Главное меню

Пучинистость грунта это


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.

Пучинистые грунты - Блог Сергея Настаева

Морозное пучение грунтов последствия

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

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

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

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

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

Степень пучинистости грунта

Грунты по степени пучинистости делятся на:

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

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

С чем это связано:

Во–первых.

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

Поднятие воды может достигать:

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

Слабопучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

Среднепучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

Сильнопучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

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

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

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

Во–вторых.

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

Рис. 1

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

Рис. 2

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

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

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

Рис. 3

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

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

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

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

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

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

Если интенсивность тепла земли не зависит от времени года и суток, то на поступление холода влияют температура воздуха и влажность грунта, толщина снегового покрова, его плотность, влажность, загрязненность и степень прогрева солнцем, застройка участка, архитектура сооружения и характер его сезонного использования (рис. 4).

Рис. 1

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

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

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

Рис. 5

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

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

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

Например, среднепучинистый грунт по внешнему периметру дома при промерзании на глубину 1,4 м может подняться почти на 10 см, тогда как более сухой и теплый грунт под средней частью дома останется практически на летней отметке.

Неравномерность промерзания существует еще и по периметру дома. Ближе к весне грунт с южной стороны строения часто бывает более влажным, слой снега над ним — более тонким, чем с северной стороны. Поэтому в отличие от северной стороны дома, грунт с южной стороны лучше прогревается днем и сильнее промерзает ночью.

Таким образом, неравномерность промерзания на участке проявляется не только в пространстве, но и во времени. Глубина промерзания подвержена сезонным и суточным изменениям в весьма больших пределах и может сильно меняться даже на небольших участках, особенно в местах застройки.

Расчищая большие площадки от снега в одном месте участка, и создавая сугробы в другом месте, можно создать заметную неравномерность промерзания грунта. Известно, что посадки кустарников вокруг дома задерживают снег, уменьшая в 2 — 3 раза глубину промерзания, что хорошо видно на графике (рис.5).

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

Силы бокового сцепления

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

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

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

Рис. 6

Ранней зимой граница промерзания начинает опускаться вниз. Мерзлый прочный грунт схватывает верхнюю часть столба мощными силами сцепления. Но кроме увеличения сил сцепления мерзлый грунт еще и увеличивается в объеме, отчего верхние слои грунта поднимаются, пытаясь выдернуть опоры из земли. Но вес дома и силы заделки столба в грунте не позволяют этого сделать, пока слой мерзлого грунта тонкий и площадь сцепления столба с ним невелика. По мере продвижения границы промерзания вниз, площадь сцепления мерзлого грунта со столбом увеличивается. Наступает такой момент, когда силы сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента превышают вес дома. Мерзлый грунт вытаскивает столб, оставляя внизу полость, которая сразу же начинает заполняться водой и частицами глины. За сезон на сильно пучинистых грунтах такой столб может подняться на 5 — 10 см. Подъем опор фундамента под одним домом, как правило, происходит неравномерно. После оттаивания мерзлого грунта фундаментный столб самостоятельно на прежнее место, как правило, не возвращается. С каждым сезоном неравномерность выхода опор из грунта увеличивается, дом наклоняется, приходя в аварийное состояние. «Лечение» такого фундамента — сложная и дорогая работа.

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

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

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

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

Боковые силы сцепления могут сыграть невеселую шутку с застройщиками, делающими столбчатый фундамент с большим запасом по несущей способности. Лишние фундаментные столбы действительно могут оказаться лишними.

Деревянный дом с большой застекленной верандой установили на фундаментные столбы. Глина и высокий уровень грунтовых вод требовали заложения фундамента ниже глубины промерзания. Пол широкой веранды потребовал промежуточной опоры. Почти всё было выполнено правильно. Однако за зиму пол подняло почти на 10 см (рис.7).

Рис. 1

Причина такого разрушения понятна. Если стены дома и веранды смогли своим весом компенсировать силы сцепления фундаментных столбов с мерзлым грунтом, то легким балкам перекрытия это было не под силу.

Что же надо было сделать?

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

Выдавливание грунта

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

Чем его можно объяснить?

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

Чтобы лучше понять природу этих сил, мерзлый грунт представим в виде плиты. Дом или любое другое строение зимой оказывается надежно вмороженным в эту камнеподобную плиту.

Основные проявления этого процесса видны весной. У стороны дома, обращенной на юг, днем достаточно тепло (в безветрие можно даже загорать). Снеговой покров стаял, а грунт увлажнился весенней капелью. Темный грунт хорошо поглощает солнечные лучи и прогревается.

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

Рис. 8

Плита мерзлого грунта толщиной 1,5 м размерами 10×10 м будет весить более 200 т. Примерно с таким усилием и будет уплотняться грунт под выступом. После подобного воздействия глина под выступом «плиты» становится очень плотной и практически водонепроницаемой.
Наступил день. Темный грунт у дома особенно сильно прогревается солнцем (рис. 9). С повышением влажности увеличивается и его теплопроводность. Граница промерзания поднимается (под выступом это происходит особенно быстро). С оттаиванием грунта уменьшается и его объем, грунт под опорой разрыхляется и по мере оттаивания падает под собственным весом пластами. Образуется множество щелей в грунте, которые заполняются сверху водой и взвесью глинистых частиц. Дом при этом удерживается силами сцепления фундамента с плитой мерзлого грунта и опорой по остальному периметру.

Рис. 9

С наступлением ночи полости, заполненные водой, замерзают, увеличиваясь в объеме и превращаясь в так называемые «ледяные линзы». При амплитуде поднятия и опускания границы промерзания за одни сутки в 30 — 40 см толщина полости увеличится на 3 — 4 см. Вместе с увеличением объема линзы будет подниматься и наша опора. За несколько таких дней и ночей опора, если она не сильно загружена, поднимается порой на 10 — 15 см, как домкратом, опираясь на весьма сильно уплотненный грунт под плитой.

Возвращаясь к нашей плите, заметим, что ленточный фундамент нарушает целостность самой плиты. По боковой поверхности фундамента она разрезана, т. к. битумная обмазка, которой она покрывается, не создает хорошего сцепления фундамента с мерзлым грунтом. Плита мерзлого грунта, создавая своим выступом давление на грунт, сама начинает подниматься, а зона разлома плиты — раскрываться, заполняться влагой и частицами глины. Если лента заглублена ниже глубины промерзания, то плита поднимается, не беспокоя сам дом. Если же глубина заложения фундамента выше глубины промерзания, то давление мерзлого грунта поднимает фундамент, и тогда его разрушение неизбежно (рис. 10).

Рис. 10

Интересно представить плиту мерзлого грунта, перевернутую вверх дном. Это относительно ровная поверхность, на которой ночью в некоторых местах (где нет снега) вырастают холмы, которые днем превращаются в озера. Если же теперь вернуть плиту в исходное положение, то как раз там, где были холмы, и создаются в грунте ледяные линзы. В этих местах грунт ниже глубины промерзания сильно уплотнен, а выше, наоборот, разрыхлен. Это явление происходит не только на площадях застройки, но и в любом другом месте, где присутствует неравномерность в прогреве грунта и в толщине снегового покрова. Именно по такой схеме в глинистых грунтах возникают ледяные линзы, хорошо известные специалистам. Природа возникновения глинистых линз в песчаных грунтах такая же, но протекают эти процессы существенно дольше.

Подъем мелкозаглубленного фундаментного столба

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

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

Рис. 11

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

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

Как определить тип грунта. Как определить пучинистый грунт

Любое строительство начинается с исследования грунта. На уже застроенной территории этот этап можно пропустить и воспользоваться результатами исследований, проведенных для других построек. Но часто застройка участка начинается именно с гаража. Хороший пример – каркасный гараж-дом, который был построен нами в качестве склада стройматериалов и временного жилища для строителей.

Нужно хорошо представлять, на каком грунте вы строите гараж. Исходя из его свойств выбирается тип и рассчитываются параметры фундамента. Неправильно спроектированный фундамент в лучшем случае может обойтись дороже, чем это необходимо, а в худшем – разрушиться.

Пучение грунта – одна из самых серьёзных опасностей, подстерегающих построенные без проведения должных исследований фундаменты. Впрочем, о неправильной усадке тоже не стоит забывать.

Таблица для определения степени пучинистости грунта. Z – величина, показывающая на сколько метров уровень грунтовых вод находится ниже глубины промерзания

Если вы не хотите воспользоваться услугами специалистов, для начала придётся выкопать на месте будущей постройки яму два метра глубиной с аккуратными вертикальными стенками. Так вы сможете визуально определить тип грунта. Кроме того, вы можете провести простой эксперимент, который поможет развеять ваши сомнения, если они у вас будут.

Берёте горсть грунта и добавляете в неё воды. Скатываете «сосиску» и, внимание, самый ответственный момент, сворачивате из неё бублик. В зависимости от того, что произошло с «сосиской», делаем выводы:

Если на дворе осень, заодно с типом грунта вы можете определить уровень подземных вод. Хуже всего, если на дне ямы появилась вода. Если сухо – лучше всего воспользоваться ручным буром, и увеличить глубину своих знаний об уровне грунтовых вод еще метра на полтора-два. Воды не видно – до грунтовых вод достаточно далеко и вы даже можете сделать подвал или погреб.

Эта таблица поможет определить, какая глубина фундамента для гаража требуется

Но нас интересует не абсолютное значение уровня грунтовых вод, а то, насколько он находится ниже глубины промерзания.  Глубина промерзания – величина нормативная, и определяется из таблицы. Тут стоит учесть, что зимы в последнее время стали мягче, чем раньше, но раз в несколько лет выпадает наоборот, более суровая. Так что если в расчётах предусмотрите дополнительный запас – не ошибётесь.

Не забывайте о том, что сделать фундамент на пучинистом грунте будет гораздо проще, если вы сможет уменьшить воздействие на грунт факторов, вызывающих пучение. Например, сделаете дренаж и утеплите отмостку.

При промерзании грунта, влага из замерзших слоёв выдавливается вниз. И если она не успевает выдавливаться, как раз и происходит пучение.

 

https://stroy-frost.ru/blog/kak-luchshe-zalit-lentochnyj-fundament-raschyot/

Усадка фундамента

Теперь у вас есть все необходимые данные для того, чтобы выбрать тип и глубину фундамента. Осталось рассчитать его ширину. Тут нужно ориентироваться на несущую способность грунта. Если на фундамент могут воздействовать горизонтальные силы пучения – ширина и конструкция фундамента это тоже необходимо учитывать, но тут в двух словах о расчёте не расскажешь.

Расчётное сопротивление грунта поможет определить минимальную площадь фундамента для гаража

Если постройка каркасная, например, гараж из сэндвич-панелей, то нагрузка на фундамент создаётся минимальная и мощная конструкция не требуется. Вопрос, как лучше сделать фундамент, сводится скорее к выбору типа фундамента.

А вот тяжелые капитальные постройки требуют серьёзного подхода к расчёту фундамента, так как нагрузка на грунт тут уже может оказаться вполне сопоставима с предельно допустимой.

Какой фундамент на пучинистых грунтах лучше строить? |

Фундамент на пучинистых грунтах

Благодаря современным технологиям, которые применяются в возведении свайного фундамента, постройка зданий, учитывая при этом всем прочностные характеристики, выполняется в разы быстрее. Впрочем, вопрос о том, какой выбрать фундамент на пучинистых грунтах, все еще остается актуальным. Каждый отдельный вариант отличается, как преимуществами, так и своими недостатками. Впрочем, именно винтовые и железобетонные конструкции демонстрируют невероятную прочность и легко выдерживают оказываемые на них нагрузки.

Какой грунт относят к категории пучинистых? Пористые и содержащие много влаги. Весь процесс пучения начинается с того, что вода в почве замерзает. Вспоминаем школьную физику. Лед менее плотный, чем вода. Оттого занимает больший объем. Поэтому, чем больше влаги в почве, тем сильнее ее пучит. Представителями таких грунтов являются глина, суглинок, супесь. В них много пор. Вода через эти поры не просачивается, а задерживается. Один из объектов, где мы возводили фундамент на глине:

Компания Эндбери предполагает собственное производство металлических и железобетонных свай, поэтому о качестве составных материалов можно не волноваться. Пристальный контроль каждого отдельного этапа производства, а также использования лучших материалов, гарантирует исключительно лучший результат.

Особенности строительства на пучинистых грунтах

Пучинистые грунты – это почвенные массы, которые подвержены разрушением под воздействием низких температур. Разумеется, что это не может не оказывать разрушающее воздействие на будущие строения. Как правило, процессу разрушения в связи с низкими температурами подвержены рыхлые почвенные массы, в которых очень хорошо задерживается влага.

Перед началом строительства, необходимо исследователь почву и определить ее тип. Выделяют 5 типов почвы:

Расчет интенсивности пучения

Проектирование фундаментов на пучинистых грунтах начинается с подсчета интенсивности пучения почвенных масс на участке. Необходимые меры требуются для того, чтобы определить необходимую устойчивость основания, а также нейтрализовать разрушающее воздействие процесса пучения на основание и будущее строение.

Расчет осуществляется по следующей формуле – E = (H – h)/ h:

Необходимые расчеты следует провести два раза – летом и зимой.

Выбор фундамента с учетом пучения грунта

Для строительства на пучинистых территориях рассматривают следующие виды оснований:

Винтовые и забивные сваи: какие лучше?

Основное преимущество свайных фундаментов заключается в том, что они позволяют возводить здания даже на той местности, где, казалось бы, сделать это просто невозможно. Конечно, незаглубенный ленточный фундамент на пучинистых грунтах или монолитный тип фундамента все еще востребован в строительстве, но ошибочно полагать, что здания на сваях менее устойчивы. К тому же, обустройство дома и даже огромного промышленного объекта, с использованием таких конструкций обойдется в разы дешевле. Плюс ко всему, выполнить все необходимые работы можно всего за один день.

Преимущества винтовых свай

Винтовые стержни выполнены в виде труб, которые производятся из стали. Имеют очень острый конус с лопастями, благодаря чему они могут легко ввинчиваться практически в любую почву. Исключением является только горная порода. Лопасти позволяют ускорить процесс сверления, а также способствуют уплотнению почвенных масс. Отличительная черта такого варианта – надежная фиксация элемента без дополнительных вмешательств. Возможно это благодаря тому, что в момент ввинчивания, никаких пустот вокруг установленных элементов не образовывается. Если доверить такую работу профессионалам, винтовые элементы продемонстрируют невероятную прочность.

К основным достоинствам винтовых свай можно отнести следующее:

Преимущество забивных железобетонных свай

Железобетонные элементы способны создать очень прочную и надежную опору, которая защитит будущее строение от любых неприятностей. Устанавливаются железобетонные конструкции с помощью специальной техники, за счет чего они входят в почву без каких-либо трудностей. Отличительная особенность данного варианта заключается в том, что во время установки таких свай, поверхностный слой почвы не разрушается. Это значит, что тратить время и средства на вывоз строительного мусора не понадобится. Интересно, что одна такая свая способна выдержать колоссальные нагрузки – до 10 тонн веса. Благодаря этому, сомневаться в их прочности и выносливости не приходится.

К основным достоинствам таких свай можно отнести следующее:

Как снизить пучение грунта?

Когда строительство осуществляется на пучинистых грунтах, стоит рассматривать такой фундамент, для которого такой разрушающий процесс не будет представлять опасности. Впрочем, можно воспользоваться и альтернативным вариантом, а именно провести ряд особых мероприятий, которые будут направлены на снижение вспучивание грунта. К таким действиям можно отнести следующее:

Как видим, мероприятия по предотвращению пучинистости грунта требуют дополнительных затрат, что в свою очередь и растянет период строительства. Именно поэтому, лучше всего воспользоваться таким фундаментом, для которого процессы промерзания грунта не будут играть никакой роли.

Компания «Эндбери» занимается производством и установкой надежных свай, которые идеально подойдут для каждого отдельного объекта. Клиентам предлагается лучшее качество изделий, а также их установка с учетом всех требований в самые сжатые сроки.

Заключение

Сегодня винтовые и железобетонные сваи считаются более надежным вариантом для создания прочного основания под будущее здание. Впрочем, выбирая из этих двух вариантов, большинство специалистов отдают свое предпочтение именно второму. Несмотря на то, что железобетонные сваи сопровождаются дополнительными расходами, в итоге они способы обеспечить большую несущую способность. С их помощью можно возводить не только небольшие строения, но и многоэтажные здания, которые оказывают на почву очень большую нагрузку. Именно по этой причине ж/б сваи применяются и для возведения больших промышленных объектов.

Пучинистость грунтов и фундамент

Глава из книги "Малозаглубленный ленточный фундамент"

Пучинистость грунтов, вызывания способностью грунта удерживать воду в своей структуре,  является серьезным врагом ленточных фундаментов. Особенно критична неравномерная пучинистость подлежащих грунтов, приводящая к неравномерным нагрузкам на фундамент.  Чаще всего неравномерная пучинистость грунтов может быть вызвана наличием разнородных подлежащих грунтов под малозаглубленным ленточным фундаментом. Также неравномерная пучинистость может быть вызвана неравномерным прогревом почвы от солнца, разницей в утеплении грунта (в том числе при неравномерном укрытии грунта рядом с домом снегом), наличием отапливаемых и неотапливаемых помещений на одном фундаменте. Кроме глинистых грунтов, к пучинистым грунтам относятся пылеватые и мелкие пески, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, имеющие к началу сезона промерзания влажность выше определенного уровня.

Перечень пучинистых грунтов по ГОСТ 25100-95 приведен в таблице: 

Таблица. Пучинистость грунтов.

Степень пучинистости грунта   (ГОСТ 25100-95) / % расширения

Пример грунта требует исследований для принятия решения о классификации)

Практически непучинистые грунты < 1%

Твердые глинистые грунты, мало водонасыщенные гравелистые, крупные и средние пески, мелкие и пылеватые пески, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельче 0,05 мм. Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10 %

Слабопучинистые грунты <1-3,5 %

Полутвердые глинистые грунты, средне водонасыщенные  пылеватые и мелкие пески, крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30 % по массе

Среднепучинистые грунты <  3,5-7 %

Тугопластичные глинистые грунты. Насыщенные водой  пылеватые и мелкие пески. Крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30 % по массе

Сильнопучинистые и чрезмернопучинистые грунты > 7%

Мягкопластичные глинистые грунты.
Насыщенные водой пылеватые и мелкие пески.

Для обзора важнейших свойств грунтов и их пригодности для строительства мы предлагаем обратиться  к сводной таблице: 

Таблица. Характеристики грунтов (Таблица адаптирована из раздела R406.1 Международного строительного кода для жилых домов International Residential Code - 2006)

Грунт

Дренажные возможности грунтов

Потенциал подъема уровня грунта при замерзании. (Вертикальные и касательные составляющие сил морозного пучения)

Потенциал расширения грунта при замерзании.   (Горизонтальные  составляющие сил морозного пучения)

Валунный, галечниковый, щебенистый, гравийный, дресвяный. Песок гравелистый и крупный.

Хорошие

Незначительный

Незначительный

Илистый гравий, илистые пески

Хорошие

Средний

Незначительный

Глинистый гравий,  песчано-глинистая гравийная смесь,  глинистые пески

Средние

Средний

Незначительный

Пылеватый и мелкий песок, мелкий глинистый песок,  неорганический ил, глинистый суглинок с умеренной пластичностью

Средние

Высокий

Незначительный

Низко-  и средне пластичные глины, гравелистые глины, илистые глины, песчанистые  глины, тощие глины

Средние

Средний

От незначительного к среднему

Пластичные и жирные глины

Плохие

Средний

Высокий

Неорганические илистые грунты, мелкие слюдянистые пески

Плохие

Высокий

Высокий

Органические непластичные илистые грунты, илистая тугопластичная глина

Плохие

Средние

Средние

Глина и илистая глина средней и высокой пластичности, пластичные илистые грунты, торф, сапропель.

Неудовлетворительные

Средние

Высокие

Пучинистость грунта определяется его составом, пористостью, а также уровнем грунтовых вод (УГВ). Чем выше стоят грунтовые воды, тем больше будет расширяться грунт при замерзании. Способность удерживать и «подсасывать» воду из нижележащих слоев обеспечивается наличием в структуре грунта капилляр и подсосом ими воды. Грунт при расширении замерзающей водой (льдом) начинает увеличиваться в объеме.
Происходит это из-за того, что вода увеличивается в объеме при замерзании на 9-12%. Поэтому, чем больше воды в грунте, тем он более пучинистый. Также выше пучинстость у грунтов с плохими дренажными характеристиками. При промерзании грунта сверху (от уровня земли или планировки) еще незамерзшая вода отжимается льдом в нижележащие слои грунта.
Если дренажные свойства грунта недостаточные, то вода задерживается и быстро промерзает, вызывая дополнительное расширение грунта. На границе раздела положительных и отрицательных температур могут намораживаться линзы льда, вызывая дополнительных подъем грунта.  Чем больше плотность грунта, тем меньше в нем капилляров и пустот (пор) где может задерживаться вода и, следовательно, меньше потенциал расширения при замерзании.
Малозаглубленный ленточный фундамент по определению закладывается на глубины сезоннопромерзающего слоя грунта. При замерзании грунта и начале его движения на фундамент начинает действовать сила, вектор которой приложен перпендикулярно к подошве фундамента (при условии, что подошва лежит в горизонте).
Под действием этой силы, приложение которой зачастую бывает  неравномерным по длине фундамента, фундамент и само здание может подвергаться также неравномерным перемещениям.   Кроме давления вверх, пучинистый грунт при замерзании может оказывать давление и по горизонтали, и по касательной к вертикальной плоскости ленты фундамента.

Сила морозного пучения зависит и от величины отрицательных температур и от продолжительности их действия. Максимальное морозное пучение грунта в России приходится на конец февраля –март.  Если вы строите ленточный малозаглубленный фундамент на сильнопучинстом грунте, вам придется думать, как снизить воздействие не только касательных составляющих сил морозного пучения, но также и их горизонтальных составляющих. Примерзающий к фундаменту грунт способен не только обеспечить боковое сжатие фундамента, но и его защемление силами бокового сцепления и подъем, что может вызвать деформацию фундамента (особенно критично для сборных ленточных  фундамент из блоков).  
Поэтому, если вы решаетесь строить малозаглубленный ленточный фундамент на сильно- или чрезмернопучинистом грунте, вам лучше выбрать в качестве фундамента жесткую монолитную железобетонную раму, а не сборный ленточный фундамент из блоков. К тому же придется повести ряд мероприятий по снижению силы трения между фундаментом и грунтом, и теплотехнические мероприятия для снижения сил морозного пучения.

Таблица. Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов, м.


Город

Суглинки, глины

Мелкие пески

Средние и крупные пески

Каменистый грунт

Москва

1,35

1,64

1,76

2,00

Владимир

1,44

1,75

1,87

2,12

Тверь

1,37

1,67

1,79

2,03

Калуга, Тула

1,34

1,63

1,75

1,98

Рязань

1,41

1,72

1,84

2,09

Ярославль

1,48

1,80

1,93

2,19

Вологда

1,50

1,82

1,95

2,21

Нижний Новгород, Самара

1,49

1,81

1,94

2,20

Санкт Петербург. Псков

1,16

1,41

1,51

1,71

Новгород

1,22

1,49

1,60

1,82

Ижевск, Казань, Ульяновск

1,70

 

1,76

 

Тобольск, Петропавловск

2,10

 

2,20

 

Уфа, Оренбург

1,80

 

1,98

 

Ростов-на- Дону, Астрахань

0,8

 

0,88

 

Пенза

1,40

 

1,54

 

Брянск, Орел

1,00

 

1,10

 

Екатеринбург

1,80

 

1,98

 

Липецк

1,20

 

1,32

 

Новосибирск

2,20

 

2,42

 

Омск

2,00

 

2,20

 

Сургут

2,40

 

2,64

 

Тюмень

1,80

 

1,98

 

Что можно сделать для уменьшения воздействия сил морозного пучения грунта на фундамент:

Самым простым и недорогим способом является горизонтальное утепление грунта  вокруг здания (о котором мы поговорим подробно ниже)  и вертикальное утепление ленточного фундамента.  Кроме снижения теплопотерь дома  (от 10 до 20%), утепление пенополистиролом подземной части фундамента играет еще и важную роль в снижении трения между грунтом и фундаментом при пучении и компенсации расширения грунта.

Важную роль в снижении пучинистости грунтов играет правильное дренирование. Для снижения сил морозного пучения требуется как можно сильнее обезводить грунт в непосредственной близости к малозаглубленному ленточному фундаменту. Для этого траншеи  для ленточного фундамента выкладываются геотекстилем, после отливки фундамента и выполнения гидроизоляции и утепления фундамента, на дно укладываются дренажные трубы кольцевого дренажа вокруг всего дома, и засыпаются дренажной смесью из песка и керамзита, либо просто песком.  Пристеночная дренажная мембрана также помогает отводить воду вглубь – к дренажным трубам.
В особо тяжелых грунтовых условиях можно прибегнуть к полной или частичной замене грунта, подлежащего и прилегающего к малозаглубленному ленточному фундаменту.

В отечественной строительной литературе вообще не рассматривается роль крупных лиственных деревьев в подвижках пучинистых грунтов. Между тем лиственные деревья способны серьезно влиять на режим водонасыщения грунтов.

Пучение грунта

"Здравствуйте, уважаемые инженеры. Планирую построить небольшой двухэтажный коттедж из пенобетона (6*6 м). Столкнулся с проблемой пучинистой почвы - как говорят соседи, фундаменты своих домов им приходилось неоднократно укреплять, чтобы устранить деформации от выталкивающих нагрузок. Помогите пожалуйста разобраться, на каком фундаменте лучше строить здание на такой почве и чем вообще грозит фундаменту пучинистый грунт. Заранее спасибо"


Вы узнаете что такое пучение грунта, какие почвы склонны к пучению, а так же подробно о негативном влиянии пучения на грунт и как его уменьшить. Подробно о пучении грунтов на странице.

Пучение грунта - что это

Пучение - это  сезонное увеличение объема грунта, спровоцированное заледенением грунтовых вод, которыми он пропитан.

В результате воздействия сил пучения на основание дома происходит выталкивание постройки из грунта, что становится причиной деформации стен - перекашивания дверных и оконных проемов, их растрескивание, разрушение цокольного перекрытия и самого фундамента.

Важно: исходя из научной точки зрения склонность к почвы к пучению объясняется тем, что в жидком состоянии плотность воды равна 1 тонне на м3, тогда как при переходе в замерзшее состояние ее плотность уменьшается до 0,917 т/м3.


Рис. 1.1: Пучение грунта

При промерзании грунтовых вод влага, не меняя своего удельного веса, увеличивается в объемах на 2-9.5%, вместе с ней расширяется и грунт. Поскольку глубинные пласты почвы имеют высокую плотность, и под воздействием давления они не сжимаются, единственный способ расширения для пучинистого пласта грунта - движение вверх. Под воздействием такого расширения фундамент, если силы пучения не уравновешиваются массой самого здания, попросту выжимается из грунта.


Рис. 1.2: Последствия пучения грунта

Все нагрузки от пучения почвы, которые переносит фундамент, в зависимости от характера воздействий классифицируются на две группы:

Важно: наибольшее деструктивное воздействие на основание оказывают вертикальные нагрузки, их сила значительно превышает воздействия бокового пучения.


Рис. 1.3: Направления воздействия сил пучения на фундамент

Какие виды почвы имеют склонность к пучению

К почве, подверженной морозному пучению, относятся все виды грунта, в составе которых содержатся мелкие пылеватые частицы, склонные к связыванию и удерживанию грунтовой либо поверхностной влаги. В целом, чем более водонасыщенным является грунт, тем сильнее будет его пучение.

Представляется вашему вниманию классификацию пучинистости почвы в соответствии с ГОСТ №25100:

Группа пучинистости почвы Тип почвы
Непучинистые грунты (расширение не более 1% от исходного объема) ·         Высокоплотный глинистый грунт;

·         Сухие гравелистые породы;

·         Песчаная почва средних и крупных фракций;

·         Почва с большим количеством каменистых вкраплений.

Слабопучинистые грунты (расширение в пределах 1-4%) ·         Среднеплотный глинистый грунт;

·         Мелкофракционная песчаная почва;

·         Глинистый пылеватый грунт с каменистыми вкраплениями 15-30% от общей массы;

Среднепучинистые грунты (расширение в пределах 4-7%) ·         Низкоплотный глинистый грунт;

·         Супесь;

·         Суглинистая почва.

Сильнопучинистая почва (расширение свыше 7%) ·         Мягкопластичный глинистые породы;

·         Пылеватый песчаный грунт насыщенный водой.

Важно: в Московском регионе более 85% всех типов почвы относятся к категории средне и сильнопучинистого грунта.

Отметим, что силы пучения могут быть дополнительно увеличены сторонними факторами, такими как сезонное поднятие грунтовых вод либо обильные атмосферные осадки в осеннее время, в результате которых влагой пропитывается более толстый пласт почвы.

Негативные влияния пучения грунта на фундамент

Деструктивное воздействие на основание дома оказывают не только выталкивающие нагрузки, провоцируемые морозным пучением, но и возвращение грунта к своим первоначальным объемам, которым сопровождается оттаивание влаги.


Рис. 1.4: Последствие неравномерного пучения грунта

При наступлении холодов содержащаяся в почве влага замерзает и увеличивает свой объем, что приводит к выталкиванию фундамента на поверхность и его деформации. Когда морозы заканчиваются вода оттаивает, плотность почвы уменьшается и она сседается до объемов, на 1-2% меньше первоначальных, из-за чего здание дополнительно просаживается.

Важно: проблема пучения также может усугубляться неравномерным промерзанием грунта, причиной которого является отличающаяся толщина снегового покрова по периметру здания. Снег выступает в качестве теплоизолятора - чем он тоньше, тем глубже будет промерзать грунт, и наоборот. Производя уборку участка никогда не формируйте насыпи снега под одной из стен дома.

Как уменьшить влияние пучения на фундамент дома

Зная , что на отведенном под строительство участке доминирует пучинистый грунт, крайне важно правильно подойти к выбору фундамента. Как уже было сказано, наибольшее деструктивное воздействие на основание дома оказывают вертикальные силы пучения, которые передаются на опорную подошву фундамента от расположенных под ней пластов почвы.

Пучению подвергается поверхностный шар грунта, промерзающий в зимний сезон. Для каждого региона глубина промерзания почвы будет разной, как правило она не превышает 1.5-2 м. Чтобы свести к нулю воздействие вертикального пучения на основание, опорную подошву фундамента необходимо закладывать ниже промерзающего пласта грунта.


Рис. 1.5: Карта промерзания почвы на территории России
В таком случае на фундамент дома будут действовать лишь касательные силы, которые уравновешиваются нагрузкой, исходящей от массы самого здания.

Проблема в том, что закладка ленточного либо плитного фундамента ниже глубины промерзания почвы - крайне затратный в финансовом плане процесс, поскольку на ленту высотой в 2 метра требуется огромное количество расходных материалов - бетона и арматуры.

Важно: решением проблемы является обустройство фундамента на железобетонных сваях, итоговая стоимость которого получается значительно меньшей, а несущие характеристики, устойчивость в грунте и долговечность превосходят аналогичные свойства как ленточного, так и плитного фундамента.

В низко и среднепучинистых грунтах допустимо закладывать фундаменты ленточного и плитного типа, однако их обустройство должно в обязательном порядке сопровождаться формированием под опорной подошвой основания уплотняющей подушки из песка и гравия.

Данная подсыпка заменяет пласт пучинистой почвы на грунт, не склонный к увеличению своего объема, что уменьшает силы действующего на фундамент вертикального пучения. Толщина подсыпки подбирается исходя из степени пучинистости почвы, она может варьироваться в пределах от 20 до 50 см.


Рис. 1.6: Песчано-гравийная подушка под фундамент

Чтобы уменьшить касательные нагрузки на фундамент в сильнопучинистом грунте, расширение которого превышает 7% от первоначального объема,  производится замена почвы по контуру стенок фундамента на песок. Ширина заменяемого пласта - от 50 до 100 см. При этом стенки и дно котлована, в который засыпается песок, устилаются гидроизоляционным материалом - стеклохолстом либо геотекстилем, что предотвращает пропитывание подсыпки грунтовой влагой.


Рис. 1.7: Замена пучинистого грунта песком и обустройство дренажной системы

Полезные материалы

 

Несущая способность грунта

Такое свойство грунта как его несущая способность — это первоочередная информация, которую необходимо выяснить на подготовительном этапе строительства фундамента.

 

 

 

 

Что такое морозное волнение? (с иллюстрациями)

Морозное пучение является результатом давления, создаваемого комбинацией отрицательных температур и размораживания почвы. Неустойчивые условия замерзания и оттаивания поднимают или поднимают почву, что часто характеризуется глубоким растрескиванием почвы. Также можно выкорчевывать растения из земли. Для многих садоводов это может стать серьезной проблемой, так как весь урожай может быть потерян или поврежден. Растения могут быстро засохнуть и погибнуть, когда их корни подвергаются воздействию низких температур.Это вспучивание почвы также может вызвать структурные повреждения в виде трещин на дорогах, зданиях и фундаментах. Этот ущерб может варьироваться от незначительного до серьезного в зависимости от местоположения, погодных условий и структуры почвы.

Морозное пучение возникает, когда условия замерзания и оттаивания поднимаются и растрескиваются.

Морозное пучение обычно происходит ранней весной, но может случиться и поздней осенью. Это когда сезонные температуры наиболее подвержены колебаниям. Морозное пучение благоприятно при обилии холодного воздуха и влажности почвы. Промерзание почвы является результатом сочетания холодного воздуха и влажности почвы. Когда он опускается на землю, холодный воздух заставляет воду в почве замерзать. Любая дополнительная влага, например, от размораживания почвы, отводится вверх, также замерзая.Когда вода замерзает, она расширяется, создавая давление - как вверх, так и вниз. Именно это давление вызывает морозное пучение. Пучки также более вероятны в удерживающих влагу почвах, таких как суглинок, ил и глина. Хорошо дренируемая почва, например, крупный песок, редко, если вообще когда-либо, страдает проблемами морозного пучения.

Морозное пучение может стать серьезной проблемой для садоводов, потому что многие растения могут быть повреждены.

Хотя морозное пучение нельзя полностью искоренить, поскольку это просто стихийное бедствие, его можно предотвратить. Большинство проблем подъема возникают в низинных участках ландшафта. Провалы или углубления в земле удерживают воду.При правильной почве и отрицательных температурах морозное пучение неизбежно. Поэтому часто помогает разгребать или разгладить эти области, чтобы минимизировать угрозу морозного пучения. Влажность почвы также можно уменьшить, добавив в нее компост. Это не только улучшит дренаж, но и улучшит структуру почвы. Кроме того, хорошо дренируемая почва нагревается быстрее, что еще больше снижает возникновение морозного пучения. Другой способ утеплить почву - нанести там, где это возможно, мульчу. Мульча помогает изолировать почву, регулируя колебания температуры и уменьшая промерзание.

.

Веб-страница не найдена на InspectApedia.com

.

Что делать, если ссылка на веб-страницу на InspectApedia.com приводит к ошибке страницы 404

Это так же просто, как ... ну, выбирая из 1, 2 или 3

  1. Воспользуйтесь окном поиска InspectAPedia в правом верхнем углу нашей веб-страницы, найдите нужный текст или информацию, а затем просмотрите ссылки, которые наш пользовательский поисковая система Google возвращает
  2. Отправьте нам электронное письмо напрямую с просьбой помочь в поиске информации, которую вы искали - просто воспользуйтесь ссылкой СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ на любой из наших веб-страниц, включая эту, и мы ответим как можно скорее.
  3. Используйте кнопку НАЗАД вашего веб-браузера или стрелку (обычно в верхнем левом углу экрана браузера рядом с окном, показывающим URL-адрес страницы, на которой вы находитесь), чтобы вернуться к предыдущей статье, которую вы просматривали. Если вы хотите, вы также можете отправить нам электронное письмо с этим именем или URL-адресом веб-страницы и сообщить нам, что не работает и какая информация вам нужна.

    Если вы действительно хотите нам помочь, используйте в браузере кнопку НАЗАД, затем скопируйте URL-адрес веб-страницы, которую вы пытались загрузить, и используйте нашу ссылку СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ (находится как вверху, так и внизу страницы), чтобы отправьте нам эту информацию по электронной почте, чтобы мы могли решить проблему.- Благодаря.

Приносим свои извинения за этот SNAFU и обещаем сделать все возможное, чтобы быстро ответить вам и исправить ошибку.

- Редактор, InspectApedia.com

Задайте вопрос или введите условия поиска в поле поиска InspectApedia чуть ниже.

Мы также предоставляем МАСТЕР-ИНДЕКС по этой теме, или вы можете попробовать верхнюю или нижнюю панель ПОИСКА как быстрый способ найти необходимую информацию.

Зеленые ссылки показывают, где вы находитесь. © Copyright 2017 InspectApedia.com, Все права защищены.

Издатель InspectApedia.com - Дэниел Фридман .

Экспериментальные исследования характеристик морозного пучения гравийного грунта и прогноз многофакторной регрессии

Гравийный грунт обычно считается нечувствительным к морозному пучению. Тем не менее, многочисленные деформации фундамента в результате морозного пучения в сезонных промерзших регионах указывают на то, что гравийный грунт также может вызывать морозное пучение при определенных особых условиях. Чтобы получить более полное представление о характеристиках морозного пучения гравийного грунта, была проведена серия лабораторных экспериментов по одномерному морозному пучению в условиях пополнения запасов открытой и закрытой воды с использованием усовершенствованной экспериментальной установки.Проанализировано влияние различных факторов, включая начальную влажность, глинистость, плотность, перекрывающую нагрузку и водовосстановление, на коэффициент морозостойкости гравийного грунта. Были проанализированы основные характеристики морозного пучения, включая количество морозного пучения, скорость морозного пучения, глубину промерзания, скорость промерзания и распределение влажности после промерзания в образце гравийного грунта. Обсуждались также соответствующие механизмы. Результаты показали, что в условиях пополнения открытой воды существует линейная зависимость между исходной влажностью, перекрывающей нагрузкой и коэффициентом морозного пучения, а также квадратичная полиномиальная зависимость между содержанием глины, плотностью и коэффициентом морозного пучения.Можно обнаружить, что коэффициент морозостойкости в условиях пополнения открытой воды увеличивается более чем в три раза, чем в условиях пополнения закрытой воды. Эмпирическая формула многофакторной регрессии была получена путем множественного регрессионного анализа для прогнозирования коэффициента морозостойкости гравийного грунта при определенном совмещении факторов и уровней при закрытых условиях пополнения запасов воды. Значительное влияние на коэффициент морозостойкости было, по порядку, пополнением воды> исходной влажностью> глинистостью> компактностью> перекрывающей нагрузкой.

1. Введение

Крупнозернистые грунты, которые могут показывать выдающиеся характеристики уплотнения, интенсивности сдвига, водопроницаемости и разжижения при динамической нагрузке, а также обладают такими преимуществами, как богатые запасы, легкий доступ и экономичность, широко используются в качестве натуральные фундаментные материалы при строительстве фундаментов, таких как шоссе, железные дороги, аэропорты, плотины и земляные работы. Традиционно крупнозернистые почвы обычно идентифицируются как материалы, нечувствительные к морозному пучению из-за большого размера зерна, небольшой поверхностной энергии зерна, слабых гидрофильных характеристик, небольшого количества воды в пленке, большой пористости, незаметной капиллярности и слабой миграции воды, а воду легко подвести. вмерзнуть в лед на месте [1–4].Однако, основываясь на наблюдениях за морозным пучением земляного полотна высокоскоростной железной дороги Харбин-Далянь в Северо-Восточном Китае и фундамента дорожной одежды аэропорта Гуолуо, расположенного в аэропорту Цинхай, Китай, Лю и др. [5, 6], Чжан [7], Лю и др. [8] обнаружили, что крупнозернистые почвы также могут вызывать явное явление морозного пучение при сочетании определенного содержания глины (массовая доля частиц диаметром менее 0,075 мм), начального содержания влаги и температуры в сезонных промерзших регионах. .Таким образом, актуальным является комплексное исследование характеристик морозного пучения крупнозернистого грунта для эффективного предотвращения морозных деформаций крупнозернистого грунтового основания.

Это всегда было центром внимания и горячей точкой для проведения исследований характеристик морозного пучения почвы. С тех пор, как Эверетт [9] предложил первую теорию инея, а Миллер [10] выдвинул вторую теорию заморозков, было проведено множество исследований [11–19] механизма морозного пучения, и были получены определенные результаты.По мере углубления представлений о механизме морозного пучения в вечной мерзлоте, также исследуются наполнители морозного пучения, особенно характеристики морозного пучения крупнозернистого грунта. После этого, в 1988 г., экспериментальные исследования Chen et al. [20] показали, что в условиях пополнения открытой воды коэффициент морозостойкости песчаного гравия увеличивается с уменьшением скорости замерзания как степенная функция, поскольку это способствует криосакции [21, 22]. Кроме того, поскольку небольшое количество измельченной глины было смешано с песчаным гравием, чувствительность гравия к морозному пучению в условиях пополнения открытой воды увеличивается с увеличением вязкости частиц.Винсон и др. [23] и Чен и Ван [24] обнаружили, что увеличение содержания мелкозернистой почвы и содержания глинистых минералов увеличивает чувствительность крупнозернистой почвы к морозному пучению. Среди них Винсон и др. [23] далее изучили влияние мелкодисперсных частиц на восприимчивость крупнозернистого грунта к морозному пучению, установили корреляцию между коэффициентом морозного пучения и потенциалом сегрегации, а затем указали, что чем меньше размер частиц, тем больше корреляция коэффициент.В ходе лабораторного эксперимента Сюй [25] указал, что при содержании порошка и глины в зернистом грунте менее 12% даже в условиях полного водонасыщения коэффициент морозостойкости не превышает 2%. При содержании порошка и глины более 12% коэффициент морозостойкости заметно увеличивается. Викландер [26] обнаружил, что пористость является важным фактором, влияющим на морозное пучение, при исследовании характеристик морозного пучения горных пород в цикле замерзания-оттаивания. Конрад и Лемье [27, 28] полагают, что при содержании мелкозернистой почвы в крупнозернистой почве менее 7% морозное пучение крупнозернистой почвы относительно невелико, но количество добавки воды очень очевидно. , а коэффициент морозостойкости 1% является стандартом для определения чувствительности крупнозернистого грунта к морозному пучению при лабораторных испытаниях на замерзание.Аренсон и Сего [29] определили положение пленки незамерзшей воды в процессе промерзания крупнозернистого грунта с помощью метода флуориметрического отслеживания. Согласно классификационным характеристикам материала для засыпки земляного полотна и критерию технического обслуживания железнодорожного пути Ye et al. [30] указали, что гравий с содержанием мелкого зерна менее 15% относится к материалам, нечувствительным к морозному пучению, и может быть использован для создания антизамороженного слоя земляного полотна. Lai et al. [31] исследовали характеристики морозостойкости и оттаивания насыпи нового типа и крупнозернистой насыпи.В ходе экспериментов с морозным пучением в помещении Nie et al. [32] указали на то, что характеристики морозостойкости отсортированного щебня в качестве наполнителя на поверхности фундамента зависят от содержания влаги, пористости и содержания мелких частиц, а содержание влаги является доминирующим фактором, влияющим на морозное пучение сортированный щебень. Благодаря ортогональному эксперименту и серому корреляционному анализу градации щебня в холодном регионе Zhao et al. [33], а также Wang et al.[34] указали, что основным фактором, влияющим на коэффициент морозостойкости сортированного щебня, было содержание влаги, за которым следовали содержание мелких частиц, компактность и температура холодного конца, и степень корреляции между ними не была значительной.

Подводя итог, можно сказать, что сочетание некоторых факторов и уровней крупнозернистого грунта также создает определенное морозное пучение. Факторы, влияющие на морозное пучение крупнозернистого грунта, включают следующие аспекты: градацию почвенных частиц, содержание мелких частиц и их минеральный состав, влажность, плотность, коэффициент проницаемости, капиллярное действие и внешнюю нагрузку [35–37 ].Однако результаты исследований закономерностей воздействия различных факторов на морозное пучение крупнозернистых грунтов и их интерпретация сильно различаются. В частности, недостаточно ясны представления о характеристиках морозного пучения при различных факторах. Необходимы дальнейшие исследования взаимодействия и корреляции между различными факторами, влияющими на коэффициент морозостойкости крупнозернистого грунта. Необходимо усилить взаимосвязь между результатами исследований и реальной инженерией. Поэтому необходимо систематически исследовать характеристики морозостойкости крупнозернистого грунта.Исследовательская группа в течение многих лет посвятила исследованию повреждений от заморозков в сезонных промерзших регионах Цинхай-Тибетского плато, особенно систематическому и непрерывному мониторингу морозного пучения в основании гравийного грунта конструкции дорожного покрытия аэропорта Гуолуо [8, 38]. Поэтому гравийный грунт в сезонном мерзлоте региона Цинхай-Тибетского плато был выбран в качестве репрезентативного объекта исследования для изучения характеристик морозного пучения крупнозернистого грунта. Основываясь на уникальных климатических и почвенных характеристиках местности (см. Раздел 2.1 раздел подробно) была проведена серия лабораторных экспериментов по оценке морозостойкости гравийного грунта в условиях пополнения запасов открытой и закрытой воды с использованием усовершенствованной экспериментальной аппаратуры для систематического исследования характеристик морозного пучения. Обобщены и обсуждены законы влияния факторов, включая начальную влажность, глинистость, плотность, перекрывающую нагрузку и водовыполнение, на коэффициент морозостойкости. Были проанализированы и обсуждены основные характеристики морозного пучения, включая величину морозного пучения, скорость морозного пучения, глубину промерзания, скорость промерзания и распределение влажности после замерзания в образце гравийного грунта.Для прогнозирования коэффициента морозостойкости гравийного грунта при определенном совмещении факторов и уровней в условиях замкнутого водоснабжения эмпирическая формула многофакторной регрессии была получена путем множественного регрессионного анализа. Наконец, были выдвинуты эффективные предложения по предотвращению морозного пучения и борьбе с крупнозернистым грунтом на сезонных промерзших участках.

2. Материалы и методы
2.1. Подготовка образцов почвы

Аэропорт Гуолуо, расположенный в районе сезонного промерзшего грунта Цинхай-Тибетского плато, был выбран в качестве основы для исследования и прототипа в этой статье [39].Климат аэропорта Гуолуо характеризуется низкой температурой воздуха (среднегодовая температура около −4 ° C), обильным количеством осадков (снега) (среднегодовое количество осадков составляет 400–760 мм, а годовое количество дней с осадками составляет 118–175 дней). ), длительный период отрицательных температур (даже более 8 месяцев), большая глубина промерзания (максимальная глубина промерзания около 2,5 м), небольшая скорость охлаждения и длительное время удержания фронтов промерзания в почве. Соответственно, такие региональные климатические условия могут усиливать миграцию влаги и морозное пучение.Все образцы почвы были собраны в секции полевых экспериментов в аэропорту Цинхай Гуолуо. Секция засыпки аэропорта Гуолуо была в основном заполнена естественным гравием, но, как обычно в процессе строительства, в него может примешиваться некоторый поверхностный ил, что приводит к неравномерному распределению содержания глины. Поскольку при отборе, транспортировке и сохранении образцов нетронутой почвы возникли некоторые трудности, в этом исследовании было принято изменение формы нарушенной почвы путем упаковки в мешки, перевозки, фильтрации примесей и сушки на воздухе.В качестве основного объекта эксперимента мы выбрали природный гравийный грунт, а в качестве эталонного объекта - поверхностный ил. В результате скринингового теста содержание глины в грунте из природного гравия составляет 6,9%, а содержание глины в поверхностном иле - 50%. Среднее содержание глины в почвенной основе дорожного покрытия аэропорта Гуолуо составляло 9,7%, содержание глины в некоторых измеренных точках даже достигало около 20%. Поэтому мы выбрали четыре типа глины с содержанием 10%, 15%, 20%, 25% для изучения влияния содержания глины на характеристики морозного пучения гравийного грунта и выбрали 45% в качестве группы сравнения.Пять видов образцов почвы с содержанием глины 10%, 15%, 20%, 25% и 45% были получены путем равномерного смешивания двух образцов грунта (естественный гравий и поверхностный ил) в соответствии с различными пропорциями.

2.2. Испытание физических характеристик гравийного грунта

В соответствии с требованиями к испытаниям (Методы испытаний грунтов для дорожного строительства) кривая градации двух вышеуказанных образцов грунта была получена с помощью испытания на анализ размера зерен, которое показано на рисунке 1. Это известно Из рисунка 1 видно, что в грунте из природного гравия содержание мелких частиц меньше, а в поверхностном иле больше.Более того, можно было получить, что коэффициент неоднородности и кривизна природного гравийного грунта (значения 47 и 2,1) больше, чем у поверхностного ила (значения 25 и 1,4). Коэффициент неоднородности поверхностного ила составляет не менее 5, а кривизна находится между 1 и 3, что указывает на хорошую градацию поверхностного ила. Однако коэффициент неоднородности природного гравийного грунта слишком велик, что свидетельствует об отсутствии промежуточных частиц и плохой градации.В фактическом процессе строительства поверхностный ил имеет тенденцию быть легированным в естественный гравийный грунт и не только увеличивает содержание глины в грунтовом основании, но также в некоторой степени для заполнения недостающего природного гравийного грунта среднего диаметра. Этот эффект усугубляет явление морозного пучения песчаного грунтового основания.


В соответствии с методами, описанными в разделе «Подготовка образцов почвы», было подготовлено пять видов образцов почвы, содержащих 10%, 15%, 20%, 25% и 45% ила, соответственно, и результаты показаны в таблице 1.Из таблицы 1 можно было получить, что оптимальное начальное содержание влаги увеличивалось с увеличением содержания глины, тогда как стандартная максимальная плотность в сухом состоянии снижалась с увеличением содержания глины.


Содержание глины (%) Стандартная максимальная плотность в сухом состоянии (г / см 3 ) Оптимальная начальная влажность (%)

10 2,36 6,69
15 2.33 7,00
20 2,29 7,66
25 2,25 8,27
45 2 13,02

Относительная плотность двух типов образцов почвы составляла 2,71, что указывает на то, что влияние состава зерна на относительную плотность зерна почвы было очень небольшим, и для всех видов глинистости гравийной почвы можно использовать одно и то же значение (2.71). Относительная плотность образца почвы с содержанием глины 10% измерялась сосудом, а образец почвы с содержанием глины 45% измерялся пикнометром.

2.3. Принцип эксперимента

Величина морозного пучения и коэффициент морозного пучения являются основными параметрами для измерения характеристик морозного пучения почвы. Величина морозного пучения - это вертикальное смещение почвы, вызванное промерзанием почвы. В то время как последний (также известный как коэффициент морозного пучения) представляет собой отношение приращения продольной высоты к исходной высоте образца в условиях небоковой деформации и одномерного замораживания.Коэффициент морозного пучения обычно выражается следующим образом: где - коэффициент морозного пучения, - величина морозного пучения в конце промерзания (мм) и - глубина промерзания (см) (Методы испытаний грунтов для дорожного строительства ).

Глубина замерзания может быть определена с помощью уравнения (2). Где - глубина замерзания, - расстояние между элементом измерения температуры (= 2,0 см), - количество слоев элемента измерения температуры от поверхности для расчета, - абсолютное значение отрицательной температуры уровня, а - абсолютное значение положительной температуры уровня, а расчетная диаграмма приведена на рисунке 2.

.

Глава 7 (продолжение) - NHI-05-037 - Geotech - Мосты и конструкции

Справочное руководство по геотехническим аспектам дорожных одежд

Глава 7.0 Детали конструкции и условия строительства, требующие особого внимания при проектировании (продолжение)

7.5 Условия земляного полотна, требующие особого внимания при проектировании

Принимая во внимание такие переменные, как тип почвы или минералогия вдоль проезжей части, геология (генезис почвы и метод отложения), а также свойства грунтовых вод и потока делают каждый проект уникальным в отношении условий земляного полотна.Неудивительно, что будут существовать определенные условия, которые не способствуют поддержанию или даже строительству систем дорожного покрытия. В этом разделе представлен обзор условий земляного полотна, требующих особого внимания при проектировании. Эти подземные условия часто носят региональный характер и обычно рассматриваются агентством как проблемные. Несколько проблем с фундаментом, таких как просадочные или сильно сжимаемые грунты, расширяющиеся или набухающие грунты, подземные воды и насыщенные грунты, а также чувствительные к морозам почвы, широко распространены по всей территории U.С. и не относятся к одному региону. Например, морозное пучение происходит более чем в половине штатов США, а наиболее серьезные повреждения могут быть нанесены в центральных штатах, где происходит намного больше морозных циклов, чем в самых северных штатах. В этом разделе также рассматривается идентификация этих широко изменяющихся проблемных условий земляного полотна, а также альтернативы проектирования и строительства для достижения адекватного фундамента для строительства конструкции дорожного покрытия.

Большинство условий земляного полотна, представленных в этом разделе, можно предвидеть с помощью полной программы разведки, как описано в Главе 4, и смягчить или, по крайней мере, минимизировать с помощью хорошо продуманных проектов.Выявив такие проблемы земляного полотна на стадии проектирования или даже возможность возникновения таких проблем во время трассы, можно разработать альтернативные конструкции. Затем альтернативные конструкции могут быть помещены в тендерные документы с четко обозначенными индикаторами, показывающими, где эти альтернативы следует рассматривать, а затем реализовывать, если и где такие условия встречаются. Когда эти особые условия земляного полотна не учитываются при проектировании, они часто выявляются во время строительства, что обычно приводит к рекламациям и перерасходам.Тем не менее, выявление проблем в строительстве все же в некоторой степени удачно, учитывая то влияние, которое такие проблемы могут иметь на характеристики дорожного покрытия. Если условия почвы, описанные в этом разделе, остаются незамеченными, обычно снижается эксплуатационная пригодность, что обычно приводит к преждевременной локальной реабилитации или, что не редкость, к реконструкции покрытия в течение первых нескольких лет периода эксплуатации покрытия.

7.5.1 Типы проблемных почв

Очевидно, тротуар должен быть построен из любого материала и любого естественного состояния.Прочность и стабильность некоторых грунтов могут создавать проблемы во время строительства и, безусловно, могут повлиять на долговременные характеристики дорожного покрытия в течение его срока службы. Чтобы должным образом обсудить эти потенциальные проблемы, необходимо определить некоторые термины, относящиеся к проблемной минералогии (Sowers, 1979). Некоторые из терминов являются истинной геологической терминологией, а некоторые - местной или региональной терминологией. Эти термины могут описывать конкретный материал или состояние, но все они проблематичны, и следует соблюдать осторожность при строительстве дорожных покрытий в регионах, содержащих эти материалы.

Adobe. Песчаные глины средней пластичности, обнаруженные в полузасушливых регионах на юго-западе США. Эти почвы веками использовались для изготовления высушенного на солнце кирпича. Это название также применяется к некоторым западным глинам с высокой пластичностью, которые значительно разбухают во влажном состоянии.

Бентонит. Высокопластичная глина, обычно монтмориллонит, образующаяся в результате разложения вулканического пепла. В сухом состоянии он может быть твердым, но во влажном состоянии сильно набухает.

Карта глина. Применяется к глинам юга и юго-запада США. При высыхании превращается в небольшие твердые комочки относительно однородного размера. Сухие комки разлагаются при намокании (, например, , после того, как они были использованы в качестве наполнителя). Эти почвы также имеют свойство набухать во влажном состоянии.

Caliche. Ил или песок полузасушливых районов на юго-западе США, цементированный карбонатом кальция. Карбонат кальция откладывается в результате испарения воды, попадающей на поверхность земли под действием капилляров.Консистенция калиши варьируется от мягкой породы до твердой почвы.

Ракушечник. Мягкий пористый известняк, состоящий в основном из склеенных вместе ракушек, кораллов и окаменелостей. Очень рыхлый, при строительстве ломается.

Гамбо. Мелкозернистая высокопластичная глина долины Миссисипи. Он имеет липкое, жирное ощущение, сильно расширяется и при высыхании образует большие усадочные трещины.

Каолин. Белая или розовая глина низкой пластичности.Он состоит в основном из минералов семейства каолинита.

Суглинок. Поверхность почвы, которую можно описать как песчаный ил с низкой пластичностью или илистый песок, хорошо подходящий для обработки почвы. Он применяется к почвам в самых верхних горизонтах и ​​не должен использоваться для описания глубоких отложений материнского материала. Суглинистые почвы, как правило, чувствительны к влаге, легко нарушаются при строительстве и подвержены морозам.

Лесс. Отложение относительно однородного ила, переносимого ветром.Он имеет рыхлую структуру с многочисленными корневыми отверстиями, которые создают вертикальный скол и высокую вертикальную проницаемость. Он состоит из угловатых или частично округлых частиц кварца и полевого шпата, цементированных карбонатом кальция или оксидом железа. После насыщения он становится мягким и сжимаемым из-за потери цементирования. Лесс, измененный выветриванием во влажном климате, часто становится более плотным и несколько пластичным ( лессовый суглинок ). Лесс также очень морозоустойчив.

Морская глина. Глины, отложенные в морской среде, которые, если позже их поднять, становятся очень чувствительными из-за выщелачивания солей, резко теряя прочность при нарушении.

Марл. Песок, ил или глина, осажденные водой, содержащие карбонат кальция. Мергели часто имеют цвет от светлого до темно-серого или зеленоватого, а иногда содержат коллоидные органические вещества. Часто они затвердевают в мягких породах.

Грязь или грязь. Чрезвычайно мягкий, слизистый ил или органический ил, встречающийся на дне рек и озер.Эти термины указывают на исключительно мягкую консистенцию, а не на какой-либо конкретный тип почвы. Мук подразумевает органическое вещество.

Торф. Встречающееся в природе высокоорганическое вещество, полученное в основном из растительных материалов (ASTM D 5715). Торф бывает темно-коричневого или черного цвета, рыхлый (отношение пустот может составлять от 5 до 10) и чрезвычайно сжимаемый. После высыхания они будут плавать. Торфяные болота часто выделяют горючий газ метан. Эти почвы будут подвергаться значительному краткосрочному и долгосрочному оседанию даже при легких нагрузках и часто чувствительны к влаге, теряя значительную прочность во влажном состоянии.Они легко выходят из строя при строительных работах. Торф, содержащий большое количество легко идентифицируемых волокон, в геотехнических целях часто называют волокнистым торфом . Торф, содержащий сильно разложившиеся волокна и значительный высокоорганический компонент почвы, часто называют аморфным торфом .

Зыбучие пески. Относится к состоянию, а не к типу почвы. Гравий, песок и ил становятся «быстрыми», когда восходящий поток грунтовых вод и / или газа имеет место до такой степени, что частицы поднимаются.

Сапролиты. Почвы, образовавшиеся в результате естественного выветривания горных пород. Реликтовые соединения материнской породы часто определяют прочность, проницаемость и стабильность выветрившихся грунтов. Фрагменты могут казаться звуковыми, но окажутся слабыми. Определить переход почвы от выветренной породы к здоровой породе сложно, что часто приводит к претензиям.

Сланец. Индуцированные мелкозернистые осадочные породы, такие как аргиллиты, алевролиты и аргиллиты, которые очень изменчивы и вызывают беспокойство.Некоторые из них твердые и стабильные, другие - мягкие и разлагаются до глины вскоре после воздействия атмосферы или в течение расчетного срока службы конструкции. Глины, образованные из сланца, часто очень пластичны.

Сульфат. Минеральное соединение, содержащее сульфатный радикал SO4, которое может содержаться в почве. Это создает значительные проблемы расширения в стабилизированном известью грунте и, в некоторых случаях, вызывает повреждение бетона.

Сульфид. Минеральное соединение, характеризующееся связью серы с металлом, например свинцом или железом, с образованием галенита и пирита соответственно.

До. Смесь песка, гравия, ила и глины, полученная в результате вспашки ледников. Такие почвы часто называют валунной глиной, особенно в Канаде и Англии. Характеристики ледникового тилла меняются в зависимости от эродированных отложений и коренных пород. Каши в Новой Англии обычно более грубые и менее пластичные, чем со Среднего Запада. Тилли на северо-востоке, как правило, имеют широкий уклон и часто нестабильны под действием воды. Сложный характер их отложения создает очень непредсказуемый материал.

Верхний слой почвы. Поверхностные почвы, поддерживающие жизнь растений. Обычно они содержат значительное количество органических веществ. Эти почвы имеют тенденцию оседать со временем, поскольку органическое вещество продолжает разлагаться. Они часто чувствительны к влаге, теряют значительную прочность при намокании и легко повреждаются во время строительных работ.

Туф. Название, относящееся к месторождениям вулканического пепла. Во влажном климате или в районах, где пепел попадает в водоемы, туф цементируется в мягкую пористую породу.

Глины полированные. Осадочные отложения, состоящие из чередующихся тонких слоев ила и глины. Обычно каждая пара слоев ила и глины имеет толщину от 3 до 13 мм (1/8 - 1/2 дюйма). Они являются результатом отложения в озерах в периоды чередования паводков и маловодья в впадающих ручьях и часто образуются в ледниковых озерах. Эти отложения имеют гораздо более высокую проницаемость по горизонтали, чем по вертикали, поскольку горизонтальные пласты удерживают воду. Они часто бывают чувствительными и теряют прочность при повторной формовке.

7.5.2 Сжимаемые грунты
Влияние сжимаемых грунтов на характеристики дорожного покрытия

Сильно сжимаемые (очень слабые) грунты со временем подвержены большим оседаниям и деформациям, что может отрицательно сказаться на характеристиках дорожного покрытия. Сильно сжимаемые почвы - это насыщенные почвы с очень низкой плотностью, обычно илы, глины, а также органические аллювиальные или переносимые ветром отложения и торфы. Если эти сжимаемые грунты не обработать должным образом, на поверхности могут образоваться большие углубления со случайным растрескиванием.Углубления на поверхности могут позволить воде стекать на поверхность дорожного покрытия и легче проникать в конструкцию дорожного покрытия, что усугубляет серьезную проблему. Что еще более важно, скопление воды создаст угрозу безопасности для путешествующих людей в сырую погоду.

Средства для обработки сжимаемых грунтов

Выбор конкретной техники зависит от глубины слабого грунта и разницы между условиями на месте и минимальными требованиями к уплотнению или прочности, чтобы ограничить ожидаемую осадку до допустимого значения, которое не повлияет отрицательно на характеристики покрытия. .При строительстве проезжей части на участках с глубокими отложениями сильно сжимаемых слоев необходимо изучить конкретные свойства почвы для расчета расчетной осадки. В этих условиях перед проектированием дорожного покрытия необходимо выполнить геотехническое исследование и подробный анализ осадка. Если существующие почвы земляного полотна не соответствуют минимальным требованиям к уплотнению и со временем подвержены большим оседаниям, рассмотрите следующие альтернативы:

  • Удалите и обработайте почву для достижения приблизительного оптимального содержания влаги, замените и уплотните.
  • Удалите и замените грунт земляного полотна подходящими материалами для насыпи или выберите их. Все гранулированные наполнители должны быть уплотнены как минимум до 95% максимальной плотности с контролем влажности, как определено AASHTO T180. Связующие наполнители должны быть уплотнены до содержания влаги не менее 90%, близкого к оптимальному или немного превышающего его (, например, , от -1% до + 2% от оптимума), как определено в AASHTO T99.
  • Рассмотрите возможность механической стабилизации с использованием геосинтетических материалов, как описано в разделе 7.5, чтобы уменьшить необходимую поднутрение.
  • Если почвы гранулированные ( например, , пески и некоторые илы), рассмотрите возможность уплотнения грунта с поверхности для увеличения плотности в сухом состоянии за счет методов динамического уплотнения. Определение характеристик почвы и подробные процедуры для успешного внедрения этой техники описаны в курсе 132034 FHWA / NHI по методам улучшения грунта (FHWA NHI-04-001).
  • Если почва очень влажная или насыщенная, рассмотрите возможность обезвоживания с помощью колодцев или глубоких горизонтальных дренажных труб.Если горизонтальные стоки не могут быть освещены дневным светом, может потребоваться подключение к трубам ливневой канализации или отстойным насосам.
  • Консолидируйте глубокие отложения очень слабонасыщенных грунтов с большими насыпями до строительства дорожного покрытия (за дополнительную плату). После строительства насыпи можно либо оставить на месте, либо удалить, в зависимости от окончательной отметки. Для ускорения консолидации используйте дренажные фитили (см. FHWA NHI-04-001).
  • Другие методы для глубоких отложений сжимаемого грунта включают насыпные насыпи и использование легкого заполнителя, такого как геопена, как описано в руководстве FHWA «Методы улучшения грунта» (FHWA NHI-04-001).Хотя эти методы являются более дорогостоящими, чем большинство предыдущих методов, с точки зрения затрат на строительство, они предлагают немедленное улучшение, тем самым ускоряя строительство. В некоторых проектах экономия времени может быть более ценной, чем разница в стоимости строительства.
7.5.3 Складывающиеся грунты

Как и в случае сильно сжимаемых грунтов, просадочные грунты могут привести к значительному локальному проседанию дорожного покрытия. Складывающиеся почвы представляют собой иловые почвы с очень низкой плотностью, обычно это аллювиевые или переносимые ветром (лессовые) отложения, которые подвержены внезапному уменьшению объема при увлажнении.Часто их нестабильная структура зацементирована глиняными связующими или другими отложениями, которые растворяются при насыщении, что приводит к резкому уменьшению объема (Rollings and Rollings, 1996). Собственные грунтовые основания из просадочных грунтов перед строительством следует пропитать водой и прокатить с помощью тяжелого уплотнительного оборудования. В некоторых случаях остаточные почвы могут также разрушаться из-за вымывания коллоидных и растворимых материалов. На рис. 7-17 показан метод определения потенциала просадочных грунтов.Могут быть доступны другие местные методы идентификации. Складывающиеся грунты также могут образовываться в насыпях, когда грунты песчаного типа уплотняются на сухой стороне оптимальной влажности. Силы мениска между частицами могут создать почвенную ткань, подверженную разрушению.

Если система дорожного покрытия должна быть построена на разрушающемся грунте, могут потребоваться специальные восстановительные меры для предотвращения крупномасштабного растрескивания и неравномерного оседания. Чтобы избежать проблем, перед началом строительства необходимо вызвать обрушение.Методы включают:

  1. водозабор в области просадочных грунтов.
  2. инфильтрационных скважин.
  3. уплотнение - обычное с тяжелым виброкатком для небольших глубин (в пределах 0,3 или 0,6 м (1 или 2 фута))
  4. уплотнение - динамическое или вибрационное для более глубоких отложений более полуметра (нескольких футов) (может сочетаться с затоплением)
  5. раскопано и заменено.

Рисунок 7-17. Руководство по поведению складывающейся почвы (Rollings and Rollings, 1996).
Нажмите здесь, чтобы увидеть текстовую версию изображения

7.5.4 Набухающие почвы
Влияние набухающих грунтов на характеристики дорожного покрытия

Набухающие или расширяющиеся почвы подвержены изменению объема (усыхание и набухание) при сезонных колебаниях содержания влаги. Величина этого изменения объема зависит от типа почвы (способности к усадке-набуханию) и изменения содержания влаги в ней. Потеря влаги вызовет усадку почвы, а увеличение влажности вызовет ее расширение или набухание.Это изменение объема грунтов глинистого типа может привести к появлению продольных трещин у края дорожного покрытия и значительной шероховатости поверхности (различные вздутия и углубления) по длине дорожного покрытия.

Обширные почвы представляют собой очень серьезную проблему во многих частях Соединенных Штатов (см. Рис. 7-18) и являются причиной проведения преждевременных работ по техническому обслуживанию и восстановлению на многих километрах дороги каждый год. Расширяющиеся почвы представляют собой особую проблему, когда глубокие разрезы делаются в плотной (переуплотненной) глинистой почве.

Рисунок 7-18. Предполагаемое расположение набухающих почв (по Витчак, 1972).

Определение набухающих почв

Существуют различные методы и процедуры для выявления потенциально обширных почв. AASHTO T 258 может использоваться для определения почв и условий, подверженных набуханию. Два наиболее часто используемых документа перечислены ниже:

  • Оценка целесообразной методологии выявления потенциально обширных почв , Отчет №FHWA-RD-77-94, Федеральное управление шоссейных дорог, Вашингтон, округ Колумбия, июнь 1977 г.
  • Проектирование и строительство покрытий в аэропортах на обширных грунтах , Отчет № FAA-RD-76-66, Федеральное управление гражданской авиации, Министерство транспорта США, Вашингтон, округ Колумбия, июнь 1976 г.

Минералогия глины и наличие воды являются ключевыми факторами при определении степени, в которой проблема набухания может существовать на данном участке. Различные глинистые минералы демонстрируют большую или меньшую степень потенциала набухания в зависимости от их химического состава.Монмориллонитовые глины имеют тенденцию проявлять очень высокие потенциалы набухания из-за химического состава частиц, тогда как иллитовые глины имеют тенденцию проявлять очень низкие потенциалы набухания. Идентификация глинистых минералов химическими или микроскопическими средствами может использоваться как метод определения наличия высокого потенциала набухания в почвах. Почвенная ткань также будет влиять на потенциал набухания, поскольку агрегированные частицы будут иметь тенденцию к более высокому набуханию, чем диспергированные частицы, и флоккулируются сильнее, чем дефлокулированные.Как правило, чем более мелкозернистая и пластичная почва, тем выше ее потенциал набухания.

Выявление набухающих грунтов в земляном полотне является ключевым компонентом инженерно-геологических изысканий проезжей части. Образцы грунта на небольшой глубине ниже предполагаемой отметки дорожного покрытия обычно отбираются в рамках исследования, и их потенциал набухания может быть определен несколькими способами. Индексное тестирование - это распространенный метод определения потенциала выброса. Обычно проводятся лабораторные испытания для определения пределов пластичности и жидкости и / или предела усадки.Активность почвы (ASTM D 4318), определяемая как отношение индекса пластичности к процентному содержанию почвы по массе менее 0,002 мм (0,08 мил), также используется как свойство индекса для потенциала набухания, поскольку глинистые минералы с более высокой активностью демонстрируют более высокое волнение. Расчет активности требует измерения градации с использованием методов ареометра, что не характерно для геотехнических исследований при проектировании дорожного покрытия во многих штатах. В дополнение к индексному тестированию практика агентства в регионах, где набухание почвы является распространенной проблемой, может включать в себя тестирование набухания ( e.г. , ASTM D 4546), для образцов природного или уплотненного грунта. Такое испытание обычно включает в себя измерение изменения высоты (или объема) образца, подвергнутого легкой нагрузке, аналогичной той, которая ожидается в полевых условиях, а затем предоставлен свободный доступ к воде.

Обработка набухающих почв

Когда в рамках проекта встречаются обширные грунты в окружающей среде и на территориях, где ожидаются значительные колебания влажности в земляном полотне, следует рассмотреть следующие альтернативы, чтобы минимизировать будущий потенциал изменения объема расширяющегося грунта:

  • Для относительно тонких слоев расширяющихся глин у поверхности удалите и замените расширяющуюся почву избранными материалами.
  • Увеличьте ширину подповерхностных слоев дорожного покрытия, чтобы уменьшить изменение ( т. Е. , намокание или высыхание) влажности земляного полотна по краю дорожного покрытия, и увеличьте верхнюю часть проезжей части, чтобы уменьшить инфильтрацию влаги.
  • Частичная герметизация по краю дорожного покрытия или полная герметизация также могут использоваться для уменьшения изменения влажности земляного полотна, как более подробно описано в Разделе 7.5.
  • Расширить, стабилизировать и повторно уплотнить верхнюю часть расширяющегося глиняного земляного полотна.Стабилизация извести или цемента является общепринятым методом контроля набухания грунта, как описано в разделе 7.6. (Стабилизация , используемая для экспансивных грунтов, относится к обработке почвы такими агентами, как битум, портландцемент, гашеная или гашеная известь и зола, чтобы ограничить характеристики изменения объема. Это может существенно повысить прочность обработанной материал.)
  • На участках с глубокими выемками в плотных, переуплотненных экспансивных глинах завершите выемку подземных грунтов до надлежащей отметки и дайте подповерхностным грунтам отскочить перед укладкой слоев дорожного покрытия.

AASHTO 1993 (Приложение C) предоставляет процедуры и графики для прогнозирования прямого воздействия набухающих грунтов на потерю эксплуатационной пригодности и обрабатывает их с учетом дифференциального воздействия на продольный профиль поверхности дороги. Если предполагается, что отек будет относительно равномерным, процедуры не применяются.

7.5.5 Подземные воды

Важно определить насыщенные слои почвы, глубину залегания грунтовых вод и поток подземных вод между слоями почвы.Подземные воды особенно важно распознавать и идентифицировать в зонах перехода между сегментами выемки и насыпи. Если позволить пропитать несвязанные материалы основания / основания и грунты земляного полотна, подземные воды могут значительно снизить прочность и жесткость этих материалов. Снижение прочности может привести к преждевременным углублениям на поверхности, образованию колей или трещин. Сезонный поток влаги через выбранные слои почвы также может значительно усилить эффекты изменения дифференциального объема в обширных почвах.Вырезанные участки особенно важны для подземных вод.

Очистные сооружения для подземных вод

При водонасыщенных грунты или подземные воды встречаются, следует рассмотреть на следующие альтернативы для улучшения фундамента или поддержки земляного полотна:

  • Для насыщенных грунтов у поверхности высушите или укрепите влажные грунты с помощью методов механической стабилизации, чтобы обеспечить строительную платформу для конструкции дорожного покрытия, как описано в Разделе 7.6.
  • Удалите и замените насыщенные почвы отборными материалами или почвами. (Может не подходить, если земляные работы требуются ниже уровня грунтовых вод).
  • Разместите и надлежащим образом уплотните толстые насыпи или насыпи, чтобы увеличить высоту земляного полотна, или, другими словами, увеличить толщину между насыщенными грунтами или глубиной уровня грунтовых вод и структурой дорожного покрытия.
  • Следует также рассмотреть возможность использования дренажей земляного полотна, как описано ранее в Разделе 7.2 при наличии следующих условий:
    • Высокий уровень грунтовых вод, который может снизить устойчивость земляного полотна и стать источником воды для защиты от мороза.
    • Грунты земляного полотна, состоящие из ила и очень мелкого песка, которые при насыщении могут стать рыхлыми или рыхлыми.
    • Вода просачивается из нижележащих водоносных пластов или из земляного полотна на участках вырубки (рассмотрите возможность перекрытия дренажей).
7.5.6 Морозоустойчивые почвы
Влияние мороза на характеристики покрытия

Мороз может вызвать неравномерное пучение, шероховатость поверхности и растрескивание, заблокировать дренаж и снизить несущую способность в периоды оттепелей.Эти эффекты варьируются от незначительных до серьезных, в зависимости от типа и однородности грунта, региональных климатических условий (, т.е. , глубина промерзания) и наличия воды.

Одним из последствий воздействия мороза на тротуары является морозное пучение, вызванное кристаллизацией линз льда в пустотах почвы, содержащих мелкие частицы. Как показано на Рисунке 7-19, должны присутствовать три условия, вызывающие образование морозного пучения и связанные с ним проблемы с действием мороза:

  • почвы морозостойкие;
  • минусовых температур в почве; и,
  • источник воды.

Если эти условия возникают равномерно, пучение будет равномерным; в противном случае возникнет неравномерное пучение, вызывающее неровности поверхности, шероховатость и, в конечном итоге, растрескивание поверхности покрытия.

Рисунок 7-19. Элементы морозного пучения.

Второй эффект действия мороза - ослабление оттепели. Несущая способность может существенно снижаться в периоды оттаивания в середине зимы, а последующее морозное пучение обычно бывает более сильным, поскольку вода легче доступна в зоне промерзания.В более южных районах морозной зоны несколько циклов замораживания и оттаивания могут произойти в течение зимнего сезона и причинить больший ущерб, чем один более продолжительный период замерзания в более северных районах. Весенние оттепели обычно вызывают потерю несущей способности значительно ниже летних и осенних значений с последующим постепенным восстановлением в течение недель или месяцев. Вода также часто остается в ловушке над мерзлой почвой во время оттепели, которое происходит сверху вниз, создавая потенциал для долгосрочных условий насыщения в слоях дорожного покрытия.

Выявление морозоустойчивых почв

Морозоустойчивые почвы разделены на четыре основные группы. В Таблице 7-12 представлена ​​сводная информация о типичных почвах в каждой из этих четырех групп на основе количества мелких частиц (материал, проходящий через сито 0,075 мм (№ 200). На рисунке 7-20 графически показана ожидаемая средняя скорость морозного пучения для различные группы почв в зависимости от части почвы размером менее 0,02 мм (0,8 мил).

Мороз практически отсутствует в чистом, свободно дренирующемся песке, гравии, щебне и подобных сыпучих материалах при нормальных условиях замерзания.Большое пустое пространство позволяет воде замерзать на месте, не расслаиваясь на ледяные линзы. Напротив, илы очень морозоустойчивы. Состояние относительно небольших пустот, высокий капиллярный потенциал / действие и относительно хорошая проницаемость этих почв объясняют эту характеристику.

Глины 90 300 CL, CL-ML
Таблица 7-12. Классификация почв по морозостойкости (НЦПЗ 1-37А).
Группа заморозков Степень морозостойкости Тип почвы Процент мельче 0.075 мм (# 200) по массе. Типичная классификация почв
F1 От незначительной до низкой Гравийные почвы 3-10 GC, GP, GC-GM, GP-GM
F2 От низкого до среднего Гравийные почвы 10-20 GM, GC-GM, GP-GM
Пески 3-15 SW, SP, SM, SW-SM, SP-SM
F3 Высокий Гравийные почвы Более 20 GM-GC
Пески, кроме очень мелких илистых песков Более 15 SM, SC
Глины PI> 12 - CL, CH
F4 Очень высокий Все илы - ML-MH
Очень мелкие илистые пески Больше 15 SM
PI <12 -
Разнообразные глины и другие мелкозернистые, полосчатые отложения - CL, ML, SM, CH

Рисунок 7-20.Средняя скорость вспучивания по сравнению с процентным содержанием мелких частиц для естественных градаций почвы (Kaplar, 1974).

Глины являются когезионными, и, хотя их потенциальное капиллярное действие велико, их капиллярность низкая. Хотя в глинистых почвах может возникать морозное пучение, оно не такое сильное, как для илов, поскольку непроницаемость глин замедляет прохождение воды. Несущая способность глин должна сильно снижаться во время оттепелей, даже при отсутствии значительного вспучивания. Оттаивание обычно происходит сверху вниз, что приводит к очень высокому содержанию влаги в верхних слоях.

Уровень грунтовых вод в пределах 1,5 м (5 футов) от предполагаемой отметки земляного полотна указывает на то, что воды будет достаточно для образования льда. Однородные глинистые грунты земляного полотна также содержат достаточно влаги для образования льда даже при глубине залегания грунтовых вод более 3 м (10 футов). Однако величина влияния будет сильно зависеть от глубины фронта промерзания (, т.е. , глубина проникновения промерзания). При глубоком промерзании грунтовые воды даже на большей глубине могут влиять на волнение.

Определение морозоустойчивых условий

Самым отличительным фактором для определения состояния опасности промерзания дорожного покрытия является водоснабжение. Для чувствительных к заморозкам почв в зоне промерзания опасность замораживания может быть оценена как высокая или низкая в соответствии со следующими условиями. Неизвестный рейтинг может быть подходящим, когда возникают условия как для высокого, так и для низкого рейтинга, которые не могут быть разрешены, или когда имеется мало информации или она отсутствует. Включение рейтинга опасности замерзания в документацию по оценке площадки подтверждает, что оценка воздействия замерзания была предпринята и не была упущена из виду.Если рейтинг неизвестен, решение о включении мер по смягчению воздействия заморозков в проект будет основываться больше на неприемлемом характере повреждения от замерзания, чем на вероятности его возникновения.

Условия, связанные с высокой потенциальной опасностью замерзания, включают:

  1. Уровень грунтовых вод в пределах 3 м (10 футов) от поверхности дорожного покрытия (глубина воздействия зависит от типа почвы и глубины промерзания).
  2. Наблюдал изморозь в районе.
  3. Неорганические почвы, содержащие более 3% (по весу) или более зерен мельче 0.Диаметр 02 мм (0,8 мил) по данным Инженерного корпуса армии США.
  4. Потенциал скопления поверхностных вод и образования грунтов между зоной промерзания под тротуаром и поверхностными водами с проницаемостью, достаточно высокой, чтобы просачивание могло насытить почвы в зоне промерзания в течение периода затопления.

Условия, связанные с низкой потенциальной опасностью замерзания, включают:

  1. Уровень грунтовых вод выше 6 м (20 футов) ниже поверхности тротуара (опять же, может быть намного меньше, в зависимости от типа почвы и глубины промерзания).
  2. Естественная влажность в зоне промерзания низкая по сравнению с уровнем насыщения.
  3. Гидравлические перегородки между водопроводом и зоной промерзания.
  4. Существующие тротуары или тротуары поблизости с аналогичными почвенными и водопроводными условиями и без построенных мер защиты от замерзания, которые не пострадали от мороза.
  5. Тротуары на насыпях с поверхностью более чем на 1–2 м (3–6 футов) над прилегающими уклонами (обеспечивает некоторую изоляцию и утяжеляющее действие для сопротивления вспучиванию).
Средство от Frost Action

Когда морозом восприимчивые почвы встречаются, следует рассмотреть на следующие альтернативы для улучшения основы или поддержки земляного полотна:

  1. Удалите чувствительную к заморозке почву (обычно для групп F3 и F4, Таблица 7-12) и замените ее выбранной нечувствительной к заморозке почвой для предполагаемой глубины проникновения промерзания.
  2. Разместите и уплотните выбранные нечувствительные к морозу грунтовые материалы на толщину или глубину, чтобы предотвратить промерзание земляного полотна для уязвимых к морозам почв групп F2, F3 и F4, Таблица 7-12.
  3. Удалить отдельные очаги морозоустойчивых грунтов, чтобы исключить резкое изменение состояния земляного полотна.
  4. Стабилизируйте чувствительную к морозам почву, устраняя воздействие мелкодисперсных частиц почвы с помощью трех процессов: а) механического удаления или иммобилизации с помощью физико-химических средств, таких как цементное соединение, б) эффективного уменьшения количества почвенной влаги, доступной для миграции в плоскость замерзания, например, перекрывая все миграционные пути, или в) изменяя точку замерзания почвенной влаги.
    1. Вяжущие вещества, такие как портландцемент, битум, известь и известково-летучая зола, как указано в разделе 7.5. Эти агенты эффективно удаляют отдельные частицы почвы, связывая их вместе, а также частично удаляют капиллярные каналы, тем самым уменьшая возможность движения влаги. Необходимо соблюдать осторожность при использовании извести и смесей извести и золы с глинистыми почвами в районах с сезонными морозами (см. Раздел 7.5 и Приложение F).
    2. Влажность почвы, доступная для морозного пучения, может быть уменьшена путем установки глубоких дренажных систем и / или капиллярного барьера, чтобы уровень грунтовых вод поддерживался на достаточной глубине, чтобы предотвратить повышение влажности в зоне замерзания.Капиллярные барьеры могут состоять либо из открытого слоя гравия, зажатого между двумя геотекстилями, либо из горизонтального геокомпозитного дренажа. Установка капиллярного барьера требует удаления чувствительного к морозу материала на глубину либо ниже точки промерзания, либо на достаточно значительную, чтобы уменьшить влияние морозного пучения на дорожное покрытие. Разрыв капилляра необходимо дренировать. Затем чувствительный к морозу грунт может быть заменен и уплотнен над капиллярным барьером до необходимой отметки земляного полотна.
  5. Увеличьте толщину структурного слоя дорожной одежды, чтобы учесть снижение прочности земляного полотна в период весенне-оттепель для морозоустойчивых групп F1, F2 и F3.

Конструкция дорожного покрытия для защиты от мороза часто определяет требуемую общую толщину гибкого покрытия и потребность в дополнительном выбранном материале под жестким и гибким покрытием. При проектировании дорожного покрытия в сезонных морозных зонах использовались три подхода:

  • Подход «Полная защита» - требует материалов, не подверженных замерзанию, на всю глубину мороза ( e.г. , методы лечения 1, 2 и 3 выше).
  • Ограниченное проникновение промерзания земляного полотна - допускает некоторое проникновение промерзания в земляное полотно, но недостаточно для развития неприемлемой шероховатости поверхности.
  • Подход с пониженной прочностью земляного полотна - позволяет больше промерзать земляному полотну, но обеспечивает адекватную прочность в периоды ослабления от оттепелей.

AASHTO 1993 (Приложение C) предоставляет процедуры и графики для прогнозирования прямого воздействия морозного пучения на потерю работоспособности и обрабатывает их с учетом дифференциального воздействия на продольный профиль дорожного покрытия.Если ожидается, что мороз будет относительно однородным, то процедуры не применяются.

По большей части, подходы к проектированию местной морозостойкости были разработаны на основе опыта, а не путем применения каких-либо строгих теоретических расчетных методов. В процедуре проектирования NCHRP 1-37A доступен более строгий метод для снижения воздействия сезонного замерзания и оттаивания до приемлемых пределов, как описано в главе 6. Расширенная интегрированная климатическая модель используется для определения максимальной глубины промерзания для системы дорожного покрытия. в определенном месте.Различные комбинации толщины слоев и типов материалов могут быть оценены с точки зрения их влияния на максимальную глубину промерзания и общее количество основания, а также можно выбрать материалы, необходимые для защиты чувствительных к заморозкам почв от промерзания.

7.5.7 Резюме

Проблемные почвы можно обрабатывать различными методами или их комбинацией. Методы улучшения, которые можно использовать для повышения прочности и уменьшения климатических изменений фундамента в отношении характеристик дорожного покрытия, включают:

  1. Улучшение подземного дренажа (см. Раздел 7.2, и всегда следует учитывать).
  2. Удаление и замена более качественными материалами ( например, , толстые гранулированные слои).
  3. Механическая стабилизация с использованием толстых гранулированных слоев.
  4. Механическая стабилизация слабых грунтов с помощью геосинтетических материалов (геотекстиля и георешетки) в сочетании с зернистыми слоями.
  5. Легкая заливка.
  6. Стабилизация слабых грунтов примесями (высокопластичные или сжимаемые грунты).
  7. Герметизация почвы.

Подробности большинства этих методов стабилизации будут рассмотрены в следующем разделе.

.

Экспериментальное исследование нормальной силы морозного пучения, создаваемой лёссом 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 в различных температурных условиях. Результаты экспериментов показывают, что взаимодействие трех факторов оказывает существенное 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. Ранние исследования силы морозного пучения часто принимали температуру в качестве основного влияющего фактора.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.Цзян и др. [15] изучали взаимосвязь между температурой и нормальной силой морозного пучения с помощью эксперимента с нормальной силой морозного пучения в глине с низким уровнем 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 конечной жесткости. Помимо этих теоретических исследований, 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. [20] получили 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 уменьшалась с увеличением плотности в сухом состоянии и содержания воды, в то время как угол внутреннего трения лёсса мало изменялся после циклов замораживания-оттаивания.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 водности и сухой плотности 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 действительной 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, в которых рассматривается влияние 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. Более того, учитывая, что лёсс - 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

Лесс, использованный в эксперименте, взят из котлована в районе Фупинг, провинция Шэньси, Китай. Свойства лёсса представлены в таблице 1. Образцы лёсса с разным 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 устойчивого состояния.Увеличение менее 0,5% измеренной силы морозного пучения за два последовательных часа можно рассматривать как стандарт для стабильного состояния.

В практической инженерии плотность сухого лесса 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, была проведена 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, когда плотность в сухом состоянии составляет 1,60 г · см −3 и температура почвы −7 ° C. Судя по рисункам, при заданной температуре почвы изменение начальной 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 сухой плотности и содержания воды.

3.4. Анализ значимости влияний T , и на силу морозного пучения

Для того, чтобы количественно оценить значимость влияния трех факторов на силу морозного пучения, была использована ортогональная таблица для анализа трех факторы. Возьмите 20, 24 и 28%. Возьмем 1,4, 1,5 и 1,6 г · см −3 .Возьмем T как −3, −7 и −12 ° C. Постройте ортогональную таблицу 3 × 3, как показано в таблице 3. Среди них K 1 , K 2 и K 3 представляют собой среднее значение показателей на каждом уровне каждого фактор. Значение, полученное путем вычитания наименьшего K из наибольшего K в каждом столбце, называется R , что указывает на значительный уровень влияния каждого фактора на силу морозного пучения (см. Таблицу 3).


(%) (г · см −3 ) (кПа)

1 20 1,50 −12 175,500
2 24 1,40 −7 112,500
3 28 1.60 −3 1275.000
4 20 1,40 −3 12,500
5 24 1,60 −12 1350.000
6 28 1,50 −7 800,000
7 20 1,60 −7 262,500
8 24 1,50 −3 87,500
9 28 1.40 −12 362,500
K 1 ( P 1 + P 4 + P 7 ) / 3 ( P 2 + P 4 + P 9 ) / 3 ( P 3 + P 4 + P 8 ) / 3
K 2 ( P 2 + P 5 + P 8 ) / 3 ( P 1 + P 6 + P 8 ) / 3 ( P 2 + P 6 + P 7 ) / 3
K 3 ( п. 3 + п. 6 + P 9 ) / 3 ( P 3 + P 5 + P 7 ) / 3 ( P 1 + P 5 + P 9 ) / 3
R K max - K min (в этой колонке) K max - K мин. (в этой колонке) K макс. - K мин. (в этой колонке)


К 1 150.167 162,500 629,333
K 2 516,667 354,333 391,667
K 3 812,512 R 662,333 800,000 520,833

Величина может отражать порядок значимости факторов (см. Таблицу 4).Значения для диапазона в анализе значимости: 800,00> 662,333> 520,883, и соответствующий порядок значимости: плотность в сухом состоянии> содержание воды> температура. Другими словами, среди факторов, влияющих на морозное пучение на участках лёсса, наибольшее влияние оказывает плотность в сухом состоянии, за которой следует влажность, а затем температура.

3.5. Модель прогнозирования силы морозного пучения

Согласно приведенному выше анализу значимости, сухая плотность имеет наибольшее влияние на нормальную силу морозного пучения в лессе, за ней следует содержание воды, а отрицательная температура оказывает наименьшее влияние.Поэтому в первую очередь рассматривается влияние одного фактора - плотности в сухом состоянии на нормальную силу морозного пучения. Таким образом, в модели прогнозирования нормальной силы морозного пучения сначала находится нормальная сила морозного пучения; - сухая плотность; и,, и - коэффициенты.

Подгонка проводится по результатам испытаний образцов почвы с различным содержанием воды и плотностью в сухом состоянии при различных температурах замерзания. Значения и равны 9,9 и -12,46 соответственно. Значения и относятся только к сухой плотности и не изменяются при изменении содержания воды и температуры замерзания.Все коэффициенты корреляции модели, состоящей из, и, превышают 0,9, что указывает на хорошее согласие вычисленных и измеренных значений модели. В таблице 5 показаны некоторые значения и коэффициенты корреляции модели, состоящей из, и.

900 20

T (° C) (%) Параметр Значения

−3 20 3.99
0,942
24 14,96
0,965
28 56,02
0,987
−7 7,11
0,953
24 26,62
0.944
28
.

для прогнозирования потенциала пучинистости почв с использованием ГИС. Представлено Сачином Кунагалли.

Презентация на тему: «Прогнозирование потенциала пучинистости почв с использованием ГИС, представленная Сачином Кунагалли» - стенограмма презентации:

1 Прогнозирование потенциала пучинистости почв с использованием ГИС, представленное Сачином Кунагалли

2 Прогнозирование потенциала пучения грунтов с помощью ГИС Цель Цель проекта - прогнозировать ряды грунтов вдоль трассы SH 130, которые предположительно будут вздыблены после стабилизации извести.

3 Прогнозирование потенциала пучинистости грунтов с помощью ГИС Обзор Укладка покрытия обычно бывает одной из двух форм: портландцементный бетон или асфальтобетон. Стабилизация извести важна, когда грунт земляного полотна очень мягкий. Проблема пучения часто возникает, когда в грунте земляного полотна присутствует сульфат. Вторичный минерал под названием ЭТРИНГИТ образуется при благоприятных условиях.

4 Прогнозирование потенциала пучинистости почвы с помощью ГИС 1. Обильное количество воды 2. Высокая концентрация сульфатов

5 Прогнозирование потенциала пучения почв с помощью ГИС Почему ГИС? Огромные данные Time Money

6 Прогнозировать потенциал пучения почв с использованием данных ГИС Карта исследования почвы из SSURGO Карта округов Техаса со всеми основными дорогами (бумажная карта) Геологическая карта Техаса (бумажная карта)


7 Прогнозирование потенциала пучения почв с помощью процедуры ГИС  Соберите данные о карбонате кальция, набухании почвы, влагоемкости и сульфатах.

8 Прогнозирование потенциала пучения почв с помощью процедуры ГИС  Вручную внесите все данные, собранные из отчета по обследованию почвы округа.

10 Процедура  Отсканируйте карту геологии Техаса, а также карту Техаса со всеми основными дорогами.

.

Смотрите также