Главное меню

Столбчатый фундамент на пучинистых грунтах


Фундамент на пучинистых грунтах: подробный обзор вариантов

Сегодня в строительстве используют различные основания, предназначенные для разных типов грунтов, рассчитанные на разные нагрузки от строений. С их помощью можно решить любые сложности и задачи, которые вызваны различными воздействиями. Перед тем, как выбрать и устроить основание для здания, необходимо выполнить некоторые исследовательские работы. Это позволит определить характеристики почвы и подобрать оптимальный вариант.

Содержание статьи

Особенности устройства фундамента на пучинистом грунте

Пучинистая почва является не безупречным вариантом для строительства того или иного здания. Дело в том, что для возведения какого-либо сооружения на таком участке понадобится решить ряд задач.

 

Основным направлением здесь является устранение пучения грунта, что негативно сказывается на целостности фундамента и всего строения. Именно поэтому эксперты рекомендуют использовать на такой почве незаглубленные ленточные фундаменты, которые легко справляются с нагрузками. Особой популярностью здесь пользуются мелкозаглубленные конструкции.

Способы решения проблем с пучением почвы

Первый вариант заключается в замене пучинистой почвы на песок до уровня промерзания. Этот метод признан самым эффективным. Единственный недостаток – высокая стоимость. В связи с этим специалисты рекомендуют акцентировать свое внимание на втором варианте.

Он предусматривает использование заглубленных фундаментов, который закладываются ниже линии промерзания почвы. К таким конструкциям относятся столбчатые и свайные фундаменты. Конечно, их сооружения не всегда являются финансово выгодными.

Мелкозаглубленные и незаглубленные фундаменты

Как уже было сказано, для возведения дома или другого здания на пучинистых грунтах используют определенные типы основания. Оптимальным вариантом здесь станет сооружение мелкозаглубленного или незаглубленного фундамента. Такие конструкции легко противостоят пучению грунта, которое возникает в зимний период. Особой популярностью здесь пользуется мелкозаглубленный ленточный фундамент. С его помощью можно создать надежное и долговечное основание для будущего дома. Он отличается простотой возведения и довольно невысокой ценой.

Неплохим вариантом является и устройство мелкозаглубленного ленточного основания. Оно обладает довольно высокой прочностью и обеспечивает устойчивость строения. Такая конструкция хорошо противостоит пучению, что позволяет исключить опасные для строения усадки. Основание представляет собой монолитную конструкцию из железобетона, которая располагается на небольшой глубине.

Установка мелкозаглубленного основания осуществляется на песчаную подушку. Она покрывается гидроизоляционным слоем, а сами стенки траншеи укрепляются специальными материалами. Чтобы повысить устойчивость конструкции, в бетон добавляют специальные гидрофобизирующие добавки.

Когда фундамент будет сооружен, приступают к устройству дренажной системы, с помощью которой будет осуществляться отвод влаги от строения. При заливке бетона не стоит забывать об устройстве армированного пояса, а также использовании вибраторов. Это позволит качественно провести бетонные работы и в результате соорудить надежное основания для дома.

ЛМЗФ

Конструкция представляет собой замкнутую ленту из бетона и пояса, который состоит из армированных металлических прутьев. Возведение фундамента выполняется по определенной схеме. Вначале вырывается котлован глубиной 50-70 см. Дальше на откосы укладывают гидроизоляцию из толи или плотной полиэтиленовой пленки.

После этого котлован слоями засыпается песком. Здесь толщина одного слоя составляет от 20 до 30 см. Перед тем как насыпать новый слой, предыдущий необходимо тщательно утрамбовать. После того как это будет сделано, приступают к установке опалубки. На дно опалубки, непосредственно на песок, укладывается слой гидроизоляции и металлические пруты диаметром 12 см. Теперь можно приступать к заливке бетона. При этом стоит помнить, что еще один армированный пояс будет укладываться непосредственно на сырой бетон.

При сооружении ленточного фундамента стоит учесть множество факторов. Так, например, для соединения прутов в армированном поясе используют исключительно вязальную проволоку. Один пояс сооружается из пяти прутов, которые соединяются между собой перемычками. Шаг между перемычками должен составлять не меньше 50 см. Если не учесть такие незначительные нюансы, то это может негативно сказаться на прочности основания.

Другие варианты оснований

Столбчатые фундаменты на пучинистых грунтах

Также на пучинистых грунтах можно возвести столбчатый фундамент. Эти конструкции возможно использовать только в тех случаях, когда опоры устанавливаются несколько ниже линии промерзания почвы. Использование столбчатого фундамента позволяет сэкономить на его возведении, и при этом сохранить прочность основания.

Столбчатые фундаменты широко используются на заболоченных участках, а также в местах, где есть суглинок. Для сооружения основания используются железобетонные опоры и металлические трубы, которые имеют защитный слой, выполненный из цементно-песчаного состава. В некоторых случаях допускается использование и асбоцементных труб, которые в дальнейшем заливаются бетонном.

Свайный фундамент: обзор решения

При строительстве на пучинистом грунте в качестве основания для дома может использоваться и свайный фундамент. Конечно, такой вариант используется крайне редко. Это объясняется тем, что для устройства такого основания понадобится специальная техника. А это значительно увеличит расходы на строительства дома. Также такие конструкции можно использовать на участках, где уровень промерзания почвы находится на глубине от 1,5 метра.

Для сооружения свайного фундамента используют различные материалы и технологии. Так, для этого применяют деревянные, бетонные и железобетонные сваи, которые легко противостоят пучению. Что касается технологии, то это могут быть винтовые или набивные опоры. При возведении такого основания особое внимание уделяют дренажу.

Вконтакте

Facebook

Twitter

LiveJournal

Одноклассники

Мой мир

Загрузка...

Столбчатый фундамент на пучинистых грунтах – особенности возведения

Большинство профессиональных строителей довольно часто делают конструкции на различных почвах и в любых условиях. Они также строят столбчатый фундамент на пучинистых грунтах. Ведь годы практики учат строителей справляться с такими проблемами, как пучение, поэтому сегодня они возводят надежные основания.

Для частного строительства рекомендуется применять незаглубленные или малозаглубленные фундаменты.

Строительством занимаются не только профессионалы, но и обычные люди. Им необходимо хорошо разбираться в грунте, на котором будет располагаться будущий дом.

Необходимо помнить, что фундамент – это конструкция, передающая и перераспределяющая давление от сооружения на грунт. В большей мере именно она отвечает за прочность и долговечность возведенного сооружения.

Пучинистые грунты – особенности

Подъем фундаментного столба пучинистым грунтом.

Пучение является одним из свойств грунта. Во время замерзания из-за наличия воды в земле, которая при минусовых температурах расширяется, происходит увеличение в объеме.

На некоторых водонасыщенных грунтах вспучивание происходит в большей степени, на других в меньшей, в то время как третьи виды грунта не пучинятся вовсе. Тут глубина закладки здания не столь важна. Все специалисты рекомендуют основания заглублять глубже, чем уровень промерзания. Такой подход предотвратит множество дальнейших проблем.

Пучинистый грунт является дисперсной почвой, при понижении температуры воздуха она увеличивается в объеме. На поверхности видно изменение состояния почвы, которое переходит от талого в мерзлое. При этом очень влияет на основание здания. Поэтому возникает вопрос, каким способом будет возводиться фундамент на пучинистых грунтах.

Вернуться к оглавлению

Действие пучения на конструкции здания

Деформация незаглубленного фундамента на столбах.

Если заложить фундамент на пучинистых грунтах, в тех районах, где земля промерзает, из-за расширения почвы основание здания начинает подниматься. При этом вес постройки не имеет значения. От этих движений значительно снижается долговечность конструкции.

Противодействие пучению

Если система ставится на водонасыщенный грунт, нужно предпринимать такие меры:

  1. Лучше заменить грунт под основанием на непучинистый. Несущую конструкцию устанавливают на засыпанные песок и щебенку. Для снижения бокового пучения непучинистыми материалами выполняют обратную отсыпку.
  2. При закладке столбчатого фундамента необходимо использовать гладкие стеновые конструкции. Гидроизоляционная прослойка на боковых стенках решит множество трудностей, так как она значительно снизит сцепление грунтовых масс с основой сооружения.
  3. Нижнюю часть основания выполняют в виде монолита, расширенного внизу. Такой вариант отлично подходит для большинства несущих систем, таких как столбы, ленты и сваи.
  4. Если произвести горизонтальную теплоизоляцию грунтовых масс по всему периметру строения, тогда пучение будет происходить не столь сильно.

Применение гидроизоляционной прослойки решает такие проблемы, как защита армирующих изделий и бетонных конструкций от воздействия веществ в водонасыщенных грунтах, которые негативно влияют на них.

При составлении проекта необходимо учитывать сезонные изменения грунтовых вод. Для борьбы с ними создают дренирующую систему, которая снижает пучение возле фундамента.

Вернуться к оглавлению

Виды фундаментов для пучинистого грунта

Виды фундаментов.

Перед тем как начать строительные работы, а также создание проекта, нужно определить тип грунта и уровень его промерзания.

К пучинистым видам относятся грунты, способные накапливать воду:

В зимний период вода, содержащаяся в водонасыщенных грунтах, при замерзании неравномерно вспучивается. От этого происходит неравномерная осадка сооружения, повреждение и деформация несущей конструкции.

Поэтому необходимо сразу определиться с типом конструкции (например, столбчатый фундамент или какой-либо другой), его размерами и глубиной закладки. Сегодня известны и распространены на пучинистом грунте два вида конструкций, так как они слабо подвержены негативным влияниям. Их применяют независимо от типа элемента, так как они слабее подвержены разрушению во время изменения состояния земли:

В этом случае используются плитные, столбчатые, свайные и ленточные фундаменты.

Вернуться к оглавлению

Мелкозаглубленный фундамент

Для частного строительства применяются незаглубленные или малозаглубленные фундаменты.

Мелкозаглубленный фундамент.

Они сводят к минимуму уровень касательной силы. Закладка незаглубленного элемента должна производиться на глубине равной 1/2 или 1/3 от уровня промерзания грунта. Ее уровень рассчитывается так: уровень промерзания умножается на 0,5 или 0,7.

Грамотно возведенный фундамент столбчатый для крупных строительных сооружений всегда будет устанавливаться ниже уровня промерзания пучинистого грунта. Этот вид столбчатых фундаментов позволяет значительно сэкономить на строительстве.

Железобетонные столбы прекрасно переносят касательно воздействующее напряжение при пучении, поэтому такой столбчатый фундамент является оптимальным решением для строительства сооружения. Данная технология очень удобна и технологична, потому что подходит для сырых участков, заболоченных мест и для почвы с высоким уровнем грунтовых вод.

Использовать этот вид системы (столбчатый фундамент) не рекомендуется для частных домов, так как его общая нагрузка не будет достаточной, поэтому пучение способно выдавить всю конструкцию.

Столбчатый фундамент на глинистой почве и этих грунтах должен быть связан единой рамной системой. Если система имеет глубину до 4 м, тогда используется перемычка, а свыше – применяется железобетонная фундаментная балка, называемая рандбалкой, из железобетона.

Под фундаментными балками и перемычками должен остаться зазор около 50 мм. Перемычки и балки устанавливают на подушку из песка или шлака. Столбчатый фундамент – отличный вариант для строительства.

Вернуться к оглавлению

Ленточный фундамент для пучинистых грунтов

Монолитный ленточный фундамент.

В строительстве довольно часто применяется малозаглубленный ленточный фундамент, позволяющий сэкономить денежные средства. Такой фундамент используют, если уровень мерзлоты грунта равен 1,7 м.

Классификация ленточного фундамента в зависимости от уровня пучения грунта:

  1. Слабопучинистый ленточный вариант состоит из бетонных блоков, но их жесткая сцепка необязательна.
  2. Среднепучинистый ленточный состоит из монолитного железобетона или из плотно прилегающих сборных железобетонных блоков.
  3. Чрезмерно пучинистый железобетонный фундамент оснащен интегрированными армированных поясами.

Ленточный и столбчатый фундамент обязательно монтируют на подушку уплотненного грунта, который не пучинится, это может быть мелкий щебень, средний или крупный песок. Подушка позволяет снижать уровень воздействия пучинистого грунта.

Кроме сил глубинного пучения столбчатые и ленточные виды конструкций подвержены воздействию бокового касательного напряжения, которое вполне может деформировать и выдавить конструкцию.

Чтобы снизить уровень их действия, фундамент из железобетона имеет расширенное основание. Его металлический каркас напрямую соединен с верхними и нижними частями. Если конструкция делается из кирпича, то он имеет специальный наклон, производится обратная засыпка керамзита, пенопласта и шлака.

Размеры фундамента непосредственно зависят от материалов, которые используются, от уровня нагрузки, производимой строительным сооружением, и от предполагаемой нагрузки, влияющей на основание.

Вернуться к оглавлению

Свайный фундамент – нюансы

Свайный фундамент.

Менее распространены в частном строительстве свайные фундаменты. Этот вид фундамента используется на пучинистых грунтах, уровень промерзания которых составляет в пределах полутора метров, при использовании каркасного типа остова. Для частного строительства достаточно использовать сваи высотой в 3 или 4 м. Для строительных сооружений небольших размеров применяются забивные сваи из дерева или железобетона или винтовые.

Многие строители считают, что свайный фундамент, монолитный или сборный, является самым лучшим типом фундаментов. Он давно зарекомендовал себя в строительстве на пучинистых грунтах многоэтажных домов. Это основание здания необходимо углубить ниже уровня промерзания грунта.

Благодаря этому основа сооружения избегает влияния почвы, при этом небольшая площадь каждой сваи испытывает минимальную боковую касательную нагрузку. Высокая цена строительства свайного варианта является главной причиной нечастого применения этого типа устройств. Этот факт заключается в обязательном использовании спецтехники, что значительно удорожает строительство в целом.

В частном строительстве специалисты рекомендуют использовать винтовые сваи, так как во время возведения и строительства не нужно бурить скважину. Всю работу выполняют винтовые лопасти, которые достаточно легко будут входить в грунт.

При любом строительстве со свайным фундаментом основание здания должно стоять на непромерзающем грунте. Для определения степени его углубления приглашают инженеров-изыскателей, способных определить уровень промерзания.

Вернуться к оглавлению

Плитный фундамент

Плитный фундамент имеет вид цельной плиты, изготовленной как из бетона, так и из железобетона. Единственным недостатком монолитного фундамента является его дорогая себестоимость. При этом сооружение должно иметь низкий цоколь. Данный фундамент рекомендуют использовать при возведении небольших зданий с простой конфигурацией.

Вернуться к оглавлению

Подготовительные работы перед укладкой фундаментов

Перед тем как уложить фундамент любого типа на пучинистые грунты, нужно провести подготовительные работы. Для этого на время планирования с участка воду нужно отвести, установить дренажную систему и установить отмостки.

В строительстве также применяются водостойкие и морозостойкие средства и материалы, используется бетон высокой прочности, при этом устанавливается гидроизоляции фундамента двух типов: вертикальная и горизонтальная гидроизоляция.

Мелкозаглубленный столбчатый фундамент и незаглубленный на пучинистых грунтах

Столбчатый фундамент мелкого заложения пользуется спросом при возведении деревянных жилищ. Столбчатый фундамент (народное название – столбовой) благодаря конструктивным особенностям, а также устойчивости к неблагоприятному воздействию температурных перепадов, атмосферных осадков и прочих погодных изменений обустраивается в большинстве деревянных строений.

Достоинства и недостатки столбчатого заглубленного фундамента

Мелкозаглубленный столбчатый фундамент

Опишем достоинства:

Малозаглубленный столбчатый фундамент также имеет и недостатки:

  1. При строительстве любого сооружения, основой которого является незаглубленный столбчатый фундамент, следует учитывать тип почвы. Не рекомендуется строить жилище на слишком разрыхленных грунтах либо заболоченных местностях.
  2. Незначительное разрушение фундамента, появление сколов, трещин говорит о необходимости немедленного выполнения ремонтных работ.

Это главные слабые места столбчатого основания. Если весь технологический процесс производства такого фундамента будет выполнен профессионально, то срок эксплуатации строения будет составлять более пятидесяти лет.

Мелкозаглубленный столбчатый фундамент имеет модификацию. Это столбчато-ленточный аналог, используемый зачастую при возведении каменных домов. К плюсам такого основания можно отнести высокие показатели устойчивости и долговечности наряду с большой устойчивостью.

Технология производства столбчатого фундамента на пучинистых грунтах

Схема монтажа столбчатого фундамента.

Технология обустройства сводится к решению ряда задач:

  1. Проектирование, выполнение расчета.
  2. Нанесение на поверхности почвы специальной разметки.
  3. Выполнение земляных работ.
  4. Производство монолитных бетонных подушек.
  5. Обустройство опалубки для опорных столбцов.
  6. Заливка бетонным раствором.
  7. Обвязка монолитных столбцов.

Если застройщик желает возвести малозаглубленный фундамент на пучинистых почвах самостоятельно, ему следует знать, что проектирование, составление списка нужных стройматериалов, расчет основания выполняется вначале строительства.

Сначала определяют высоту промерзания грунта данной местности, рассчитывают его плотность. Получив данные о глубине промерзания, отмечают высоту бетонного столбца, взяв в расчет то, что монолитная подушка должна находиться под линией промерзания.

Порядок и пример расчета представлен в этом материале.

Поперечное сечение бетонных столбов зачастую имеет форму квадрата со сторонами 25 см, но встречаются и другие формы в зависимости от конструктивных особенностей здания. Количество бетонной смеси, необходимое для производства монолитного столба, высчитывается по формуле. Сюда же прибавляют бетонный раствор для опорной подушки.

Самостоятельное изготовление столбового основания на пучинистых грунтах

Проектирование будущего строения предусматривает расчет необходимого количества бетонных столбиков и расстояние между ними. Здесь первостепенное значение имеет стройматериал, предназначенный для столбов, особенно важно знать его количество.

Бетонные столбы в пучинистых грунтах располагают на расстоянии примерно 1,5–2 м друг от друга. Следует предельно точно определить количество столбиков, после чего правильно расположив их по всему периметру котлована.

Сразу столбы размещают на углах, на максимально нагруженных участках, после чего устанавливают дополнительные.

Нанесение на поверхность почвы специальной разметки

По окончании выполнения расчетов столбового основания на пучинистых грунтах переходят к специальной разметке, после чего роют квадратные ямки со сторонами 40 см либо 50 см.

Дно полученных ям утрамбовывают и засыпают десятисантиметровым слоем щебня средней фракции.

После завершения трамбовки щебня выполняют армирование монолитных подушек.

Глубина заложения столбчатого фундамента рассчитывается в зависимости от уровня подземных вод, структуры почвы и степень ее промерзания.

Армирование столбчатого основания на пучинистых почвах

Схема армирования

Для армирования подушек используют арматура А3 поперечным сечением 10–12 кв. мм, которую нарезают на пруты длиной 35–45 см.

Уложив их на ровную поверхность, выполняют вязку так, чтобы получилась металлическая решетка с ячейками 15X15 см либо 10X10см.

Затем их размещают внутри ям сверху щебневого слоя, предварительно подложив под них несколько кирпичей.

Это необходимо для того, чтобы при заливке решетка оказалась внутри бетонного слоя.

Заливка монолитных столбов

Заливка столбов для фундамента

Следующая фаза производства завершается заливкой подушек, их толщина около 10 см. Используют бетон марки М250. В процессе заливки из подушек выступают пруты для осуществления дальнейшей привязки столбового остова. Время полного застывания подушек – 7–10 дней, по их истечении устанавливают опалубку столбов.

Опалубка представляет собой деревянный короб без дна, выполненный из обрезной доски. У профессиональных строителей имеются различные короба для обустройства разных оснований, поэтому данный вид работ они выполнят наиболее эффективно.

Заливка столбов для мелкозаглубленного фундамента на пучинистых почвах также выполняется бетоном марки М250. Внутрь деревянного короба, заполненного бетонной смесью, опускают глубинный вибратор, который создает колебания, уплотняя тем самым всю бетонную массу. Уплотнение бетонной массы начинаю производить снизу короба, постепенно поднимая вибратор наверх.

Завершается трамбовка доливкой необходимого количества бетонного раствора, поверх которого для выполнения последующей обвязки укладывают согнутый уголок либо металлическую пластину. В конечном счете получается монолитная конструкция. После окончательного остывания столба через 5–7 дней деревянную опалубку снимают, что помогает ускорить процесс схватывания.

Спустя три недели с помощью швеллера выполняют обвязку столбов, а через месяц конструкция готова к проведению гидроизоляционных работ. Наилучший способ: покрытие всей плоскости бетонных столбов битумной мастикой с последующим монтажом рубероида. После выполнения гидроизоляции столбцы присыпают снизу землей и трамбуют.

 

Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах, от 01 января 1972 года



"Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах" составлены по результатам научных исследований и обобщения передового опыта фундаментостроения на пучинистых грунтах.

В Рекомендациях изложены инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные и термохимические мероприятия по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений, а также даны основные требования к производству строительных работ по нулевому циклу.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, которые осуществляют проектирование и строительство фундаментов зданий и сооружений на пучинистых грунтах.

ПРЕДИСЛОВИЕ


Действие сил морозного пучения грунтов ежегодно наносит народному хозяйству большой материальный ущерб, заключающийся в снижении сроков службы зданий и сооружений, в ухудшении условий эксплуатации и в больших денежных затратах на ежегодный ремонт поврежденных зданий и сооружений, на исправление деформированных конструкций.

В целях снижения деформаций фундаментов и сил морозного выпучивания Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений Госстроя СССР на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований с учетом передового опыта строительства разработаны новые и усовершенствованы уже существующие в настоящее время мероприятия против деформации грунтов при их промерзании и оттаивании.

Обеспечение проектных условий прочности, устойчивости и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений на пучинистых грунтах достигается применением в практике строительства инженерно-мелиоративных, строительно-конструктивных и термохимических мероприятий.

Инженерно-мелиоративные мероприятия являются коренными, поскольку они направлены на осушение грунтов в зоне нормативной глубины промерзания и на снижение степени увлажнения слоя грунта на глубине 2-3 м ниже глубины сезонного промерзания.

Строительно-конструктивные мероприятия против сил морозного выпучивания фундаментов направлены на приспособление конструкций фундаментов и частично надфундаментного строения к действующим силам морозного пучения грунтов и к их деформациям при промерзании и оттаивании (например, выбор типа фундаментов, глубины их заложения в грунт, жесткости конструкций, нагрузок на фундаменты, анкеровки их в грунтах ниже глубины промерзания и многие другие конструктивные приспособления).

Часть предлагаемых конструктивных мероприятий приведена в самых общих формулировках без надлежащей конкретизации, как, например, толщина слоя песчано-гравийной или щебеночной подушки под фундаментами при замене пучинистого грунта непучинистым, толщина слоя теплоизолирующих покрытий во время строительства и на период эксплуатации и др.; более детально даются рекомендации по размерам засыпки пазух непучинистым грунтом и по размерам теплоизоляционных подушек в зависимости от глубины промерзания грунтов по опыту строительства.

В помощь проектировщикам и строителям приводятся примеры расчетов конструктивных мероприятий и, кроме того, даны предложения по заанкериванию сборных фундаментов (монолитное соединение стойки с анкерной плитой, соединение на сварке и на болтах, а также замоноличивание сборных железобетонных ленточных фундаментов).

Рекомендуемые для строительства примеры расчетов по конструктивным мероприятиям составлены впервые, а поэтому они не могут претендовать на исчерпывающее и эффективное решение всех затронутых вопросов по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов.

Термохимические мероприятия предусматривают, главным образом, снижение сил морозного выпучивания и величин деформации фундаментов при промерзании грунтов. Это достигается применением рекомендуемых теплоизоляционных покрытий поверхности грунта вокруг фундаментов, теплоносителей для обогрева грунтов и химических реагентов, понижающих температуру смерзания грунта и сил сцепления мерзлого грунта с плоскостями фундаментов.

При назначении противопучинных мероприятий рекомендуется руководствоваться в первую очередь значимостью зданий и сооружений, особенностями технологических процессов, гидрогеологическими условиями стройплощадки и климатическими характеристиками данного района. При проектировании предпочтение должно отдаваться таким мероприятиям, которые исключают возможность деформации зданий и сооружений силами морозного выпучивания как в период строительства, так и за весь срок эксплуатации. Рекомендации составлены доктором технических наук М.Ф.Киселевым.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации содержат данные по проектированию и строительству фундаментов зданий, промышленных сооружений и различного специального и технологического оборудования на пучинистых грунтах.

1.2. Рекомендации разработаны в соответствии с основными положениями глав СНиП II-Б.1-62 "Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования", СНиП II-Б.6-66 "Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования", СНиП II-А.10-62 "Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования" и СН 353-66 "Указания по проектированию населенных мест, предприятий, зданий и сооружений в северной строительно-климатической зоне" и могут быть использованы для инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, выполняемых в соответствии с общими требованиями по исследованию грунтов для строительных целей. Материалы инженерно-геологических изысканий должны удовлетворять требованиям п.1.6 настоящих Рекомендаций.

Примечание. Рекомендации не распространяются на площадки, где сезонное промерзание грунта сливается с вечномерзлым грунтом.

1.3. Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличиваться в объеме. Изменение объема грунта обнаруживается в поднятии при промерзании и опускании при оттаивании дневной поверхности грунта, в результате чего наносятся повреждения основаниям и фундаментам зданий и сооружений.

К пучинистым грунтам относятся пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины, а также крупнообломочные грунты с содержанием в виде заполнителя частиц размером менее 0,1 мм в количестве более 30% по весу, промерзающие в условиях увлажнения. К непучинистым (неморозоопасным) грунтам относятся скальные, крупнообломочные с содержанием частиц грунта диаметром менее 0,1 мм, менее 30% по весу, пески гравелистые, крупные и средней крупности.

1.4. В зависимости от гранулометрического состава, природной влажности, глубины промерзания грунтов и уровня стояния грунтовых вод грунты, склонные к деформациям при промерзании, по степени морозного пучения по табл.1 подразделяются на: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые и условнонепучинистые.

Таблица 1


Подразделение грунтов по степени морозной пучинистости

Степень пучинистости грунтов при консистенции

Положение уровня грунтовых вод в м для грунтов

песков мелких

песков пылеватых

супесей

суглинков

глин

I. Сильнопучинистые при 0,5

-

-

0,5

1

1,5

II. Среднепучинистые при 0,250,5

-

0,6

0,51

11,5

1,52

III. Слабопучинистые при 00,25

0,5

0,61

11,5

1,52

23

IV. Условнонепучинистые при 0

1

1

1,5

2

3


Примечания: 1. Наименование грунта по степени пучинистости принимается при удовлетворении одного из двух показателей или .

2. Консистенция глинистых грунтов определяется по влажности грунта в слое сезонного промерзания как средневзвешенное значение. Влажность грунта первого слоя на глубину от 0 до 0,5 м в расчет не принимается.

3. Величина , превышающая расчетную глубину промерзания грунта в м, т.е. разность между глубиной залегания уровня грунтовых вод и расчетной глубиной промерзания грунта, определяется по формуле:

,


где - расстояние от планировочной отметки до залегания уровня грунтовых вод в м;

- расчетная глубина промерзания грунта в м по главе СНиП II-Б.1-62.

1.5. Приведенные в табл.1 подразделения грунтов по степени пучинистости на основании показателя консистенции следует учитывать также возможные изменения влажности грунта в слое сезонного промерзания как в период строительства, так и за весь период эксплуатации зданий и сооружений.

1.6. Основанием для определения степени пучинистости грунтов должны служить материалы гидрогеологических и грунтовых исследований (состав грунта, его влажность и уровень грунтовых вод, которые могут охарактеризовать участок застройки на глубину не менее удвоенной нормативной глубины промерзания грунта, считая от планировочной отметки).

1.7. Основания и фундаменты зданий и сооружений на пучинистых грунтах, подверженных деформациям при промерзании и оттаивании, должны проектироваться с учетом:

а) степени пучинистости грунтов;

б) рельефа местности, времени и количества выпадающих атмосферных осадков, гидрогеологического режима, условий увлажнения грунтов и глубины сезонного промерзания;

в) экспозиции строительной площадки по отношению освещаемости солнцем;

г) назначения, срока службы, значимости сооружений и условий их эксплуатации;

д) технической и экономической целесообразности конструкций фундаментов, трудоемкости и сроков возведения и экономии строительных материалов;

е) возможности изменения гидрогеологического режима грунтов, условий их увлажнения в период строительства и за весь срок эксплуатации здания или сооружения.

1.8. Объем и виды гидрогеологических и грунтовых исследований предусматриваются в зависимости от инженерно-геологических условий и стадии проектирования общей программой изысканий, составляемой проектно-изыскательской организацией и согласовываемой с заказчиком.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

2.1. При выборе грунтов в качестве оснований на строительной площадке следует отдавать предпочтение непучинистым грунтам (скальным, щебенистым, галечниковым, дресвяным, гравийным, пескам гравелистым, пескам крупным и средней крупности, а также глинистым грунтам, залегающим на возвышенных участках местности с обеспечением поверхностного стока и с уровнем стояния грунтовых вод ниже планировочной отметки на 4-5 м).

2.2. При проектировании фундаментов под каменные здания и сооружения на сильно- и среднепучинистых грунтах надлежит принимать столбчатые или свайные фундаменты, заанкеренные по расчету на силу выпучивания и на разрыв в наиболее опасном сечении, или же предусматривать замену пучинистых грунтов непучинистыми на глубину сезонного промерзания. Возможно также устройство подсыпки (подушки) из гравия, песка, горелых пород и других дренирующих материалов под всем зданием или сооружением слоем на расчетную глубину промерзания без удаления пучинистых грунтов или только под фундаментами при надлежащем технико-экономическом обосновании расчетом.

2.3. Основные мероприятия, направленные против деформаций конструктивных элементов зданий и сооружений при промерзании и пучении грунтов, должны быть предусмотрены при проектировании оснований и фундаментов.

В тех случаях, когда проектом мероприятия против пучения не предусмотрены, а гидрогеологические условия грунтов строительной площадки в период выполнения работ по нулевому циклу изменились с ухудшением свойств грунтов оснований, то авторский надзор должен возбудить вопрос перед проектной организацией о назначении мероприятий против пучения (осушение грунтов, уплотнение с втрамбовыванием щебня и др.).

2.4. Прочность, устойчивость и эксплуатационная пригодность зданий и сооружений на пучинистых грунтах должны обеспечиваться инженерно-мелиоративными, строительно-конструктивными и термохимическими мероприятиями.

3. ИНЖЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

3.1. Инженерно-мелиоративные мероприятия направлены на осушение грунтов в слое сезонного промерзания и снижение влажности грунтов в основании фундаментов в осенне-зимний период до их промерзания.

Примечание. При проектировании и осуществлении мелиоративных работ необходимо учитывать характер растительного покрова и требования к его сохранению.

3.2. При проектировании фундаментов на пучинистых грунтах надлежит предусмотреть надежный отвод подземных, атмосферных и производственных вод с площадки путем своевременной вертикальной планировки застраиваемой территории, устройства ливневой канализационной сети, водоотводных каналов и лотков, дренажа и других гидромелиоративных сооружений сразу же после окончания работ по нулевому циклу, не дожидаясь полного окончания строительных работ.

При составлении проектов и выполнении в натуре работ по вертикальной планировке площадок, сложенных пучинистыми грунтами, следует по возможности не изменять естественных водостоков.

3.3. При планировочных работах следует стремиться к минимальному нарушению природного дерново-почвенного покрова, а на срезках, где позволяют условия, поверхность грунта покрывать почвенным слоем толщиной 10-12 см с последующим посевом многолетних дернообразующих трав.

3.4. Насыпной глинистый грунт при планировке местности в пределах застройки должен быть послойно уплотнен механизмами до объемного веса скелета не менее 1,6 т/м и пористости не более 40% (для глинистого грунта без дренирующих прослоек). Поверхность насыпного грунта так же, как и поверхность на срезке, должна покрываться почвенным слоем и задерняться.

3.5. Уклон при твердых покрытиях (отмостки, площадки, подъезды) должен быть не менее 3%, а для задерненной поверхности - не менее 5%.

3.6. Для снижения неравномерного увлажнения пучинистых грунтов вокруг фундаментов при проектировании и строительстве рекомендуется: земляные работы производить с минимальным объемом нарушения грунтов природного сложения при рытье котлованов под фундаменты и траншей подземных инженерных коммуникаций; тщательно послойно уплотнять грунты при обратной засыпке пазух фундаментов и траншей ручными и пневмо- или электротрамбовками; обязательно устраивать водонепроницаемые отмостки шириной не менее 1 м вокруг здания с глиняными гидроизолирующими слоями в основании или покрывать почвенным слоем толщиной 10-12 см и задернять многолетними травами.

3.7. На строительных площадках, сложенных глинистыми грунтами и имеющих уклон местности более 2‰, при проектировании следует избегать устройства резервуаров для воды, прудов и других источников увлажнения, а также расположения вводов в здание трубопроводов канализации и водоснабжения с нагорной стороны здания или сооружения.

3.8. Строительные площадки, расположенные на склонах, должны быть ограждены от стекающих со склонов поверхностных вод постоянной нагорной канавкой с уклоном не менее 5‰ до начала земляных работ по рытью котлованов.

3.9. Нельзя допускать при строительстве скопления воды от повреждения временного водопровода. При обнаружении на поверхности грунта стоячей воды или при увлажнении грунта от повреждения трубопровода необходимо принять срочные меры по ликвидации причин скопления воды или увлажнения грунта вблизи расположения фундаментов.

3.10. При засыпке коммуникационных траншей с нагорной стороны от здания или сооружения необходимо устраивать перемычки из мятой глины или суглинка с тщательным уплотнением для предотвращения попадания (по траншеям) воды к зданиям и сооружениям и увлажнения грунтов вблизи фундаментов.

3.11. Устройство прудов и водоемов, которые могут изменить гидрогеологические условия стройплощадки и повысить водонасыщение пучинистых грунтов застраиваемой территории, не допускается. Необходимо учитывать проектируемое изменение уровня воды в реках, озерах и прудах в соответствии с перспективным генеральным планом.

3.12. Следует избегать расположения зданий и сооружений ближе 20 м к действующим колонкам для заправки тепловозов, обмывки автомашин, снабжения населения и для других целей, а также не проектировать колонок на пучинистых грунтах ближе 20 м к существующим зданиям и сооружениям. Площадки вокруг колонок должны быть спланированы с обеспечением отвода воды.

4. СТРОИТЕЛЬНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРОТИВ ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ПРОМЕРЗАНИИ И ПУЧЕНИИ ГРУНТОВ

4.1. Фундаменты зданий и сооружений, возводимые на пучинистых грунтах, могут быть запроектированы из любых строительных материалов, которые обеспечивают эксплуатационную пригодность зданий и сооружений и удовлетворяют требованиям прочности и долголетней сохранности. При этом необходимо считаться с возможными вертикальными знакопеременными напряжениями от морозного пучения грунтов (поднятие грунтов при промерзании и осадка их при оттаивании).

4.2. При размещении зданий и сооружений на строительной площадке необходимо по возможности учитывать степень пучинистости грунтов с тем расчетом, чтобы не могли оказаться под фундаментами одного здания грунты с различной степенью пучинистости. При неизбежности строительства здания на грунтах с различной степенью пучинистости следует предусматривать конструктивные мероприятия против действия сил морозного пучения, например, при ленточных сборных железобетонных фундаментах устраивать по фундаментным подушкам монолитный железобетонный пояс и др.

4.3. При проектировании зданий и сооружений с ленточными фундаментами на сильнопучинистых грунтах в уровне верха фундаментов надлежит предусматривать для 1-2-этажных каменных зданий по периметру наружных и внутренних капитальных стен конструктивные железобетонные пояса шириной не менее 0,8 толщины стены, высотой 0,15 м и над проемами последнего этажа - армированные пояса.

Примечание. Железобетонные пояса должны иметь марку бетона не менее 150, арматуру с минимальным сечением, 3* диаметром 10 мм; с усиленным стыкованием стержней по длине.
_______________
* Текст соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

4.4. При проектировании свайных фундаментов с ростверком на сильно- и среднепучинистых грунтах необходимо учитывать действие нормальных сил морозного пучения грунтов на подошву ростверка. Сборные железобетонные подстеновые рандбалки должны быть монолитно связаны между собой и уложены с зазором не менее 15 см между рандбалкой и грунтом.

4.5. Глубина заложения фундаментов каменных гражданских зданий и промышленных сооружений на пучинистых грунтах принимается не менее расчетной глубины промерзания грунтов согласно табл.6 главы СНиП II-Б.1-62. В тех случаях, когда влажность грунтов не повышается в период строительства и эксплуатации зданий на слабопучинистых грунтах (полутвердой и тугопластичной консистенции), глубина заложения фундаментов должна приниматься при нормативной глубине промерзания:

до 1 м - не менее 0,5 м от планировочной отметки

до

1,5

"

"

"

0,75

"

"

"

"

от

1,5

до

2,5 м

"

1

"

"

"

"

"

2,5

"

3,5

"

1,5

"

"

"

Фундаменты на пучинистых грунтах - какой лучше?

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

Воздействие давления при пучении на фундамент

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

Расчет интенсивности пучения на участке

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

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

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

к оглавлению ↑

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

к оглавлению ↑

Как снять воздействие пучения на грунт?

Существуют простые способы снять пучение вокруг фундамента своими руками:

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также: особенности и нюансы прокладки канализации под фундаментом.

к оглавлению ↑

Мелкозаглубленный ленточный фундамент на пучинистых грунтах

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

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

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

к оглавлению ↑

Столбчатый фундамент на пучинистых грунтах

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

Ленточный фундамент с дренажом на пучинистом грунте

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

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

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

Читайте также: как построить столбчатый фундамент из труб?

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

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

к оглавлению ↑

Технология ТИСЭ – новый способ противодействия пучению

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

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

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

Фундамент ТИСЭ на пучинистом грунте

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

Опалубка для ТИСЭ конструкции делается так:

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

к оглавлению ↑

Плитный фундамент в условиях пучения

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

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

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

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

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

Фундаменты на пучинистых грунтах: мелкозаглубленные, плитные

Важным фактором при строительстве здания является вопрос выбора места. Далеко не всегда выбранный участок идеально подходит для возведения конструкции — поэтому для ее защиты требуется применять определенные технологии.

Монолитный фундамент на пучинистом грунте

В данной статье будет детально рассмотрено устройство фундамента на пучинистых грунтах. Вы узнаете особенности данного вида почвы, способы уменьшения её негативного воздействия, а также подходящие для неё типы оснований – фундамент ТИСЭ, плитный и ленточный фундамент.

Общая информация и особенности

Существуют определенные виды проблемных грунтов, которые оказывают на фундаменты, возводящихся на них, негативное внешнее воздействие, вследствие чего к основам выдвигаются дополнительные требования по крепости и надежности. Один из таких видов – пучинистый грунт.

Пучение грунта – это свойство почвы к увеличению своих объемов, которое проявляется исключительно в холодное время года, вследствие замерзания большого количества воды внутри грунта. Вода, которой пропитана почва, превращаясь в лед, увеличивает свою объемную часть, что неизбежно провоцирует деформацию почвы.

Пучение свойственно не всем видам грунта, а только тем, в которых содержится большое количество высоко залегающих грунтовых вод. Чем выше уровень потенциально возможного пучения почвы, тем глубже необходимо прокладывать фундамент, если говорить о мелкозаглубленных ленточных фундаментах на пучинистых грунтах, то они могут возводиться только с учетом ряда строгих технических требований, которые будут рассмотрены в данной статье.

В целом, общее правило, согласно которому можно построить надежный фундамент даже на самом проблемном пучинистом грунте своими руками следующее: «Фундамент должен залегать в почве ниже, чем глубина её промерзания зимой, и при этом, необходимо обеспечить необходимое укрепление основы посредством армирования, либо других доступных способов»

Читайте также: технология буринъекционного укрепления сваями.

к оглавлению ↑

Влияние пучения грунтов на фундамент здания

Когда наступает холодное время года, почва, в которой располагается фундамент, начинает расширяться из-за замерзания в ней воды.

Вследствие увеличения объема почвы, которым сопровождается превращение жидкости в лед, основание здания может приподниматься вверх – это касается любых домов, даже кирпичных построек с очень большим весом.

Любая деформация, как вы понимаете, негативно сказывается на долговечности и крепости здания, однако основные проблемы начинаются не в момент замерзания почвы, а в момент её оттаивания.

Пучение грунта вследствие низких температур

Весной, когда влага оттаивает, происходит уменьшение объема почвы, вследствие чего несущая конструкция здания просаживается. Масла в огонь подливает то, что просадка происходит неравномерно, что провоцирует перекашивание здание и быстрое наступление аварийной ситуации, в которой эксплуатация постройки невозможна.

Если фундамент заложен согласно вышеуказанному правилу, ниже уровня промерзания почвы, то зимой он будет испытывать всё те же силы пучения, однако их влияние будет идти не снизу, выталкивая несущую конструкцию из грунта, а по касательной, с чем сделанный по всем правилам плитный, либо хороший ленточный фундамент справляются без особых проблем.

Читайте также: как правильно делать ленточное основание под забор?

к оглавлению ↑

Методы уменьшения негативного воздействия пучения

Когда необходимо обустраивать фундаменты на пучинистых грунтах, строители очень часто прибегают к небольшим технологическим хитростям, которые помогают минимизировать негативное влияние свойств почвы на основание здания.

Следствие пучения грунта на фундамент здания

Существуют пять основных методов, которые демонстрируют в этом деле наибольшую эффективность. Более того, эти способы не требуют применения какой-либо специальной техники, и могут быть без проблем реализованы своими руками. Рассмотрим их детальнее:

к оглавлению ↑

Создание слоя подсыпки

Сделать это можно просто подсыпав в траншею, в которой будет возводиться несущая конструкция здания, смесь из щебня и песка. Можно использовать и другие типы подсыпок, главное, чтобы материалы, использующихся для этого, не обладали пучинистыми свойствами. Для снижения бокового пучения есть смысл сделать обратную подсыпку по периметру боковых стенок фундамента.

к оглавлению ↑

Обустройство фундамента с гладкими стенками

Чем меньше уровень адгезии (сцепления) стенок фундамента и почвы, тем менее негативное влияние пучение будет оказывать на основание здания, так как грунтовые массы просто не смогут зацепиться за фундамент. Таким требованиям хорошо отвечает плитный фундамент, в основе которого лежит монолитная железобетонная плита. Очень высокую эффективность противодействия пучению обеспечивает совмещение этого способа, с вышеуказанной подсыпкой.

к оглавлению ↑

Создание фундамента с уширением

Реализация этой технологии гарантирует повышение устойчивости фундамента в грунтовых массах, вследствие чего уменьшаются негативные последствия пучения. Данный метод может быть реализован своими руками для большинства распространенных фундаментов, которые обустраиваются в проблемных грунтах – свайного (из буронабивных свай), ленточного, и столбчатого.

к оглавлению ↑

Теплоизоляция

Данный метод может быть реализован при наличии цокольного этажа, что характерно для ленточных фундаментов, и в некоторой мере для свайных. Эффективность данного способа обуславливается тем, что комплекс из тепловой изоляции по внешнему периметру цокольного этажа, и хорошей отопительной системы в середине, снижают силу воздействия пучения на стены здания.

Читайте также: технология и этепы обустройства цокольного этажа своими руками.

к оглавлению ↑

Глубинная дренажная система и гидроизоляция

Расчет и проектирование пристенной дренажной системы лучше всего выполнять ещё на этапе строительства фундамента, так как в таком случае вы избежите необходимости повторного рытья траншей под дренажные трубы.

Глубинный дренаж для плитного фундамента

Правильно обустроенная глубинная дренажная система фундамента позволяет эффективно отводить грунтовые воды от фундамента здания, что значительно уменьшает процессы пучения в холодное время года. Также имеет смысл покрыть основание здания гидроизоляционной прослойкой, которая позитивно скажется на долговечности фундамента, так как бетон и армирующие конструкции перестанут подвергаться негативному воздействию содержащихся в грунтовых водах веществ.

к оглавлению ↑

Столбчатый фундамент на пучинистом грунте (фундамент ТИСЭ)

Обустройство столбчатого фундамента на пучинистых грунтах имеет смысл, если вы планируете строить небольшое одно, либо двух этажное кирпичное здание.  Фундамент ТИСЭ при умеренных материальных затратах, в сравнении с остальными типами оснований, гарантирует высокий уровень надежности и устойчивости.

Читайте также: как построить столбчатый фундамент из труб?

Столбчатый базис, созданный по технологии ТИСЭ, с использованием бура ТИСЭ-Ф, обустраивается с использованием свай, уширенных в нижней части, что позитивно сказывается на его несущей способности. Укрепление такого фундамента гарантирует наличие ростверка, который располагается не в самой почве, а приподнят на 10-15 сантиметров над ней, что позволяет защитить несущую конструкцию зданию от усадок и подъемов, вследствие изменения объема пучинистой почвы.

Кирпичный дом на фундаменте ТИСЭ

Приподнятый ростверк, который является особенностью фундаментов ТИСЭ, выполняется посредством заливки бетоном дощатой опалубки. При этом ростверк обязательно выполняется в армированном виде, что значительно увеличивает его несущую способность. На ростверке выполняется кладка несущих стен здания, общий вес которых равномерно распределяется между сваями. Помимо неподверженности к выталкивающему воздействию пучинистых грунтов, поднятый ростверк позволяет свести к минимуму вибрационные воздействия на дом.

Читайте также: по какой технологии ведут армирование ростверков свайных фундаментов?

Фундамент по технологии ТИСЭ может быть обустроен своими руками даже без наличия специальной техники – бура ТИСЭ-Ф. Сделать его можно на основе технология возведения буронабивных свай с уширением, которое можно осуществить используя такие виды оборудования как бензобур, электробур, либо обычный садовой бур с удлиняющей штангой.

к оглавлению ↑

Плитный фундамент на пучинистом грунте

Одним из наиболее оптимальных вариантов фундаментов, которые рационально использовать на пучинистой почве, является плитный фундамент. В основе такого базиса лежит монолитная плита, либо лентообразная решетка армированная решетка из железобетона, которая занимает всю площадь постройки.

Монолитная плита делает возможным обустройство фундаментов мелкого заложения на пучинистых грунтах, так как она обладает свойством нивелировать изменение объема грунта и его горизонтально-вертикальное перемещение.

Монолитный плитный фундамент для кирпичного дома

К преимуществам плитных фундаментом можно отнести:

Реальный недостаток у такого фундамента только один – материалоемкость, качественная плита требует большого количества бетона и арматуры, что влечет за собой существенные финансовые затраты. Однако плиточное основание простое в строительстве, и без проблем может создаваться своими руками, с наличием необходимого минимума – бетономешалки.

к оглавлению ↑

Особенности расчета

Разные виды фундаментов обладают разными нюансами расчета, для примера будет произведен расчет ленточного фундамента на пучинистых грунтах.

В качестве возводимого здания возьмем условный дом со следующими габаритами: В – 4 м, Ш – 5 м, Д – 10 м, который будет иметь две несущие стены, каждая из которых обладает длинной 3 м, и высотой 4 м. По проекту, фундамент здания будет выполняться в форме монолитной бетонной ленты с глубиной 70 см, и шириной 40 см., армированной арматурным каркасом.  Каркас будет состоять из двух поясов по пять прутьев и перемычек, длиною в 25 см. Шаг перемычек – 50 см.

Расчет нам требуется для того, чтобы определить габариты и массу будущего фундамента, и сопоставить его несущую способность с табличными данными по имеющемуся типу грунта.

  1. Выполняем расчет габаритов основания по внешнему контуру дома: 3+3+5+5+10+10= 36 м. Поскольку ленточный фундамент будет заливаться не только по внешнему контуру, но и по внутренним стенам, необходимо учитывать и их;
  2. Далее, производим расчет объем фундамента, на основании того что его ширина будет составлять 40 см, а высота 70 см: V=36 * 0.4-0.7 = 10.08 кубометра;
  3. Вычитываем из общего объема арматуру, длина каждого пояса которой составляет 10-0.5-0.5=9 м.
  4. Учитывая, что для армирования будут использоваться два пояса, состоящих из 5-ти прутов с перемычками, выполняем расчет общей длины поясов: 2*(9*2+4*2+2.5*2)= 62 метра;
  5. Так как в каждом поясе по 5 прутьев, можно выполнить расчет общей длины требуемой арматуры: 62*5=310 метров;
  6. Производим расчет горизонтальных перемычек, которые нам понадобятся: 9 / 0.5 +1 = 19; 4 / 0,5 +1 = 9; 2,5 / 0,5 +1 = 6. То есть, для одного пояса нам будет необходимо: 19*2+9*2+6*2 = 68 перемычек, длиною в 25 см. Длина перемычек  на один пояс составит: 68 * 0,25 = 17 м; на все пояса: 17*2 = 34 м;
  7. Делаем расчет вертикальных перемычек (учитывая, что с каждой стороны поясов их нужно по 68 штук, длинной в 40 см): (68+68)*0.4 = 54.5 метра;
  8. Теперь можно осуществить расчет общей длины арматуры, которая нам понадобится для армирования ленточного фундамента: 310 + 54.5 + 34 = 388.4 м;
  9. Далее, рассчитываем площадь сечения арматуры: 3.14*0.000036 (к) = 0.00011, что позволяет высчитать объем арматуры: 0.00011 * 388.4 = 0.04 кубометра;
  10. Из общего объема фундамента вычитываем объем арматуры, что позволяет узнать объем цемента: 10.08 – 0.04 = 10 кубометров;
  11. Исходя из того, что плотность цемента составляет 2.5 тонны на м3, а арматуры 7.8 тонн, считаем общий вес конструкции: (10*2.5)+(0.04*7.8)=25,624 т.

Читайте также: как рассчитать количество цемента для фундамента частного дома?

к оглавлению ↑

Поэтапное создание ленточного фундамента своими руками (видео)

Грунты и фундаменты - Журнал

Soils and Foundations - один из ведущих журналов в области механики грунтов и инженерной геологии. Это официальный журнал Японского геотехнического общества (JGS). В журнале публикуются различные оригинальные исследовательские работы, технические отчеты, технические заметки, а также самые современные ...

Читать больше

Soils and Foundations - один из ведущих журналов в области механики грунтов и инженерной геологии.Это официальный журнал Японского геотехнического общества (JGS). Журнал публикует разнообразные оригинальные исследовательские работы, технические отчеты, технические заметки, а также новейшие отчеты по приглашению редактора в в областях механики грунтов и горных пород, инженерно-геологической инженерии и геотехники окружающей среды. С момента публикации первого тома №1 в июне 1960 года Soils and Foundations отметит 60-летие в 2020 году.

Soils and Foundations приветствует теоретические и практические работы, связанные с вышеупомянутой областью. (s).Особенно приветствуются тематические исследования, описывающие оригинальные и междисциплинарные работы, применимые к инженерно-геологической инженерии. Также приветствуются обсуждения каждой из опубликованных статей, чтобы обеспечить возможность обратной связи или обмена мнениями коллег. При предоставлении новейших экспертных знаний по конкретной теме в среднем один выпуск из шести в год включал избранные доклады с международных симпозиумов, которые проводились как в Японии, так и за рубежом.

Скрыть полную цель и объем .

% PDF-1.4 % 20283 0 объект > endobj xref 20283 41 0000000016 00000 н. 0000001179 00000 п. 0000001546 00000 н. 0000008551 00000 п. 0000009002 00000 н. 0000009512 00000 н. 0000010182 00000 п. 0000010416 00000 п. 0000010898 00000 п. 0000011133 00000 п. 0000011373 00000 п. 0000011418 00000 п. 0000011450 00000 п. 0000011474 00000 п. 0000012151 00000 п. 0000012508 00000 п. 0000012670 00000 п. 0000012694 00000 п. 0000013306 00000 п. 0000013330 00000 п. 0000013917 00000 п. 0000013941 00000 п. 0000014531 00000 п. 0000014555 00000 п. 0000015174 00000 п. 0000015198 00000 п. 0000015803 00000 п. 0000015827 00000 н. 0000016467 00000 п. 0000016491 00000 п. 0000017107 00000 п. 0000035214 00000 п. 0000060869 00000 п. 0000095174 00000 п. 0000102799 00000 н. 0000102880 00000 п. 0000103089 00000 н. 0000105769 00000 н. 0000105980 00000 п. 0000001768 00000 н. 0000008526 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 20284 0 объект > >> / LastModified (D: 20030321074949) / MarkInfo> >> endobj 20285 0 объект > endobj 20322 0 объект > поток HtS} 8 wa1J-: q0> P \ e> tVfQ.vmuml5 "Yiqi | EAc №

.

фундаментов на обширных почвах - 1-е издание

перейти к содержанию .

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 возвращает наша пользовательская поисковая система Google
  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 сработало 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 КОНТАКТЫ (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 .

Строительство фундамента удаленной хижины на Mucky Soil

Привет, ребята, Джейкоб.

Если я напишу пост, он должен начинаться с классной фотографии Аляски.

Мы заметили этих больших быков по дороге к хижине. К сезону охоты они станут хорошими быками.

Итак, о той каюте. Это обязательно!

На прошлой неделе мы сделали тонну! Обязательно подписывайтесь на Ану в Instagram - она ​​делится живыми фотографиями прогресса.

Но ничего из этого было бы невозможно без фундамента. Я заложил фундамент прошлым летом.

Всю зиму перед закладкой фундамента я проводил исследования и пытался найти лучший способ заложить фундамент на удаленной Аляске. Я раньше строил коттеджи, но не с такими почвенными условиями, как озеро Паксон.

Давайте не будем забывать о трех вещах: у нас есть ребенок, строительная площадка находится вне дорог, и нельзя использовать тяжелую технику.И я все еще молод - 36 лет на тот момент - скажем так, выкопать фундамент лопатой немного сложнее, чем десять лет назад. Итак, я исследовал всевозможные способы создания удаленного фундамента. Мы вернемся к этому через минуту.

Поскольку мы купили недвижимость зимой, у нас были только подсказки относительно того, что это за почва. Посмотрев на деревья, я понял, что почва не будет хорошей - маленькая черная ель - признак грязной почвы. Я также разговаривал с другими владельцами коттеджей в этом районе, и все они подтвердили мое подозрение, что я буду работать с не идеальной почвой для фундамента.

Но мне нужно было выкопать пробную яму, чтобы точно посмотреть, что у меня есть на этом участке.

В первый день просто удалил верхний слой почвы. Я нашел много очень больших валунов со слоем глины вокруг них. Земля все еще будет замерзать под слоем растительности, поэтому я хотел посмотреть, что происходит, когда земля оттаивает.

Земля была промерзшей примерно на фут глубиной, поэтому мы покинули яму и решили вернуться на следующий день и посмотреть, как выглядела яма, когда солнце нагрело ее.

На следующий день я вернулся в яму, которую вырыл, и это была сплошная гадость. Не самые лучшие новости, которые у меня были.

Чем больше я топал, тем глубже забиралась гадость.

Затем я забил в яму стержень из арматуры, попав туда, где было много камней и много грязи. И еще плохие новости - я не нашел дна в гадости.

На тот момент я все еще с оптимизмом смотрел на почву.Вода могла быть только потому, что почва вокруг ямы все еще замерзла, поэтому воде некуда было стечь.

За зиму я провел довольно много исследований о спиральных сваях или столбах для пирсов. Иногда их также называют «винтовые сваи». По сути, это гигантские винты, которые просверливаются не в земле, а фундамент располагается сверху.

Источник

Все, что я читал о спиральных сваях, говорит о том, что они идеально подходят для грязных участков и даже могут быть установлены под водой.Винты фиксируются в почве значительно ниже слоя инея, поэтому ваш фундамент не будет вздыбиваться и не подниматься, когда земля замерзает и оттаивает. Это казалось идеальным решением для нашей удаленной строительной площадки с далеко не идеальной почвой.

На всей Аляске всего несколько компаний создают такие фонды. Я начал звонить, и так получилось, что одна из компаний неподалеку создавала фонд. Поэтому я попросил их прийти ко мне на сайт и провести пробное упражнение.

Машина действительно небольшая и легкая, и при некотором маневрировании смогла добраться до места расположения кабины.

Но когда они пошли бурить, машине было нелегко обойти гигантские смельчаки под мхом. Машине было очень трудно сверлить, поскольку он пытался протянуть винты мимо гигантских валунов, удерживая винты вертикально. Он просто продолжал сверлить и сверлить, уворачиваясь от валунов, и не мог найти дна.

Они думали, что, возможно, сработает винтовая свая побольше, но согласились, потому что они наталкивались на большие валуны, что после завершения сваи не будут совпадать или быть точными.Шурупы большего размера обеспечили бы большую проходимость в илистой почве, но при больших валунах их будет сложнее точно просверлить. И это также станет намного дороже.

Винтовые сваи были отличной идеей, отличной технологией, но с комбинацией моей грязной почвы и больших валунов они просто не собирались работать на этом участке. Так что для меня это вернулось к чертежной доске.

Итак, я вернулся и поговорил с парой других владельцев кают, и все они сказали мне одно и то же -

- У вас должен быть плавающий фундамент, который просто устанавливается поверх почвы.

- Ваш фундамент будет тонуть, Джек и вздыбиться из-за температуры, так что будьте готовы внести коррективы

Посоветовавшись с другими владельцами кабин, я подумал, почему бы не спроектировать в фундаменте систему, в которой я могу спланировать опускание и вздыбливание фундамента с замораживанием и оттаиванием, но вместо того, чтобы постоянно прокладывать фундамент, иметь систему, которую я могу отрегулируйте высоту фундамента. Я не могу победить экстремальный климат Аляски, но я могу к нему подготовиться.

Вот что я придумал.

- Я буду заливать бетонные подушки каждые 6-8 футов. Эти подушечки обеспечат плавучесть на грязной почве. Размер подушечек определяется размером, необходимым для нижнего колонтитула для основы размера, которую я создаю.

- Затем я просверливаю отверстие в середине бетонных подушек и продеваю большую сквозную резьбу через центр.

- Я добавлю большую гайку и шайбу к середине резьбы наверху бетонной подушки.

- Затем я приварую к верхней части резьбы кронштейн, который удерживает вертикальные стойки.

- Когда фундамент опускается, я могу повернуть гайку, которая перемещает всю резьбу вверх или вниз, регулируя фундамент по мере необходимости.

Первым делом нужно положить фундамент на землю. Я использовал колья арматуры и струну. Поскольку я нахожусь на наклонном участке, мне пришлось использовать транзит, чтобы убедиться, что я точно размещаю колья на ровной плоскости.

Сама наша каюта будет иметь ширину 30 футов и глубину 24 фута.С каждой стороны будут 8-футовые палубы. Решил заодно сделать фундамент под палубу.

Тогда пора копать.

Те валуны, которые винтовые сваи не хотели передвигать, были для меня не более увлекательными.

Мне не пришлось копать глубоко - достаточно, чтобы удалить слой растительности и создать выравнивающую площадку для форм.

Что касается форм, я предварительно вырезал свои доски для форм домой в гараже и тащил только обрезанные доски на своем квадроцикле,

А потом собрал формы на месте.Это сработало очень хорошо, особенно с учетом того, что мне нужно заполнить 18 форм.

Я построил этот прицеп для квадроцикла таким образом, чтобы он вмещал шесть ведер по пять галлонов. Затем я вытащил гравий с помощью пятигаллонного ведра на трейлере.

Таким образом я мог поставить ведра с гравием очень близко к площадкам,

А потом просто насыпьте гравий прямо из трейлера в ямы, которые я вырыл.

Выровняв гравий, я положил форму сверху, а затем забил бетонные колья со всех четырех сторон формы.Затем я просто использовал уровень, чтобы выровнять форму, прибивая к кольям, чтобы формы оставались ровными.

У меня дома была предварительно нарезана арматура, поэтому все, что мне нужно было сделать на месте, - это поместить арматуру в форму, поднять арматурные стулья и закрепить на месте.

Наконец-то мы готовы к бетону.

Так что насчет бетона. Я думал о покупке миксера и смешивании бетона на месте, но после некоторых расчетов я понял две вещи: в любом случае мне придется тащить бетон на месте, а также тащить больше гравия для смешивания с бетоном.Поэтому мы позвонили на ближайший бетонный завод - примерно в 75 милях - и получили расценки на доставку бетона на дорогу. Это было намного разумнее, чем мы думали, поэтому мы решили пойти по этому пути.

Автобетононасос может подъехать близко, но не к площадке. Итак, мы собрали еще несколько прицепов для квадроциклов, а из ведра на пять галлонов

Транспортировка бетона на площадку. Мы с отцом и дядей тащили бетон,

Мой двоюродный брат помогал выливать бетонные ведра в формы, а Ана помогала стяжкой бетона.

Это были очень напряженные пару часов.

Но это то, что будет поддерживать всю нашу каюту, поэтому стоит приложить дополнительные усилия, чтобы добавить бетон.

Когда бетон затвердел, я начал планировать, где просверлить отверстия под кронштейны с резьбой.

Сначала я просверлил внешние отверстия, поправляя квадрат. Как только у меня были четыре внешних угла, оттуда я сделал струнные линии,

И использовал отвес, чтобы найти средние отверстия для просверливания.

Взял напрокат сверло по бетону для сверления отверстий под резьбу.

Работа Грейс заключалась в том, чтобы на каждой бетонной площадке была квадратная шайба и металлический болт с гайкой. Этот взгляд говорит: «Папа, я играл в озере!»

Вот угол все готово.

И один из средних.

Для этого я поднимусь с вертикальными столбами - но мы вернемся к этому в следующем сообщении.

Так что ты думаешь? Это сработает?

Большое спасибо за то, что продолжили и читали!

Иаков

PS - Ана делилась нашими текущими фотографиями прохождения в салоне в Instagram.

.

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

Экспериментальное исследование нормальной силы морозного пучения, создаваемой лессом, было проведено путем воздействия на лесс с различным содержанием воды и плотностью при различных температурных условиях. Результаты экспериментов показывают, что взаимодействие трех факторов оказывает 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 лёссовых 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 разную степень 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 зависимость 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 эксперимента в помещении с силой морозного пучения, создаваемой грязной глиной. Гуткин [17] исследовал влияние горизонтальной силы морозного пучения на ограждающую конструкцию конечной жесткости. В дополнение к этим теоретическим исследованиям ученые также выполнили многочисленные исследования силы морозного пучения в реальных условиях труда.В туннельной инженерии Гао и др. [18] и Feng et al. В [19] получено упругопластическое аналитическое решение пластической области напряжений в горных породах, 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 влажности и плотности в сухом состоянии на морозное пучение. Он полагал, что при содержании воды 15 ~ 25% и температуре -15 ~ 35 ° C оседание верхней и нижней границы вышележащего слоя вечной мерзлоты уменьшалось с понижением температуры и увеличением содержания воды.

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

2. Экспериментальная установка и методика испытаний

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


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

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

3. Результаты и анализ

Эксперименты на морозе -сила тяги, создаваемая образцами лесса с разным содержанием воды и плотностью в сухом состоянии, проводилась при разных температурах согласно экспериментальной схеме, 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, в результате чего 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)

R

К 1 150.167 162,500 629,333
K 2 516,667 354,333 391,667
K 3 812,512
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 имеет 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 совпадение расчетных 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 99.66
0,976
−12 20 9.09
0,969
24 34
0,933
28 127,42
0,981

Влияние влажности и температуры замерзания на нормальную силу мороза-пучения составило исследованы.Среди, и, только значение

.

Смотрите также