На что влияет глубина промерзания грунта, и каковы последствия недооценки этого фактора… - Основания и фундаменты - - Статьи - Типовые серии, проекты, Нормативные документы, dwg

Пучинистые явления грунтов, это не только большие деформации, но и огромные усилия в десятки тонн, способные привести к большим разрушениям, которых можно избежать, расположив фундамент ниже глубины промерзания грунта. Именно поэтому, перед началом строительства как на пучинистых грунтах так и на не пучинистых, следует выяснить расчетную глубину промерзания, принятую для данного региона.

Рис. 1 Карта глубины промерзания глинистых и суглинистых грунтов.

Расчетная глубина промерзания принимается для наиболее холодного зимнего периода года в этом регионе, при максимальной влажности грунта и отсутствия снегового покрова.

назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;

существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);

гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения (пп. 2.17-2.24);

возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.);

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30;

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

2.28. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f, м, определяется по формуле

где d_fn - нормативная глубина промерзания, определяемая по пп. 2.26. и 2.27;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл.1; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений - kh = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

Примечание. В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетная глубина промерзания грунта для неотапливаемых сооружений должна определяться теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СНиП по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах.

Расчетная глубина промерзания должна определяться теплотехническим расчетом и в случае применения постоянной теплозащиты основания, а также если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т.п.).

Особенности сооружения	Коэффициент k_h при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, °С
Особенности сооружения	0	5	10	15	20 и более
Без подвала с полами, устраиваемыми:
по грунту	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
на лагах по грунту	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
по утепленному цокольному перекрытию	1,0	1,0	0,9	0,8	0,7
С подвалом или техническим подпольем	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4

Примечания: 1. Приведенные в табл.1 значения коэффициента k_h относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента а_f < 0,5 м; если а_f ³ 1,5 м, значения коэффициента k_h повышаются на 0,1, но не более чем до значения k_h = 1; при промежуточном размере а_f значения k_h определяются по интерполяции.

2. К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подполья, а при их отсутствии - помещения первого этажа.

3. При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент k_h принимается с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в табл. 1.

2.29. Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться:

а) для наружных фундаментов (от уровня планировки) по табл. 2;

б) для внутренних фундаментов - независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:

фундаменты опираются на пески мелкими и специальными исследованиями на данной площадке установлено, что они не имеют пучинистых свойств, а также в случаях, когда специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения;

предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов.

2.30. Глубину заложения наружных и внутренних фундаментов отапливаемых сооружений с холодными подвалами и техническими подпольями (имеющими отрицательную температуру в зимний период) следует принимать по табл. 2, считая от пола до подвала или технического подполья.

Грунты под подошвой фундамента	Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод d_w, м, при
Грунты под подошвой фундамента	d_w £ d_f + 2	d_w > d_f + 2
Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности	Не зависит от d_f	Не зависит от d_f
Пески мелкие и пылеватые	Не менее d_f	Не зависит от d_f
Супеси с показателем текучести I_L < 0	Не менее d_f	Не зависит от d_f
Супеси с показателем текучести I_L ³ 0	Не менее d_f	Не зависит от d_f
Cуглинки, глины, а также крупно-обломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при показателе текучести грунта I_L ³ 0,25	Не менее d_f
Cуглинки, глины, а также крупно-обломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при показателе текучести грунта I_L < 0,25	Не менее d_f	Не менее 0,5 d_f

Примечания. 1. В случаях, когда глубина заложения фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания d_f , соответствующие грунты, указанные в настоящей таблице, должны залегать до глубины не менее нормативной глубины промерзания d_fn.

2. Положение уровня подземных вод должно приниматься с учетом указаний пп. 2.17-2.21.

2.31. Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений должна назначаться по табл. 2, при этом глубина исчисляется: при отсутствии подвала или технического подполья - от уровня планировки, а при наличии - от пола подвала или технического подполья.

2.32. В проекте оснований и фундаментов должны предусматриваться мероприятия, не допускающие увлажнения грунтов основания, а также промораживания их в период строительства.

2.33. Фундаменты сооружения или его отсека должны закладываться на одном уровне. При необходимости заложения соседних фундаментов на разных отметках их допустимая разность определяется исходя их условия

где a - расстояние между фундаментами в свету;

j_I и с_I - расчетные значения соответственно угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта (пп. 2.12 - 2.14);

p - среднее давление под подошвой вышерасположенного фундамента от расчетных нагрузок (для расчета основания по несущей способности.

Разумеется, реальная глубина промерзания несколько меньше, чем расчетная. Но на то она и расчетная, чтобы избежать возможных разрушений дома при самых неудачных стеченьях обстоятельств, предложенных погодой.

- при постоянном проживании грунт под домом зимой прогревается и расчетную глубину промерзания можно уменьшить на 15 - 20%;

- для мелких и пылеватых песков и супесей значение глубины промерзания следует увеличить в 1,2 раза.

Если вдаваться в глубины теории расчета, то возникают следующие вопросы:

Чем же обусловлено положение нижней границы промерзания? Она определяется: "противоборством холода, поступающего сверху, и тепла, идущего из недр земли”. Если интенсивность последнего не зависит от времени года и суток, то на поступление холода сверху влияют температура воздуха и влажность грунта, толщина снегового покрова, его плотность, влажность, загрязненность и степень прогрева солнцем, застройка участка, архитектура сооружения и характер его сезонного использования.

Рис. 2. Глубина промерзания участка застройки.

Толстый слой снегового покрова, как тёплое одеяло, укрывает землю, и граница промерзания поднимается вверх. Конечно, днем граница промерзания значительно выше, чем ночью. Разница особенно ощутима там, где снеговой покров мал или вовсе отсутствует, где повышенная влажность грунта. Наличие дома также влияет на глубину промерзания грунт, ведь дом является своего рода теплоизоляцией, даже если в нем и не живут. Правда, это в том случае, если окна вентиляции подпола (продухи) - закрыты на зиму. Поэтому участок, на котором стоит дом, имеет весьма сложную картину промерзания.

Например, среднепучинистый грунт по внешнему периметру дома при промерзании на глубину 1,4 м может подняться до 100мм, тогда как более сухой и теплый грунт под средней частью дома останется практически на летней отметке (рис. 2). Так же, холодный, и сухой грунт также не будет относиться к категории пучинистых.

И все же, реальная картина промерзания ещё сложнее. Неравномерность промерзания существует еще и по всему периметру дома. Ближе к весне грунт с южной стороны строения часто бывает более влажным, а слой снега над ним - более тонким, чем с северной стороны. Поэтому в отличие от северной стороны дома, грунт с южной стороны лучше прогревается днем и сильнее промерзает ночью.

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

Расчищая большие площадки от снега в одном месте участка, и создавая сугробы - в другом месте, Вы существенным образом влияете на неравномерность промерзания грунта. Тогда как посадки кустарников вокруг дома задерживают снег, уменьшая в 2 - 3 раза глубину промерзания.

Расчистка дорожек от снега не идет в счет, так как они достаточно узкие и большого влияния на промерзание грунта не оказывают. Если же Вы около своего дома, с южной его стороны, решили залить каток, то можно ожидать, большую неравномерность в промерзании грунта под фундаментом дома в этой зоне.

Силы бокового сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента - другая сторона проявления пучинистых явлении . Эти силы весьма высоки и могут достигать 5...7 т на квадратный метр боковой поверхности фундамента. Эти силы достаточно велики, если поверхность столба неровная и не имеет гидроизолирующего покрытия. В таком случае на столб диаметром 25 см, заложенный на глубину 1,5 м, сила сцепления может достигнуть 8 т. Как же действуют эти силы, как проявляются они в реальной жизни фундамента?

Возьмем, для примера столб, заложенный на глубину промерзания и являющийся одной из опор легкого домика.

Ранней зимой граница промерзания начинает опускаться вниз. Мерзлый грунт схватывает верхнюю часть столба и, расширяясь, пытается его выдернуть из земли. Но вес дома и силы заделки столба в фунте не позволяют этого сделать, пока слой мерзлого грунта тонкий и площадь сцепления столба с ним - невелика. По мере продвижения границы промерзания вниз, площадь сцепления мерзлого фунта со: столбом увеличивается.

Наступает такой момент, когда силы сцепления мерзлого фунта с боковыми стенками фундамента превышают и вес дома, и силы сцепления фунта с нижней частью столба (рис. 3). Столб начинает испытывать разрывающие нагрузки. Мерзлый фунт вытаскивает его, оставляя внизу полость, которая сразу же начинает заполняться водой и частицами глины.

За сезон на сильно пучинистых грунтах такой столб может подняться на 5 - 10 см.

Силы сцепления можно уменьшить, исключить подъем фундамента, если стенки столба выполнить ровными и хорошо гидроизолированными от фунта. Два - три слоя из толя или пергамина - самое надежное средство для уменьшения сил сцепления. Но, тем не менее, основное правило столбчатого фундамента: его возведение и загрузку домом выполняют -в один сезон.

Заглубленный ленточный фундамент также может подняться силами сцепления, если он не имеет гладкой боковой поверхности и не загружен сверху домом или бетонными перекрытиями.

Рис. 4. Фундаментный столб по технологии ТИСЭ.

Столб е расширением внизу (по технологии ТИСЭ) не поднимается силами сцепления (рис. 4). Однако если не предполагается в этот же сезон загрузить его домом, то такой столб должен иметь надежное армирование, особенно в нижней своей части. Несомненные его преимущества - высокая несущая способность и то, что его можно оставить на зиму, не загружая его сверху. Никакие силы морозного пучения не поднимут его.

Боковые силы сцепления могут сыграть невеселую шутку с застройщика-

ми, делающими столбчатый фундамент с большим запасом по несущей способности. Лишние фундаментные столбы действительно могут оказаться лишними.

Деревянный дом с большой застекленной верандой установили на фундаментные столбы. Глина и высокий уровень грунтовых вод требовали заложения фундамента ниже глубины промерзания. Пол широкой веранды потребовал промежуточной опоры. Почти всё было выполнено правильно. Однако за зиму пол подняло почти на 10 см (рис. 5). Пришлось разбирать пол, снимать опоры, усиливать балки пролета.