше плотности льда).

Это автоматически увеличивает вероятность возникновения деформаций и, соответственно, требует существенного повышения требований к выполнению работ, обеспечивающих безопасность возводимого объекта.

Удаление влаги будет способствовать снижению показателя пучинистости и, соответственно, величины сил, негативно влияющих на фундамент. Данную процедуру следует разделить на составляющие.

В первом случае, речь будет идти о защите грунта от попадания в него «верховодки» (атмосферные осадки, снеготаяние).

Решению данной задачи служит выполнение отмостков по всему периметру возводимого здания (бетон, асфальт). Их ширина должна минимум на 200-300 мм перекрывать зону обратной засыпки, чтобы исключить просачивание влаги к фундаменту.

Во втором для борьбы с обводнённостью грунтов, проводится дренаж фундамента. Это обеспечивает снижение уровня подпочвенных вод.

Классическое решение предусматривает укладку системы дренажных (перфорированных) труб в предварительно промытый и уложенный гравийный слой. Этот материал частично задерживает частицы грунта. Монтаж труб ведётся с незначительными уклонами на расчётной глубине, что позволяет собирать воду со значительной площади участка и самотёком направлять её в специальные колодцы, либо в канализационный коллектор.


Выбирая подобное решение, следует понимать, что чисто гравийный фильтр прослужит недолго и не гарантирует защиту дренажных отверстий, имеющихся в трубах, от засорения мелкими частичками грунта.

Их прочистка - весьма трудоёмкий и довольно сложный процесс, под который заблаговременно обустраиваются на участке специальные колодцы на нужную глубину.

Чтобы увеличить сроки между плановыми чистками, используют геотекстиль, которым обёртываются трубы. Наличие подобного фильтра позволяет отказаться от обустройства фильтра гравийного.

5. Обустройство плитного фундамента

Плитные фундаменты часто именуют «плавающими». При подвижках грунтов перемещается вся плита. Поэтому на строение, возведённое на подобном основании, разрушающие и деформационные нагрузки от морозного пучения влияния не оказывают.

Обычно это ж/б монолитная армированная плита, мелкозаглубленная либо уложенная поверх грунта (глубина погружения равна нулю).

6. Утяжеление возводимой постройки.

Одним из решений, позволяющих минимизировать или полностью обнулить негативное влияние пучения грунтов, является увеличение массы постройки до значений, которые нагружают фундамент с силой, превышающей выдавливающую, которую создают пучинистые грунты при замерзании.

Поэтому тяжёлые здания на подобных грунтах строить гораздо выгоднее. 

7. Утепление свайного фундамента снаружи на пучинистых грунтах

В регионах с положительными среднегодовыми температурами допустимо использование такого варианта, как утепление грунта. Использование утеплителя, уложенного в грунт, существенно снижает уровень промерзания. А в отдельных случаях полностью его исключает.  

Суть метода. По всему периметру строящегося здания проводится выемка грунта на расстоянии, равном глубине промерзания в месте ведения строительства. Глубина выбирается с таким расчётом, чтобы уложенный утеплитель можно было засыпать сверху слоем непучинистого грунта толщиной ≥ 200 мм. И выполнить под него песчаную подушку не менее 100 мм.

Толщина материала выбирается с учётом климатических особенностей и его теплоизоляционных характеристик. Чаще всего для решения задачи используются пенопласт, керамзит или шлак.

Оптимальным утеплителем является экструдированный пенополистирол. При плотности выбранной марки в 35 кг/м³, его коэффициент теплопроводности равен 0,32 Вт/м°С. При 50 кг/м³, соответственно 0,36 Вт/м°С.

Этот материал отличается повышенной прочностью к сжимающим нагрузкам (рекомендован для использования в дорожном строительстве).

Использование утеплителя позволяет строить здания на мелкозаглубленных (до 500 мм) фундаментах.

Как правило, поверх утеплителя обустраивается отмостка ≥ 100 мм.

Методы, реализуемые в процессе эксплуатации

Круглогодичное отопление объекта

Средние температуры грунта под отапливаемым зданием ~ на 20% выше фиксируемых под неотапливаемым объектом, что способствует значительному снижению показателя пучинистости.

В качестве дополнительного способа может применяться рыхление грунта на глубину свыше 350 мм, с его последующим боронованием на 150 мм. Теплоизоляционные свойства такого грунта повышаются. В качестве дополнительного слоя утепления можно учитывать снеговой покров.

Сохранение основания в постоянно промёрзшем состоянии

При строительстве в зоне вечной мерзлоты принимаются меры для сохранения грунта в замороженном состоянии на протяжении всего периода эксплуатации. Для этого строительство ведётся на свайных фундаментах.

Морозное волнение - как это работает, эффекты и предотвращение

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

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

Морозное пучение наносит значительный ущерб дорогам, каналам, фундаментам и, следовательно, надстройке. Чтобы предотвратить пагубное воздействие морозного пучения, необходимо понимать, как оно работает, и определять основные элементы, которые приводят к его возникновению. После этого можно принять соответствующие меры для предотвращения этого.

Как это работает?

Когда температура ниже нуля проникает в почву, она превращает почвенную влагу в лед.Когда влага в зоне промерзания затвердевает, вода из других частей почвы будет двигаться в зону промерзания за счет капиллярного действия. Это приводит к увеличению размера ледяной массы. Вес почвы и другие объекты выше будут сдерживать рост размера льда, и, как следствие, образуются ледяные линзы.

Рис.1: Ледяные линзы и капиллярный подъем воды

Когда температура ниже нуля проникает в почву, она оставляет за собой линзы льда. Эти ледяные линзы продолжают расти по направлению к области, которая теряет температуру, по направлению к поверхности почвы.

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

Рис.2: Принцип действия морозного пучения

Мелкозернистая, чувствительная к морозу почва, влага, которая постоянно снабжает водой линзы льда, и отрицательная температура являются основными элементами действия морозного пучения.

При понижении температуры ледяной плавится, и конструкция опускается на свое место под его весом.При замораживании и процесс оттаивания повторяется, он сильно ухудшится и, возможно, разрушится.

Эффекты

  1. Обрушение каналов в мороз.
  2. Снижение несущей способности земляного полотна.
  3. Неровности и значительные повреждения дорожного покрытия.
  4. Поврежденные фундаменты и плиты.
Рис.3: Воздействие морозного пучка на здания Рис.4: Бетон поврежден морозным пучением Фиг.5: Трещины на тротуаре из-за морозного пучка

Профилактика

Как правило, морозное пучение можно предотвратить, исключив один из его основных элементов, который включает мелкозернистую почву, температуру мороза и воду. Есть несколько мер, которые можно предпринять, чтобы избежать морозного пучения:

  1. Предоставление систем предотвращения морозного пучения, например, системы водяного отопления.
  2. Расширьте фундамент, например опоры, ниже линии замерзания.
  3. Обеспечьте засыпку фундамента, например гравий, вокруг фундамента, чтобы способствовать дренажу воды.
  4. Используйте втулку, чтобы лед не захватил бетон.
  5. Постройте опору, выдерживающую движение вверх.
  6. Для дорожного строительства замените мелкозернистую, чувствительную к морозу почву, на крупнозернистую почву.
  7. Используйте капиллярный прерыватель, чтобы предотвратить движение воды к фронту замерзания и, следовательно, уменьшить влияние морозного пучения.
  8. Стабилизируйте почву.
.

Экспериментальные и теоретические исследования морозного пучения в пористых средах

При строительстве в холодных регионах морозное пучение и оседание оттепели являются двумя факторами, о которых необходимо заботиться. Учтено, что насыщенный столб почвы подвергался давлению покрывающей породы для моделирования процесса роста ледяной линзы. Типичный процесс, который сочетал воду, тепло и напряжение, происходивший в насыщенном промерзшем слое грунта, был смоделирован с помощью программного обеспечения конечных элементов. Мы провели численное моделирование в тех же условиях, что и экспериментальные испытания, а затем сравнили результаты по температуре, морозному пучению, замерзшей конструкции, содержанию воды и водозабору.Результат показывает, что результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными результатами, и правильность математической модели подтверждена. На этой основе определяется величина морозного пучения при различных условиях за счет изменения температурной границы и границы нагрузки. Морозное пучение имеет оптимальный температурный градиент. При оптимальном значении величина морозного пучения увеличивается с увеличением температурного градиента. Выше оптимального значения морозное пучение уменьшается с увеличением температурного градиента.С увеличением давления покрывающих пород величина морозного пучения всегда уменьшается. Эти результаты могут служить ориентирами для сужений в холодных регионах.

1. Введение

Изучение морозного пучения всегда является актуальной темой в области исследований мерзлых грунтов. Характеристики морозного пучения для разных грунтов сильно различаются. Основными деструктивными аспектами действия мороза в промерзающих грунтах являются морозное пучение и ослабление оттаивания. Морозное пучение относится к увеличению объема при замерзании почвы.Значительное морозное пучение обычно связано с переносом и накоплением воды. Между тем, за ослабление оттепели отвечает морозное пучение. Повреждение пористых сред морозным пучением в холодных регионах хорошо известно [1]. Таким образом, крайне важно изучить и спрогнозировать морозное пучение промерзающей почвы.

Явление морозного пучки отмечается с конца 17 века. В последнее столетие люди много работали над морозным пучением. Исследования воздействия мороза на почвы процветали в 1960-1980-х годах. Первое объяснение морозного пучения было основано на капиллярной теории, предложенной Силлом и Скапски [2].В капиллярной теории капиллярное всасывание на границе раздела лед-вода в замерзшей кайме считалось движущей силой миграции влаги. По динамике незамерзшей воды была построена модель, учитывающая фазовый переход и миграцию воды [3]. Гаймон и Лютин [4] с помощью вычислений обнаружили, что модель Харлана может хорошо предсказать миграцию воды, но не может предсказать морозное пучение. Тейлор и Лютин [5] проигнорировали термины конвекции и теплопередачи и упростили модель Харлана. Они считали, что грунт производит морозное пучение, когда объем льда превышает 85% пористости.Морозное пучение - это процесс сочетания воды, тепла и стресса, которые по сути взаимодействуют друг с другом. Шен и Ладаньи [6] представили модель, которая связала деформационное поведение мерзлого грунта с тепломассопереносом, и морозное пучение было оценено суммированием объемного расширения из-за сегрегации льда, и, наконец, численный анализ был выполнен на компьютер. Ли и др. [7] разработали модель морозного пучения, в которой сочетаются механика тепла и влаги. Кроме того, Chen et al. [8] рассмотрели взаимодействие ледяной воды, газа и зерна почвы и установили теоретические основы многофазной пористой среды для промерзающей почвы.Эти модели, упомянутые выше, могут предсказывать морозное пучение и миграцию воды, но ни одна из них не учитывала линзу льда.

С более глубоким пониманием морозного пучения, в ряде работ была исследована разработка моделей для прогнозирования морозного пучения, которые включают образование ледяной линзы. Гилпин [9] установил модель для прогнозирования ледяных линз и морозного пучения в почвах, предполагая квазистационарную температуру. О’Нил и Миллер [10] установили модель жесткого льда, которая может объяснить образование и развитие ледяных линз.Никсон [11] использовал теорию дискретных ледяных линз для морозного пучения в почвах. Cao et al. [12], основанный на равновесии фазы и силы, установил модель сегрегации льда для насыщенного гранулированного грунта и представил результаты численного моделирования процесса промерзания насыщенного гранулированного грунта в 1D. Все эти модели не учитывали влияние нагрузки на вскрышу. Thomas et al. [13] исследовали термогидромеханическое поведение почв и представили модель, которая могла бы моделировать процессы промерзания почвы и сегрегации льда, но критерий оценки образования линзы льда не ясен.Чжоу и Ли [14] создали математическую модель для связанных полей воды, тепла и напряжений. Модель может предсказывать температуру, содержание воды, морозное пучение и ледяные линзы, но не имеет экспериментальной проверки. Полная модель морозного пучения состоит из пяти частей, связанных теплопередачей и воды, формирования ледяных линз, определения параметров модели, методики решения и экспериментальной проверки. Таким образом, в прошлом было предложено множество моделей морозного пучения для описания этого процесса, но ни одна из них не была общепринятой.

В этой статье была представлена ​​полностью модель морозного пучения, а коэффициент разделительной пористости был взят в качестве критерия оценки образования ледяной линзы. Типичный процесс, который сочетал в себе передачу воды и тепла, происходивший в насыщенном слое промерзшего грунта, был смоделирован с помощью программного обеспечения конечных элементов (COMSOL). Используя эксперименты с одномерным морозным пучением в помещении, мы демонстрируем надежность математической модели. С помощью численного моделирования мы проанализировали динамический баланс между величиной морозного пучения и давлением покрывающих пород и градиентом температуры.Основная цель данного исследования - разработать эффективный метод оценки величины морозного пучения для инженерных целей.

2. Система теоретической модели

Математическое описание морозного пучения требует моделирования теплопередачи, миграции воды и роста ледяных линз в промерзающей почве. В следующем разделе представлены эти компоненты.

2.1. Основные допущения

Рассмотрим столбец насыщенного бессолевого грунта, подверженный давлению покрывающих пород, как показано на Рисунке 1.Растущая ледяная линза входит в замороженную зону. Следующие допущения призваны упростить сложную взаимосвязь воды, температуры и напряжения. (1) Столб почвы эластичный, однородный и изотропный. (2) Миграция влаги происходит в жидкой форме без учета миграции кристаллов льда. 3) Зерно почвы и лед не могут быть сжаты и игнорировать таяние льда под давлением. (4) Миграция влаги подчиняется закону Дарси, а проницаемость в незамерзшей зоне постоянна.


Испытания нисходящего промерзания для колонн грунта были проведены в открытой системе с избыточным давлением, как показано на Рисунке 1.Верхняя температура была ниже температуры замерзания, а нижняя температура была выше температуры замерзания. На опорной плите, была труба, которая была использована для подачи воды с внешней стороны. Из рисунка 1 видно, что столб почвы можно разделить сверху вниз на четыре части, которые представляют собой промерзшую зону, ледяные линзы, промерзшую кайму и незамерзшую зону соответственно.

В промерзающей почве - это объем ледяного покрова, который можно записать как [15] где - температура, - температура замерзания чистой воды в градусах Цельсия и является экспериментальным параметром.

2.2. Миграция влаги

Водный потенциал почвы является основной силой миграции влаги в почве; он состоит из множества потенциальных энергий. В системе насыщения водный потенциал почвы можно записать как где - давление воды; - гравитационный потенциал.

Поровое давление равно весовой сумме порового давления льда и порового давления воды [10]; его можно описать как где - коэффициент, который можно выразить как.

Поскольку это сложно решить, уравнение Клапейрона используется для описания взаимосвязи между температурой, давлением воды и давлением льда, когда лед и вода сосуществуют в фазовом равновесии [16, 17]:

Переставив (4), мы получить, где скрытая теплота плавления; и - абсолютное давление поровой воды и порового льда соответственно; - температура Кельвина; это температура замерзания в градусах Кельвина.

Здесь, где и - манометрические давления поровой воды и льда соответственно; атмосферное давление; это температура по Цельсию.

Подставив (6) в (5),

Объединение (3) и (7) может быть исключено, поэтому поровое давление выражается как

Без учета гравитационного потенциала водный потенциал почвы можно выразить как

Из Из (9) видно, что температура и внешнее давление являются основными факторами, влияющими на миграцию влаги.

Исходя из предположений, можно получить уравнение термодиффузии и миграции воды.Деталь процесса дедукции была представлена ​​Чжоу и Ли [14].

Уравнение термодиффузии

Уравнение миграции воды

2.3. Формирование ледяной линзы

Критерий напряжения для образования новой ледяной линзы принят многими исследователями [9–11] для определения того, когда и где образуется новая ледяная линза. О’Нил [18] полагал, что, когда поровое давление превышает общее давление, поскольку действующее напряжение равно нулю, образуется ледяная линза. Этот метод учитывает, что в одномерном случае каркас грунта отделяется и образуется новая ледяная линза, когда поровое давление превышает сумму напряжения покрывающей породы и прочности на отрыв промерзшей почвы, где прочность отрыва.

В этой статье был принят подход критерия напряжения, определенный в (12). Для типичных ситуаций замерзания находится в диапазоне 20 ~ 150 кПа [11]; в бумаге кПа. Также было замечено, что сразу после образования новой ледяной линзы местное поровое давление падает до суммы напряжения покрывающей породы и прочности отрыва [11, 19].

Следовательно, мы можем выразить как [14]

Чтобы иметь возможность судить о формировании ледяных линз напрямую по коэффициенту пустотности, была представлена ​​концепция разделения коэффициента пустотности.Когда коэффициент пустотности больше или равен, ледяные зерна соединяются друг с другом, становясь интегрированными, и начинают формироваться ледяные линзы. Критерий оценки для формата иона ледяных линз с точки зрения коэффициента пористости может быть выражен как Уравнение (12) и (13), критическое отношение пустот можно выразить как

.

Шаман-целитель, защита от холода - WoW Classic

1.

Снаряжение для защиты от холода для шаманов Восстановления

Выполняя Наксрамас , вы выиграете от использования некоторого сопротивления холоду. (FrostR) специально для Sapphiron . Перечислим одни из лучших произведений вы можете получить ниже, но обратите внимание, что вы можете получить до 33 дополнительных сопротивлений морозу от тоже очаровывает!

Поскольку у снаряжения FrostR низкие характеристики или вообще нет других характеристик, расставьте приоритеты, используя лучшее обычное снаряжение вместе с некоторым снаряжением FrostR, чтобы добиться сбалансированной настройки с 100+ FrostR без баффа.

Каждый раз, когда вы добываете рейдовое снаряжение с сопротивлением морозу, обязательно используйте его, поскольку это снаряжение имеет значительные характеристики FrostR и других характеристик, обычно выносливость. Заметный такая штука и есть Шлем десяти бурь.

Наконец, не забывайте, что вы также можете дополнить свое снаряжение Морозостойкости расходные материалы, такие как Большое зелье защиты от холода, Чары для щита - сопротивление холоду чары для щита, чары для головы и ног Ледяного стража и Ледяная мантия рассвета (или хроматические) чары на плече.

Вы можете найти больше списков Restoration Shaman BiS в нашем специализированном центре снаряжения ниже.

2.

История изменений

  • 02 Ноя.2020: Страница добавлена.

Подробнее

Показать меньше

.

Экспериментальное исследование нормальной силы морозного пучения, создаваемой лессом при замерзании, с учетом множества факторов

Экспериментальное исследование нормальной силы морозного пучения, создаваемой лессом, было проведено путем воздействия на лесс с различным содержанием воды и плотностью при различных температурных условиях. Результаты экспериментов показывают, что взаимодействие трех факторов оказывает значительное влияние на нормальную силу морозного пучения. Нормальная сила морозного пучения увеличивается экспоненциально с увеличением плотности в сухом состоянии и линейно с понижением температуры замерзания или увеличением содержания воды; Из этих факторов наибольшее влияние на силу морозного пучения оказывает плотность в сухом состоянии, за ней следует содержание воды, а затем температура.Разработана модель силы морозного пучения, которая включает общее рассмотрение взаимодействий содержания воды, плотности и температуры на основе подгонки результатов испытаний. Значение, рассчитанное с помощью модели, хорошо согласуется со значениями, измеренными в ходе проверочных испытаний, что указывает на то, что модель имеет высокую точность и может служить научным руководством для инженерного проектирования в лессовых областях.

1. Введение

Строительство в лессовых районах страдает от серьезных проблем из-за повреждений от замерзания [1–4].Отсутствие научного руководства по силе морозного пучения при проектировании таких конструкций, как фундаменты, земляное полотно, туннели, водопропускные трубы, опоры искусственного промерзания и другие проекты, означает, что они испытали различные степени деформации и растрескивания и даже структурные разрушения из-за чрезмерного мороза. -сила толчка в массиве почвы, ведущая к серьезным проблемам безопасности и вызывающая большие экономические потери [5–11].

Исследования силы морозного пучения еще не проводились. В ранних исследованиях силы морозного пучения главным фактором влияния часто считалась температура.Что касается теоретических исследований, Penner et al. [12] предположили, что из-за влияния температурного градиента максимальная сила морозного пучения возникает в верхней части почвы. Согласно другому исследованию Пеннера и Уолтона [13], температура тесно связана с силой морозного пучения, и с понижением температуры сила морозного пучения увеличивается линейно. Takashi et al. [14] получили взаимосвязь между силой морозного пучения и температурой путем измерения давления в поровой воде незамерзшей воды при различных температурах.Jiang et al. [15] изучали взаимосвязь между температурой и нормальной силой морозного пучения с помощью эксперимента с нормальной силой морозного пучения в глине с низким содержанием жидкости. Tang et al. [16] изучали взаимосвязь между температурой и силой морозного пучения с помощью внутреннего эксперимента по изучению силы морозного пучения, создаваемой грязной глиной. Гуткин [17] исследовал влияние горизонтальной силы морозостойкости на ограждающую конструкцию с конечной жесткостью. В дополнение к этим теоретическим исследованиям ученые также выполнили многочисленные исследования силы морозного пучения в реальных условиях труда.В туннельной инженерии Гао и др. [18] и Feng et al. В [19] получено упругопластическое аналитическое решение пластической области напряжений горных пород, окружающей туннель, в холодных областях. Учитывая изотропию температуры туннеля и анизотропию окружающей породы, Xia et al. В [20] получено аналитическое решение для силы морозного пучения. При изучении морозного пучения фундамента и несущих конструкций температура также рассматривается как важный фактор, влияющий на морозное пучение. На основе мониторинга температуры и деформации фундамента опоры линии электропередачи Wen et al.[21] утверждали, что сферическое напряжение в основании башни тесно связано с температурой. Wang et al. [22] и Ji et al. [23] предположили, что сила морозного пучения связана со свойствами материала, сдерживающего морозостойкое тело, и температурой. В приведенных выше исследованиях сила морозного пучения, рассчитанная только с учетом влияния температуры, сильно отличается от фактического значения силы морозного пучения, которое не может точно отразить величину и изменение действительной силы морозного пучения.

При дальнейшем изучении силы морозного пучения было обнаружено, что свойства почвы (влажность, плотность в сухом состоянии и т. Д.) Также влияют на силу морозного пучения. Xu et al. [24] исследовали изменение когезии и угла внутреннего трения образцов лесса с различным содержанием воды и плотностью в сухом состоянии после циклов замораживания-оттаивания. Было обнаружено, что когезия лёсса после циклов замораживания-оттаивания снижалась с увеличением плотности в сухом состоянии и содержания воды, в то время как угол внутреннего трения лёсса мало изменялся после циклов замораживания-таяния.Wang et al. [25] создали модель прогнозирования морозного пучения связного грунта с учетом влияния температуры и соответствующим образом оптимизировали гидравлический участок оросительного канала. Zhang et al. [26] изучали влияние влажности и плотности в сухом состоянии на морозное пучение. Он полагал, что при содержании воды 15 ~ 25% и температуре -15 ~ 35 ° C оседание верхней и нижней границы вышележащего слоя вечной мерзлоты уменьшалось с понижением температуры и увеличением содержания воды.

Как видно из приведенного выше резюме, факторами, часто принимаемыми во внимание при изучении силы морозного пучения, являются температура, влажность и плотность в сухом состоянии. Но процесс создания реальной силы морозного пучения является многофакторным сопряженным процессом. Изменение любого из факторов (плотности, содержания воды или температуры замерзания) приведет к изменению содержания льда, содержания незамерзшей воды, пор между частицами почвы и так далее [27]. Нельзя пренебрегать влиянием сухой плотности, влажности и температуры на нормальное морозное пучение.

Однако существует немного исследований, посвященных влиянию плотности в сухом состоянии, содержания воды и температуры на силу морозного пучения, и взаимодействие этих трех факторов не рассматривается. Таким образом, в данной статье мы намерены систематически и количественно изучить комплексное влияние трех факторов на силу морозного пучения. Кроме того, учитывая, что лесс - это особый вид почвы, его физико-химические и физико-механические свойства особенно чувствительны к изменениям плотности и влажности [28–30].В данном исследовании в качестве испытательного образца почвы используется лёсс, и было проведено экспериментальное исследование силы морозного пучения, создаваемой лёссом, с учетом плотности, содержания воды и температуры. Чтобы количественно проанализировать влияние этих различных факторов на силу морозного пучения, эксперимент был проведен как закрытый однонаправленный тест на замерзание, чтобы избежать вмешательства других факторов. Результаты раскрывают законы, управляющие воздействием трех факторов на нормальную силу морозного пучения, и модель нормальной силы морозного пучения устанавливается на основе экспериментальных данных, которые принимают во внимание интерактивное воздействие трех факторов.Результаты могут обеспечить основу для анализа силы морозного пучения и разумную справочную информацию для расчета силы морозного пучения в лессовом грунте.

2. Экспериментальная установка и методика испытаний

Лёсс, использованный в эксперименте, взят из котлована в районе Фупин, провинция Шэньси, Китай. Свойства лёсса представлены в таблице 1. Образцы лёсса с различным содержанием воды и сухой плотностью были приготовлены в помещении.


(%) (%) Содержание частиц (%)
> 0.05 0,05∼0,005 <0,005

34,4 18,1 16,3 17 61 22

Режущее кольцо Были приготовлены образцы лесса идентичных размеров 79,8 мм × 20 мм. Загрузочное устройство представляет собой однорычажный эдометр типа WG производства Nanjing Soil Instruments, а устройство контроля деформации представляет собой индикатор часового типа с точностью до 0.01 мм, чтобы обеспечить точность считывания, соответствующую требованиям испытаний. Испытательные устройства показаны на рисунке 1.


Камера с регулируемой температурой сначала охлаждалась до температуры испытания, а затем образцы грунта помещались в камеру для испытаний. Образцы грунта были заморожены при температуре испытания, и загрузочное устройство использовалось для приложения вертикальной нагрузки для сдерживания деформации морозного пучения, чтобы гарантировать отсутствие деформации морозного пучения в образцах грунта.Смещение сдерживается во время замерзания, а осевая нагрузка измеряется как сила морозного пучения. Эксперименты по силе морозного пучения проводились на образцах грунта с различным содержанием воды и плотностью в сухом состоянии при разных температурах.

Под действием температуры образцы почвы будут замерзать с течением времени. Сила морозного пучения постепенно увеличивается со временем; но по прошествии определенного периода прирост постепенно уменьшается со временем, пока сила морозного пучения не достигнет стабильного состояния.Прирост менее 0,5% измеренной силы морозного пучения за два последовательных часа можно рассматривать как стандарт для стабильного состояния.

В практической инженерии сухая плотность лёсса варьируется в широких пределах. Принимая во внимание диапазон плотности сухого вещества, встречающийся в инженерном контексте, плотности сухого вещества образцов почвы в этом эксперименте были установлены в диапазоне 1,30–1,70 г · см –3 . Кроме того, морозная пучина оказывает на почву эффект таяния под давлением. Для изучения влияния изменения температуры на эффект таяния под давлением было решено, что необходимо гарантировать завершение замораживания образца почвы на более ранних стадиях.Следовательно, в настоящем эксперименте самое высокое значение температуры - это самая низкая температура в зоне сильного фазового превращения: -3 ° C. Поскольку средняя дневная минимальная температура на Лессовом плато зимой составляет -12 ° C, диапазон температур в этом эксперименте по силе морозного пучения, создаваемой лессом, принят равным -3, -7 и -12 ° C. В таблице 2 перечислены значения параметров для каждой группы образцов почвы в настоящем испытании, где - начальная сухая плотность образца почвы, - содержание воды в образце почвы, T - температура почвы, а - морозостойкость. -сила тяги.Всего было протестировано 60 групп образцов. В этой статье в каждой группе было проведено три группы параллельных экспериментов. Среднее значение измеренных данных было принято в качестве окончательных данных, и параллельные эксперименты были проведены в отдельных точках с аномальными данными испытаний.


Номера испытаний (г · см −3 ) (%) Номера испытаний (г · см −3 ) ( %)

1 1.3 −7 20 31 1,5 −12 20
2 1,3 −7 22 32 1,5 −12 22
3 1,3 −7 24 33 1,5 −12 24
4 1,3 −7 26 34 1,5 −12 26
5 1.3 −7 28 35 1,5 −12 28
6 1,4 −3 20 36 1,6 −3 20
7 1,4 −3 22 37 1,6 −3 22
8 1,4 −3 24 38 1,6 −3 24
9 1.4 −3 26 39 1,6 −3 26
10 1,4 −3 28 40 1,6 −3 28
11 1,4 −7 20 41 1,6 −7 20
12 1,4 −7 22 42 1,6 −7 22
13 1.4 −7 24 43 1,6 −7 24
14 1,4 −7 26 44 1,6 −7 26
15 1,4 −7 28 45 1,6 −7 28
16 1,4 −12 20 46 1,6 −12 20
17 1.4 −12 22 47 1,6 −12 22
18 1,4 −12 24 48 1,6 −12 24
19 1,4 −12 26 49 1,6 −12 26
20 1,4 −12 28 50 1.6 −12 28
21 1,5 −3 20 51 1,7 −3 20
22 1,5 −3 22 52 1,7 −3 24
23 1,5 −3 24 53 1,7 −7 20
24 1 .5 −3 26 54 1,7 −7 22
25 1,5 −3 28 55 1,7 −7 24
26 1,5 −7 20 56 1,7 −7 26
27 1,5 −7 22 57 1,7 −7 28
28 1.5 −7 24 58 1,7 −12 20
29 1,5 −7 26 59 1,7 −12 24
30 1,5 −7 28 60 1,7 −12 26

3. Результаты и анализ

Эксперименты на морозе -сила тяги, создаваемая образцами лесса с разным содержанием воды и плотностью в сухом состоянии, проводилась при разных температурах в соответствии с экспериментальной схемой, изложенной в разделе 2.Результаты тестов анализируются ниже.

3.1. Анализ влияния сухой плотности на силу морозного пучения

Согласно рисункам 2 (a) и 2 (b), нормальная сила морозного пучения обычно увеличивается с увеличением сухой плотности, но не показывает значительного увеличения с увеличением в сухой плотности при малых значениях сухой плотности. Когда плотность в сухом состоянии меньше 1,40 г · см –3 , образцы грунта имеют большие поры, а нормальная сила морозного пучения, создаваемая образцами грунта, составляет 0 кПа.Это связано с тем, что исходное содержание воды в образцах почвы очень низкое, что приводит к тому, что содержание льда в почве при замерзании становится слишком низким для заполнения пор. Более того, лед оказывает ограниченное улучшающее воздействие на прочность цементации между частицами почвы. Сам грунт не подвергается деформации морозного пучения, поэтому нормальная сила морозного пучения не создается. Когда плотность в сухом состоянии увеличивается до 1,50 г · см –3 , скорость увеличения силы морозного пучения значительно увеличивается.

3.2.Анализ влияния содержания воды на силу морозного пучения

На рисунках 3 (a) и 3 (b) показана взаимосвязь между содержанием воды и нормальной силой морозного пучения при плотности в сухом состоянии 1,60 г · см −3 и температура почвы −7 ° C. Судя по рисункам, при заданной температуре почвы изменение исходной влажности образцов почвы оказывает существенное влияние на силу морозного пучения. При заданных значениях плотности в сухом состоянии и температуры замерзания нормальная сила морозного пучения, возникающая при промерзании образца грунта, увеличивается примерно линейно с увеличением исходного содержания воды в образце грунта.Существует минимальный порог содержания воды: когда содержание воды ниже этого минимального значения, сила морозного пучения не возникает при сдерживании замерзшей деформации образцов грунта. Например, на Рисунке 3 (b) среди образцов почвы с сухой плотностью 1,30 г · см -3 и разным содержанием воды, чем меньше содержание воды в образце почвы, тем меньше сила морозного пучения. Когда содержание воды составляло 20%, сила подъема, создаваемая образцом грунта, составляла 0 кПа.

3.3. Анализ влияния температуры на силу морозного пучения

Согласно рисункам 4 (a) и 4 (b), изменение температуры оказывает значительное влияние на нормальную силу морозного пучения. Когда сухая плотность и влажность поддерживаются постоянными, температура замерзания образцов почвы снижается; при сдерживании морозного пучения образцов грунта возникающая нормальная сила морозного пучения увеличивается. При высокой температуре нормальная сила морозного пучения увеличивается более значительно с понижением температуры; с понижением температуры амплитуда нарастания нормальной силы морозного пучения уменьшалась.Согласно рисунку 4 (а), когда плотность в сухом состоянии составляет 1,50 г · см -3 , температура замерзания снижается с -3 ° C до -12 ° C, а сила морозного пучения увеличивается примерно в три раза, после аналогичного тенденции на разных уровнях водности. Согласно 4 (b), когда содержание воды составляет 24% и рассматриваются образцы грунта с разной плотностью в сухом состоянии, сила морозного пучения увеличивается примерно в 2,5 раза при понижении температуры замерзания с -3 ° C до -12 ° C. Кроме того, при понижении температуры замерзания нормальная сила морозного пучения более чувствительна к изменениям сухой плотности и содержания воды.Чем ниже температура замерзания, тем больше увеличивается сила морозного пучения, вызванная увеличением плотности в сухом состоянии и содержания воды.

.

Морозное пучение - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Образование ледяной линзы, приводящее к морозному пучению в холодном климате.

Морозное пучение - это подъем замерзшей почвы, вызванный подъемом воды снизу до уровня почвы, где она замерзает, накапливается в виде льда и толкает почву над собой вверх. [1]

  1. Табер, Стивен (1930). «Механика морозного пучения» (PDF). Геологический журнал . 38 (4): 303–317.Bibcode: 1930JG ..... 38..303T. DOI: 10,1086 / 623720.
.

Смотрите также