📙 Подробнее о том, что такое морозное пучение и какие грунты пучинистые можно прочитать здесь:
Как уже было сказано в публикации выше, морозное пучение будет иметь место при наличии следующих факторов:
- пучинистый грунт
- вода в грунте
- температура, достаточная для промерзания грунта
Для разных условий эта температура различна (менее 0 °С), подробнее об этом - по этой ссылке.
Все меры по защите от морозного пучения при проектировании и строительстве направлены на устранение этих факторов и уменьшение возникающих при морозном пучении усилий в конструкциях сооружения.
Морозное пучение необходимо учитывать при проектировании всех видов зданий, сооружений и их фундаментов в областях развития мерзлоты, а также при проектировании дорог.
При определении нагрузок и воздействий на основание и конструкции подземных частей сооружений воздействия, обусловленные деформациями основания при морозном пучении грунтов относят к особым воздействиям.
При проектировании фундаментов на основаниях, сложенных пучинистыми грунтами, следует учитывать вероятность повышения влажности грунта за счёт подъема уровня подземных вод, инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.
Расчет оснований, сложенных пучинистыми грунтами, должен выполняться в соответствии с рекомендациями норм и предусматривать проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения.
Расчет устойчивости фундаментов на воздействие касательных сил морозного пучения, действующих вдоль боковой поверхности фундаментов, должен выполняться при заложении подошвы фундаментов ниже расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов.
При проектировании оснований и фундаментов должны предусматриваться мероприятия, не допускающие увлажнения пучинистых грунтов основания, а также промораживания их в период строительства (см. СП 50-101-2004).
Методы борьбы с воздействием морозного пучения
(Как приспособить фундамент к морозному пучению грунта)
Ниже - перечень моментов, которые учитывают для борьбы с воздействием морозного пучения, а ещё ниже - подробное их описание:
- Рациональный выбор мест сооружения объектов на площади застройки
- Выбор глубины заложения фундамента с учётом глубины промерзания грунтов
- Замена пучинистых грунтов основания на грунты, не подверженные морозному пучению
- Теплотехнические мероприятия: предупреждение промерзания основания (изменение глубины сезонного промерзания) или сохранение его в постоянно мёрзлом состоянии
- Применение рациональных конструкций фундаментов
- Регулирование напряженно-деформированного состояния грунта основания и его свойств с целью улучшения его качественных характеристик
- Принятие мер по избежанию промерзания и морозного пучения грунта в период его возведения
- Предотвращение смерзания фундаментов с грунтом и уменьшение усилий от горизонтальных деформаций оснований
- Учёт влияния фундаментов окружающей застройки
- Учёт неоднозначности и колебаний температуры и влажности окружающей среды, а так же прилегающих к сооружению объектов
- Учёт сейсмичности района строительства
Далее - подробнее о каждом из пунктов:
1) Рациональный выбор мест сооружения объектов на площади застройки
Для уменьшения усилий в конструкциях сооружения при взаимодействиях его с основанием, выбор мест сооружения объектов должен производиться с учётом её инженерно-геологического строения и возможных источников вредных влияний (линз слабых грунтов, старых горных выработок, карстовых полостей, внешних трубопроводов, теплосетей и др.)
(Для больших по протяженности зданий следует учитывать расположение солнечной стороны)
2) Выбор глубины заложения фундамента с учётом глубины промерзания грунтов
(Например, заанкеривание фундаментов в подстилающей толще пород)
Глубина заложения оснований фундаментов большинства объектов принимается ниже глубины сезонного промерзания грунтов, и, обычно, эта мера оказывается эффективной: заглубление фунламента ниже глубины промерзания предотращает воздействие вертикальных нормальных сил морозного пучения на фундамент. (но не касательных)
3) Замена пучинистых грунтов основания на грунты, не подверженные морозному пучению
Замена пучинистых грунтов непучинистыми, при необходимости, должна осуществляться, как правило, на глубину, не меньшую, чем нормативная глубина промерзания.
4) Теплотехнические мероприятия ("утепление фундамента")
(предупреждение промерзания основания (изменение глубины сезонного промерзания) или сохранение его в постоянно мёрзлом состоянии)
Часто выполняют следующие теплотехнические мероприятия: утепляют цоколь и отмостку (к примеру, плитами из экструзионного пенополистирола).
Изменение глубины сезонного промерзания грунтов с применением утеплителей (например, пенополистирольных плит) может значительно понизить трудоемкость, сократить сроки строительства, сэкономить ресурсы и уменьшить стоимость работ.
С целью уменьшения глубины промерзания грунта утеплитель укладывают и под отмостку, с обязательной защитой его гидроизоляцией.
Следует избегать наличия разрывов в теплоизоляции, которые создают термически проводимые пути (мостики холода) и увеличивают возможность выпучивания фундаментов.
Здесь многое зависит от тепловых потерь и от мороза на улице, так что этот метод не самый надежный.
Данные теплотехнические мероприятия должны распространяться как на период эксплуатации здания, так и на период его строительства и реконструкции.
Также, во избежание промерзания грунтов под подошвой фундаментов в подвальных и цокольных этажах недостроенных или построенных зданий без обеспечения теплового контура следует организовать временное отопление этих помещений в зимние месяцы или применение теплоизоляции.
При соответствующей необходимости (наличие пучинистых грунтов за пределами ограждающей конструкции, выполнение работ в зимнее время и др.) данные мероприятия производятся с осуществлением контроля температуры и глубины промерзания грунтов за ограждающей конструкцией при геотехническом мониторинге конструкций ограждения котлована.
5) Применение рациональных конструкций фундаментов
Конструкция фундамента выбирается в зависимости от того, какие силы морозного пучения воздействуют на фундамент:
- Сборный ленточный фундамент
Сборный ленточный фундамент для возводимых на пучинистых грунтах легких сооружений (например, малоэтажных зданий), вес которых не способен компенсировать касательные силы морозного пучения, может быть не рационален:
При заглублении фундамента ниже глубины промерзания исключается действие нормальных сил морозного пучения, но касательные силы морозного пучения могут отсоединить верхние блоки от нижних.
- Фундаменты с малой боковой поверхностью
("плавающие" мелкозаглубленные фундаменты)
Для уменьшения усилий в конструкциях сооружения от касательных сил морозного пучения при взаимодействиях его с основанием на подрабатываемых территориях при наличии в основании пучинистых грунтов и др., используют фундаменты с малой боковой поверхностью: чем большая площадь боковых поверхностей фундамента находится в контакте с промерзшим грунтом, тем сильнее воздействие касательных сил морозного пучения на него.
Сюда относится применение "плавающих" мелкозаглубленных фундаментов с малой боковой поверхностью, перемещающихся при промерзании и оттаивании вместе с грунтом, прочности которых достаточно, чтобы они не деформировались под воздействием неравномерных нагрузок от сил морозного пучения грунта.
Пример "плавающего" мелкозаглубленного фундамента с малой боковой поверхностью - монолитная плита с ребрами жесткости.
- Анкерные сваи с монолитным ростверком
Ещё один вариант фундамента на пучинистых грунтах - анкерные сваи с монолитным ростверком.
Такие сваи могут быть расширенными ниже глубины промерзания. Ростверк при этом, опираясь на сваи, предохраняет их от боковых смещений и перераспределяет нагрузки от дома. Чтобы избежать воздействия вспученного грунта, ростверк отливается с зазором от поверхности почвы, который закрывается отмосткой.
Площадь поверхности сваи, передающей нагрузку на грунт, рассчитывается исходя из структуры грунта и веса здания.
Для пучинистых грунтов:
- Если подошва фундамента заложена выше глубины промерзания грунта, то на фундамент действуют нормальные (лобовые) и касательные силы морозного пучения.
- Если подошва фундамента заложена ниже глубины промерзания грунта, то на фундамент действуют только касательные силы морозного пучения.
- Если подошва фундамента заложена на поверхности (без заглубления), то на фундамент действуют только нормальные (лобовые) силы морозного пучения.
6) Регулирование напряженно-деформированного состояния грунта основания и его свойств с целью улучшения его качественных характеристик
(уменьшения его деформируемости, повышения несущей способности, водонасыщенности и др.)
Например, при помощи уплотнения, осушения (к примеру, дренажа).
В том числе, должны предусматриваться мероприятия, не допускающие увлажнения грунтов основания в период строительства.
Также применяется принудительное деформирование грунтов или приложение постоянно действующего давления в грунте путем компенсационного нагнетания в ограниченный объем грунта твердеющего раствора, путем устройства в грунте пневматических конструкций, способных расширяться в грунте, путем обжатия грунта атмосферным давлением (к примеру, вакуумированием и др.), путем обжатия грунтов домкратами при выравнивании сооружений.
Сюда же относятся и другие мероприятия, снижающие осадки и крены.
7) Принятие мер по избежанию промерзания и морозного пучения грунта в период его возведения
При проектировании оснований и фундаментов следует предусматривать мероприятия, не допускающие увлажнения пучинистых грунтов основания, а также промораживания их в период строительства.
При незапланированной остановке строительства и при консервации сооружений необходимо до наступления зимнего периода выполнить мероприятия по предотвращению деформаций и разрушений, обусловленных процессами сезонного промерзания-оттаивания пучинистых грунтов основания.
Во избежание промерзания грунтов под подошвой фундаментов в подвальных и цокольных этажах недостроенных или построенных зданий без обеспечения теплового контура следует организовать временное отопление этих помещений в зимние месяцы или применение теплоизоляции.
Не допускается укладка фундаментов на промороженный грунт основания без проведения специальных исследований замерзшего грунта. Для предотвращения деформаций и разрушения фундаментов необходимо проводить проверку устойчивости фундаментов на действие касательных и нормальных сил морозного пучения.
При устройстве фундаментов в зимний период для предохранения грунтов от промерзания следует устраивать временные теплоизоляционные покрытия, параметры которых определяются в соответствии с теплотехническим расчетом.
К мероприятиям, направленным на уменьшение усилий в конструкциях сооружения при взаимодействиях его с основанием относятся, в том числе, и регулирование сроков строительства - обоснованная скорость и последовательность возведения отдельных частей сооружения, а также регулирование сроков замоноличивания стыков сборных и сборно-монолитных конструкций.
8) Предотвращение смерзания фундаментов с грунтом и уменьшение усилий от горизонтальных деформаций оснований
Для этого принимают меры к минимизации сцепления боковых стенок фундаментов с грунтом.
Боковые стенки фундамента могут изолировать от грунта.
Также, для предотвращения смерзания фундаментов с грунтом, используется засыпка пазух и устройство подушек под фундаментами из материалов, обладающих малым сцеплением и трением (для уменьшения усилий от горизонтальных деформаций оснований).
Для уменьшения усилий от горизонтальных деформаций оснований (например, в районах горных выработок) также используются специальные антифрикционные покрытия, фундаменты с гладкими стенками, отрывка временных компенсационных траншей и т.п.
9) Учёт влияния фундаментов окружающей застройки
Одним из мероприятий по уменьшению усилий в конструкциях сооружений при взаимодействии его с основанием является устройство разделительных стенок между существующими объектами и возводимым сооружением.
10) Учёт неоднозначности и колебаний температуры и влажности окружающей среды, а так же прилегающих к сооружению объектов
Так, например, необходимо учитывать, что стены здания образуют теневую и солнечную стороны и оттаивание грунта под пятном здания и вблизи его происходит неравномерно:
Весной на солнечной (южной) стороне, снег сходит раньше, чем на северной. Соответственно и грунт оттаивает раньше.
Сначала снег сходит с той стороны, где Солнце находится в зените (с юга), затем - со стороны захода Солнца (с запада), далее со стороны восхода (с востока) и затем с ночной стороны - северной.
Таким образом получается, что если на северной стороне грунт еще заморожен, то на южной он уже оттаял и просел, что может привести к существенной разности осадок.
Это относится и к суточным колебаниям температур.
Например, когда ночью наблюдается отрицательная температура, а днём на солнце плюсовая, то северная сторона еще относительно стабильна, а на южной стороне вода растаявшего снега проникает в почву: ночью, при её замерзании, грунт вспучится, а днём, при положительной температуре, грунт осядет. Это также может привести к существенной разности осадок.
Это особенно характерно для больших в плане сооружений - см. иллюстрацию выше.
11) Учёт сейсмичности района строительства
Глубину заложения фундаментов в грунтах, относимых по их сейсмическим свойствам согласно СП 14.13330 к категориям I и II, принимают такой же, как и для фундаментов в несейсмических районах.
На площадках, сложенных грунтами категории III по сейсмическим свойствам, необходимо предусматривать мероприятия по улучшению строительных свойств грунтов основания до начала строительства.
👷♂️ Если есть что прокомментировать или добавить - пишите