Глубина промерзания грунта снег

Глубина сезонного промерзания грунта

Глубина сезонного промерзания грунта – это максимальная глубина, на которую почва может промерзнуть зимой. Этот показатель является одним из самых важных в строительстве, так как определяет границу, ниже которой рекомендуется располагать подошву фундамента и подземные трубопроводы. Также, глубина промерзания является одним из важных факторов, определяющих условия перезимовки зимующих культур, а также определяющих сток талых вод в весенний период. В последнем случае глубина промерзания влияет на увлажнение почвы после схода снежного покрова. Глубокое промерзание препятствует проникновению талой воды в нижние слои почвы.

Существует два вида глубины промерзания

• Фактическая — глубина на которую промерз грунт в данном месте и в данный момент.
• Нормативная — среднегодовая (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) максимальная глубина промерзания на открытой, оголенной от снега горизонтальной местности.

Карта промерзания грунтов по территории РФ

Факторы влияющие на глубину промерзания почвы

Фактическая глубина промерзания зависит от типа почвы, от теплоемкости, теплопроводности и влажности почвы, рельефа, от толщины снежного покрова и наличия растительности, предохраняющих почву от сильного выхолаживания, скорости потока грунтовых вод (чем она больше, тем промерзание меньше).

Но основным фактором являются погодные условия: в малоснежные и очень морозные зимы почва промерзает до 170-250 см, а в теплые и снежные – до 50 см. Снег значительно уменьшает отдачу тепла из почвы в атмосферу, так как содержит много воздуха и обладает в силу этого малой теплопроводностью. Поэтому снежный покров по мере нарастания его мощности замедляет охлаждение почвы и ее промерзание.
График зависимости промерзания грунта от толщины снежного покрова
При наличии снежного покрова следует вводить коэффициент 0,85 при толщине покрова 0,25 м, коэффициент 0,7 при толщине 0,5 м и 0,65 при толщине 0,75 м.

Влияние толщины снежного покрова на промерзание грунта
Для нормативной же глубины промерзания важны тип грунта и сумма среднемесячных отрицательных температур, остальные факторы по умолчанию принимаются наихудшими. Расчет производится по формуле: H = √M*k, где М — сумма среднемесячных отрицательных температур за год, k — коэфициент по каждому из типов грунтов.

Для глинистого грунта максимальное значение уменьшается в 1.47 раза, для песков — в 1,2, для гравия — в 1,1. При постоянном проживании, глубина промерзания грунта под домом уменьшается в 1.2 раза.

Период промерзания и оттаивания

Промерзание почвы зимой нарастает из месяца в месяц и, в большинстве регионов, достигает своего максимума в марте. В начале апреля происходит постепенное оттаивание почвы, которое идет как с низу, так и с верху мерзлого слоя. Полное оттаивание наступает не ранее второй половины мая. В случае возврата холодов верхний талый слой может вновь замерзнуть и тогда на некоторой глубине образуется прослойка не замерзшей почвы.
График промерзания грунта в Москве за 2021 год по данным базы climate-energy.ru
Тем не менее, на территории огромной площади России (главным образом в Сибири) почва промерзает настолько глубоко, что в летний период грунт успевает оттаять только с поверхности, а глубже остается постоянно мерзлый горизонт, известный под названием вечной мерзлоты.

Для более ясного представления периодов замерзания и оттаивания грунтов в конкеретном регионе можно воспользоваться таблицей температур грунта на различных глубинах по месяцам из книги «Справочник работника газовой промышленности» 1989 года.

Таблица глубины промерзания грунта в крупных городах России

Разнообразие форм рельефа, растительности, почвы на территории России приводит к существенным различиям в глубине промерзания почвы. В средней полосе Европейской части глубина промерзания колеблется в пределах от 1 до 1,5 м, в южных районах — от 40 до 50 см. В Восточной Сибири, где зимы холоднее и снежный покров очень мал, глубина промерзания доходит до нескольких метров. Так, в Калининграде почва промерзает лишь до 0.59 м, а в Якутске до 4.41 м. При этих условиях за летний период грунт успевает оттаять только с поверхности, а глубже остается постоянно мерзлый горизонт, известный под названием вечной мерзлоты.

Источник

SGround.ru

Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов

Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения

Связь пучения со скоростью, глубиной промерзания

Оглавление:

1. Введение

Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия дневной поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость их промерзания.

Дневная поверхность грунта – жаргонный термин в строительной геологии, обозначающий поверхность современного рельефа. Можно заменить терминами: поверхность земли, уровень земли. В случае если на рассматриваемом участке выполнялась или будет выполняться планировка (насыпь или выемка грунта), то поверхность следует называть «уровень планировки»

Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от большого числа факторов: значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова и динамики изменения этих показателей в течении зимы, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации на конкретный участок поверхности, от смен холодной погоды на оттепели и от положения уровня грунтовых вод.

2. Скорость промерзания грунта

Увеличение объема грунта и величина подъема поверхности земли зависят от скорости промерзания, а скорость, в свою очередь, зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха и теплотехнических свойств грунта.

Экспериментально установлено, что чем меньше скорость промерзания, тем больше величина пучения и, наоборот, при больших скоростях промерзания грунт меньше увеличивается в объеме.

На величину вспучивания оказывает влияние и коэффициент фильтрации глинистого грунта, которой обусловливает подток капиллярной влаги к фронту промерзания. В образцах, замерзающих при большой скорости промерзания, визуально не наблюдается образования ледяных включений в виде прослоек и линз, следовательно, грунт незначительно ухудшает свои физические свойства при оттаивании.

При быстром промерзании в грунте не успевает накопиться влага, поступающая по капиллярам, поэтому он меньше проявляет пучение

При малой скорости промерзания грунта происходит формирование льдистой текстуры за счет постоянного притока влаги по капиллярам из нижележащих слоев талого грунта, сопровождающееся повышенным накоплением ледяных включений в нем. Такие грунты при оттаивании резко ухудшают свои физические свойства. Иногда грунты, имеющие твердую или пластичную консистенцию до промерзания, превращаются в текучее состояние после промерзания и оттаивания.

Наибольшее количество льда в грунтах природного сложения скапливается при промерзании грунта на глубину до 1-1,2 м так как на этих глубинах больше сказывается колебание отрицательной температуры наружного воздуха, например, при смене холодной погоды на оттепели, что позволяет накопить в структуре грунта больше влаги в виде льда

3. Глубина промерзания грунта

Значение глубины промерзания грунтов оказывает большое влияние на вспучивание дневной поверхности грунта. Например, в Забайкалье подъем поверхности грунта достигает 40 см при глубине промерзания суглинистого грунта 2,6-2,8 м, а сильнопучинистый суглинок в Московской области вспучивается на 15 см при глубине промерзания на 1,5 м.

Глубина промерзания грунта может в зависимости от региона РФ и локальных условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м. Максимальные значения глубины промерзания грунтов наблюдаются в Забайкалье, ближе к границе Монголии, преимущественно на песчаных и крупнообломочных грунтах и большей частью на северных склонах.

Наблюдениями за глубиной промерзания грунтов установлено, что влажные глины и суглинки промерзают заметно меньше, чем супеси, пески мелкие и пылеватые, а пески крупные и крупнообломочные грунты промерзают еще больше, чем супеси и пылеватые пески.

Чем более крупные частицы слагают грунт, тем больше будет глубина его промерзания при прочих равных условиях, однако крупнодисперсные грунты не подвержены пучению

Так как глубина промерзания зависит от действительно большого числа факторов, для начала разберемся что на этот счет говорится в нормативной литературе.

В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и типа грунта без учета всех остальных факторов (не учитывается снеговой покров, солнечная радиация, свойства и влажность грунта и пр.).

Действующий на данный момент норматив в области проектирования фундаментов — СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений гласит:

СП 22.13330.2016 п. 5.5.1 Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом: …- глубины сезонного промерзания грунтов. Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

5.5.2 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что ее следует определять в соответствии с ГОСТ 24847.

5.5.3 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение следует вычислять по формуле

, (5.3)

где d₀ — величина, принимаемая равной:

• для суглинков и глин 0,23 м;
• супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28 м;
• песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30 м;
• крупнообломочных грунтов — 0,34 м;

Мt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания. (прим. если промерзает несколько разных слоев то необходимо определять осредненное значение коэффициента d₀)

Нормативную глубину промерзания грунта d_fn в районах, где >2,5 м, а также в горных районах (где резко изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330.

5.5.4 Расчетную глубину сезонного промерзания грунта d_f, м, вычисляют по формуле

, (5.4)

где K_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений K_h=1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

d_fn — нормативная глубина промерзания, м, определяемая по 5.5.2 и 5.5.3.

1. В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетную глубину промерзания грунта для неотапливаемых сооружений следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330. Расчетную глубину промерзания следует определять 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.).
2. Для зданий с нерегулярным отоплением при определении K_h за расчетную температуру воздуха принимают ее среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов в течение суток.

d_fn — нормативная глубина промерзания, определяемая по СП 22.13330.2016 не учитывает множественные факторы т.к. нормативы нацелены на получение наиболее надежного результата. Эта величина показывает насколько промерзает грунт на свободной от снега поверхности, не прогреваемой солнцем в течении всей зимы (под навесом). Реальная глубина промерзания будет меньше или такой же в зависимости от количества снега и солнечной радиации на поверхности

Для того, чтобы определить реальную глубину промерзания с учетом множества факторов, включая снеговой покров, солнечную радиацию и тепловой режим сооружения необходимо выполнить теплотехнический расчет. Теплотехнические расчеты сложны и трудоемки, а так же требуют большого количества исходных данных. Для отдельных случаев существуют упрощенные расчеты, некоторые из которых приведены в СП 25.13330. Вопросы теплотехники грунтов затрагиваются в этой статье.

4. Заключение

Для правильного учета сил морозного пучения и выбора мер по защите от его воздействия необходимо и достаточно верно определить глубину промерзания грунта. Для этого следует пользоваться расчетами, приведенными в нормативной литературе.

Учет скорости промерзания в расчетах невозможен из-за сложности определения этого показателя и его изменчивости.

Учитывать снеговой покров в надежде что он снизит глубину промерзания не следует, так как после возведения сооружения снег скорее всего будет переноситься ветром от одной части сооружения к другой и с наветренной стороны поверхность грунта будет оголена. Если же сооружение поднято над землей, то под ним будет оголенная поверхность без снега и с температурой наружного воздуха, что так же увеличит глубину промерзания.

Если глубина промерзания грунта больше 2,5 м и если среднегодовая температура в регионе отрицательная, то для определения нормативной глубины промерзания необходимо выполнять теплотехнический расчет.

Так же теплотехнический расчет следует выполнять если, например, применяется утепление грунта.

Для принятия решений по фундаментам используется расчетное значение глубины промерзания, которое в 1,1 больше нормативного для неотапливаемых сооружений и ниже нормативного для отапливаемых сооружений.

Источник