Промерзание почвы зимой

Промерзание почвы зимой

Глубина промерзания грунта

Каждую зиму грунт промерзает на некоторую глубину, при этом содержащаяся в грунте вода замерзает, превращается в лед и расширяется, тем самым, увеличивая объем грунта. Этот процесс называется пучением грунта. Увеличиваясь в объеме, грунт действует на фундамент дома, сила этого воздействия может быть очень велика и составлять десятки тонн на квадратный метр поверхности фундамента. Воздействие такой силы может двигать фундамент, нарушая нормальное положение всего здания.

Какой глубиной должен быть фундамент под дом, расчет глубины

Таким образом, промерзание грунта оказывает негативное влияние. Для того, чтобы силы пучения не действовали на основание фундамента, нужно его закладывать на глубину ниже глубины промерзания.

Глубина промерзания грунта зависит, во-первых, от типа грунта: глинистые грунты промерзают чуть меньше песчаных, потому что обладают большей пористостью. Пористость глины колеблется от 0,5 до 0,7, в то время как пористость песка — от 0,3 до 0,5.
Во-вторых, глубина промерзания зависит от климатических условий, а именно от среднегодовой температуры: чем она ниже, тем больше глубина промерзания.

Нормативные глубины промерзания (по данным СНиП) в сантиметрах для разных городов и типов грунта представлены в таблице.

Город глина, суглинки пески, супеси
Архангельск 160 176
Астрахань 80 88
Брянск 100 110
Волгоград 100 110
Вологда 140 154
Воркута 240 264
Воронеж 120 132
Екатеринбург 180 198
Ижевск 160 176
Казань 160 176
Кемерово 200 220
Киров 160 176
Котлас 160 176
Курск 100 110
Липецк 120 132
Магнитогорск 180 198
Москва 120 132
Набережные Челны 160 176
Нальчик 60 66
Нарьян Мар 240 264
Нижневартовск 240 264
Нижний Новгород 140 154
Новокузнецк 200 220
Новосибирск 220 242
Омск 200 220
Орел 100 110
Оренбург 160 176
Орск 180 198
Пенза 140 154
Пермь 180 198
Псков 80 88
Ростов-на-Дону 80 88
Рязань 140 154
Салехард 240 264
Самара 160 176
Санкт-Петербург 120 132
Саранск 140 154
Саратов 140 154
Серов 200 220
Смоленск 100 110
Ставрополь 60 66
Сургут 240 264
Сыктывкар 180 198
Тверь 120 132
Тобольск 200 220
Томск 220 242
Тюмень 180 198
Уфа 180 198
Ухта 200 220
Челябинск 180 198
Элиста 80 88
Ярославль 140 154

Фактические глубины промерзания на самом деле будут отличаться от нормативных, приведенных в СНиП, потому что нормативные данные приведены для самого плохого случая — отсутствие снежного покрова. Нормативная глубина промерзания грунта, представленная в этой таблице, — это максимальная глубина. Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, и наличие снежного покрова уменьшает глубину промерзания. Под домом грунт так же промерзает меньше, тем более, если дом отапливается круглый год. Таким образом, реальная глубина промерзания земли может быть на 20-40% меньше нормативной.

Промерзание грунта можно уменьшить: для этого грунт вокруг дома утепляют. Лента хорошего утеплителя шириной 1,5-2 метра, уложенная вокруг дома, способна обеспечить минимальную глубину промерзания грунта, окружающего фундамент дома. Благодаря такому приему возможно заложение мелкозаглубленных фундаментов, которые закладываются на глубину выше глубины промерзания, но благодаря утеплению грунта остаются устойчивыми.

    Читайте так же:

  • Силы морозного пучения грунтов

    Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки и способны выдавить фундамент дома из грунта.

  • Уровень грунтовых вод

    Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.

  • Пучинистый грунт

    Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению, при промерзании он значительно увеличивается в объеме. Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому закладывать фундамент на пучинистом грунте без принятия мер против пучения нельзя.

  • Несущая способность грунтов

    Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.

  • Среднегодовая температура воздуха

    Среднегодовая температура воздуха — это среднее арифметическое значение температур за все месяцы года. От неё зависит необходимость утеплять фундамент и грунт вокруг него, а так же возможность заложения мелкозаглублённого фундамента.

Дата публикации: 07.10.2010 14:49:25

Вместо предислдовия.
Умные и доброжелательныелюди указали мне не то, что данный случай должен оцениваться только в нестационарной постановке, ввиду огромной тепловой инерции земли и учитывать годовой режим изменения температур. Выполненный пример решен  для стационарного теплового поля, поэтому имеет заведомо некорректные результаты, так что его следует рассматривать только как некую идеализированную модель с огромным количеством упрощений показывающий распределение температур в стационарном режиме. Так что как говорится, любые совпадения — чистая случайность…  

***************************************************

Как обычно, не стану приводить много конкретики по поводу принятых теплопроводностей и толщин материалов, ограничусь описанием лишь некоторых, предполагаем, что прочие элементы максимально близки к реальным конструкциям — теплофизические характеристики назначены верно, а толщины материалов адекватны реальным случаям строительной практики. Цель статьи получить рамочное представление о распределении температур на границе Здание-Грунт при различных условиях.

Немного о том, о чем нужно сказать. Рассчитываемые схемы в данном примере содержат 3 температурные границе, 1-я это внутренний воздух помещений отапливаемого здания +20оС, 2-я это наружный воздух -10оС (-28оС), и 3-я это температура в толще грунта на определенной глубине, на которой она колеблется около некоторого постоянного значения. В данном примере принято значение этой глубины 8м и температура +10оС. Вот тут со мной кто-то может поспорить в отношении принятых параметров 3-ей границы, но спор о точных значениях не является задачей данной статьи, равно как и полученные результаты не претендуют на  особую точность и возможность привязки к какому-то конкретному проектному случаю. Повторюсь, задача — получить принципиальное, рамочное  представление о распределении температур, и проверить некоторые устоявшиеся представления по данному вопросу.

Теперь непосредственно к делу. Итак тезисы, которые предстоит проверить.
1. Грунт под отапливаемым зданием имеет положительную температуру.
2. Нормативная глубина промерзания грунтов (тут скорее вопрос чем утверждение). Учитывается ли снежный покров грунта при приведении данных по промерзанию в геологических отчетах, ведь как правило территория вокруг дома очищается от снега, чистятся дорожки, тротуары, отмостка, парковка и пр.?

Промерзание грунта — это процесс во времени, поэтому для расчета примем наружную температуру равную средней температуре наиболее холодного месяца -10оС. Грунт примем с приведенной лямбда = 1 на всю глубину.

Рис.1. Расчетная схема.

Рис.2. Изолинии температур. Схема без снежного покрова.

В целом под зданием температура грунта положительная. Максимумы ближе к центру здания, к наружным стенам минимумы.

Промерзание грунта в разных регионах

Изолиния нулевых температур по горизонтали лишь касается проекции отапливаемого помещения на горизонтальную плоскость.
Промерзание грунта вдали от здания (т.е. достижение отрицательных температур) происходит на глубине ~2.4 метра, что больше нормативного значения для выбранного условно региона (1.4-1.6м).

Теперь добавим 400мм снега среднеплотного с лямбда 0.3. 

Рис.3. Изолинии температур. Схема со снежным покровом 400мм.

Изолинии положительных температур вытесняют отрицательные температуры наружу, под зданием только положительные температуры.
Промерзание грунта под снежным покровом ~1.2 метра (-0.4м снега = 0.8м промерзания грунта). Снежное "одеяло" значительно снижает глубину промерзания (почти в 3 раза).
Видимо наличие снежного покрова, его высота и степень уплотнения является величиной не постоянной, поэтому средняя глубина промерзания находится в диапазоне полученных результатов 2-х схем, (2.4+0.8)*0.5 = 1.6 метра, что соответствует нормативному значению.

Теперь посмотрим, что будет, если ударят сильные морозы (-28оС) и простоят достаточно долго, чтобы тепловое поле стабилизировалось, при этом снеговой покров вокруг здания отсутствует.

Рис.4. Схема при -28оС без снежного покрова.

Отрицательные температуры залезают под здание, положительные прижимаются к полу отапливаемого помещения. В районе фундаментов грунты промерзают. На удалении от здания грунты промерзают на ~4.7 метра. 

См. предыдущие записи блога:
Щитовой деревянный дом. Двойной объемный каркас.
Остекление балконов и лоджий. Эффективность тепловой защиты.
Стальные конструкции на кровле. Промерзание.

Замерзание почвы – широко распространенное явление. Замерзание влаги в почве, как правило, происходит при температурах ниже 0оС, поскольку она представляет собой не чистую воду, а раствор солей различных концентраций.

Глубина промерзания грунта (на 2018г.)

Поэтому даже при низких температурах не вся влага находящаяся в почве, замерзает. Прочносвязанная влага и некоторая часть рыхлосвязанной влаги замерзнуть не могут вследствие влияния на них сорбционных сил. Остальная часть влаги вплоть до влаги соответствующей максимальной гигроскопичности замерзает в пределах до —10° С.

Глубина промерзания почвы зависит от многих причин. Наиболее важная из них — толщина снегового покрова. Чем она больше, тем меньше глубина промерзания почвы. Все, что влияет на толщину снегового покрова (мощность растительного покрова, микрорельеф и т. п.), влияет на глубину промерзания почвы. Она зависит от наличия торфа и его мощности, от влажности почвы. Чем больше мощность торфа и чем выше влажность почвы, тем меньше глубина промерзания.

Замерзание почвы начинается обычно с наступлением устойчивых отрицательных температур до образования снежного покрова. Иногда снежный покров устанавливается до наступления температур ниже 0оС и промерзание почвы начинается уже под тонким снеговым покровом. В дальнейшем мощность промерзшего слоя постепенно нарастает, достигая наибольшей величины в конце января — в феврале.

В феврале или с начала марта, когда снеговой покров еще продолжает оставаться очень мощным или даже нарастает, глубина промерзания начинает уменьшаться вследствие оттаивания почвы снизу. Оттаивание почвы под снегом происходит за счет тепла, находящегося в нижних горизонтах почвы и передаваемого вследствие теплопроводности в верхние ее слои. Такая передача идет непрерывно, но в начале и середине зимы она не может компенсировать потерю тепла, излучаемого из-под тонкого снегового покрова и отдаваемого в сильно охлажденную атмосферу. В конце зимы, когда температуры воздуха становятся выше, а снеговой покров толще и, следовательно, потеря тепла уменьшается, тепло, идущее из нижних слоев почвы, с избытком компенсируя потерю его из верхних слоев, вызывает оттаи­вание почвы снизу.

По Н. А. Качинскому оттаивание может идти двумя путями.

1. Оттаивание, идущее снизу, заканчивается до того, как сойдет снег. Мерзлая прослойка исчезнет у самой поверхности почвы. Этот случай имеет место при мощном снеговом покрове и неглубоком промерзании почвы.

2. Снеговой покров сходит до того, как полностью оттает почва. Оттаивание почвы начинается также снизу, а затем идет одновременно сверху и снизу, и мерзлая прослойка в конце исчезает на той или иной глубине.

Для районов, где среднегодовая температура почвы близка к 0оС и ниже, характерен третий вариант оттаивания почвы – только сверху, поскольку здесь в глубоких слоях почвы отсутствует запас тепла, который мог бы вызвать оттаивание почвы снизу.

Особое влияние на глубину снежного покрова оказывает лес. В лесу снежный покров всегда более мощный, чем на безлесных пространствах. Поэтому замерзание почвы под лесом либо не наблюдается совсем, либо бывает менее длительным и менее глубоким, причем почва успевает оттаять еще до начала таяния снега. Благодаря этому, а также более медленному таянию снега поглощение почвой талых вод в лесу идет значительно полнее, чем вне его.

Большое влияние а глубину промерзания почвы оказывает лесная подстилка. В опытах с удалением лесной подстилки, глубина промерзания почвы резко возрастала. Существенно влияет на глубину промерзания и состав древостоя. В густых еловых древостоях, где значительное количество снега задерживается на кронах деревьев, вследствие меньшей мощности снегового покрова и большей его плотности глубина промерзания бывает всегда больше.

Промерзание почвы имеет целый ряд неблагоприятных последствий, в частности: понижение водопроницаемости почв, а следовательно усиление поверхностного стока, снижение теплообеспеченности, вымерзание растений, задержка микробиологических и химических процессов, идущих в почве. В то же время можно отметить и положительные следствия этого процесса, в частности, благоприятное влияние на образование структуры в почве, миграция почвенных животных в нижние слои почвы под влиянием замерзания, способствующая разрыхлению почвы и улучшению ее водопроницаемости.

Дата добавления: 2014-11-16; Просмотров: 7470; Нарушение авторских прав?;

Читайте также:

admin