Простыми словами, морозное пучение грунтов - это пучение (движение) грунтов из-за процессов, происходящих при их промерзании и оттаивании.
Слово "пучение" подразумевает то, что в его процессе поверхность грунта словно медленно бурлит - поверхность изменяется неравномерно и продолжает изменяться пока воздействуют факторы, приводящие к пучению.
Пучение - местная деформация поверхности грунта, которая может быть вызвана в результате его промерзания, набухания или выдавливания - выпирания.
Более точное определение:
Морозное пучение грунтов - процесс образования выпуклых форм (поднятия, вспучивания) на поверхности грунта, вызванный образованием и расширением промерзающего слоя (промерзанием грунта), при котором происходит увеличение объема и деформирование дисперсных грунтов под влиянием миграции влаги в период промерзания грунта или воздействия напорной воды, поступающей к промерзающему слою со стороны.
(О том, какие грунты являются дисперсными - см. ГОСТ 25100)
К чему приводит морозное пучение
Морозное пучение может привести, например, к деформациям дорожного покрытия (растрескиванию и образованию выбоин), повреждению фундаментов зданий, вслед за которым может деформироваться всё строение - могут появиться трещины на стенах, щели в оконных коробах, перекосы дверных коробов и т. п.
Когда происходит морозное пучение
Морозное пучение будет иметь место при наличии следующих факторов:
- пучинистый грунт
- температура, достаточная для промерзания грунта
Для разных условий эта температура различна (менее 0 °С), подробнее об этом - по этой ссылке.
- вода в грунте
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.
Какие грунты являются пучинистыми
Пучинистые грунты - грунты, которые изменяют свой объем и свойства при промерзании - оттаивании; грунты, которые склонны к значительному изменению объема при изменении их влажности.
Непучинистые грунты - грунты, которые не изменяют свой объем и свойства при промерзании-оттаивании.
В соответствии с СП 50-101-2004 п.6.8.2 к пучинистым грунтам относятся:
- глинистые грунты
- пески пылеватые и мелкие
- крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, имеющие к началу промерзания влажность выше определенного уровня (см. ГОСТ 25100)
Наиболее подвержены морозному пучению пучинистые грунты (например, пылеватые), хорошо проводящие и удерживающие влагу, при промерзании которых вследствие миграции влаги образуются сегрегационные подземные льды и происходит относительное иссушение минеральных агрегатов.
Мало склонны к пучению песчаные и более грубые дисперсные грунты без мелкозёма, включающие преимущественно свободную влагу. Их объём при полном водонасыщении увеличивается при промерзании не сильно (~не более чем на 9%). Почва, через которую проходит вода для формирования ледяных линз, должна быть достаточно пористой, чтобы обеспечить капиллярное действие, но не настолько пористой, чтобы нарушать непрерывность капилляров.
В тяжелых суглинках и глинах пучение идёт хуже, так как там меньше путей миграции (они более плотные). Каолиниты (группа глинистых минералов) создают большое число агрегатов и пор и, как следствие, возрастает количество связанной воды, которая замерзает при более низких температурах.
Показатели пучения также зависят от:
- фильтрационных показателей грунта, его дисперсностью, гранулометрическим и минеральным составом, исходной влажностью и плотностью, составом обменных катионов, степени текучести грунта
- гидрогеологических условий, в т.ч. положения уровня грунтовых вод, наличия в нижерасположенных слоях грунта большого количества свободной воды
- региона, длительности зимнего периода, величины зимних температур
- скорости и глубины промерзания
- внешней нагрузки
Как происходит морозное пучение. От чего зависит температура и глубина сезонного промерзания грунта
📙 Информацию об этом опубликовал здесь:
Механизм влияния морозного пучения на сооружение
При замерзании вода, превращаясь в лёд, расширяется и происходит расклинивание зерен грунта (увеличение пространства между зернами грунта), что создаёт давление на основание фундамента.
Плотность воды при замерзании - около 0,9982 т/м3, плотность льда - около 0,917 т/м3. То есть при одном и том же количестве вещества (равных массах) объём льда будет больше, чем объем воды.
Сила давления, возникающая при этом, велика и зачастую превышает силу давления сооружения на грунт.
Результатом воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений является возникновение сил выталкивания, касательных и перпендикулярных нагрузок, действующих на подземные части строений.
Таким образом, морозное пучение приводит к таким последствиям как:
- неравномерные осадки
- просадки
- повышенное давление на конструкции
- нарушение эксплуатационных свойств конструкций (появление трещин, разрыв гидроизоляции и замачивание конструкций и т. п.)
Неравномерные осадки
Как правило, морозное пучение протекает неравномерно, что может вызывать недопустимую разность осадок в различных частях фундамента. Например, один угол фундамента может поднять на 4 см, а другой на 9 см.
В результате фундамент деформируется, вслед за фундаментом может деформироваться всё строение (например, могут появиться трещины на стенах, щели в оконных коробах, перекосы дверных коробов).
Неравномерность морозного пучения может быть вызвана:
- различием состава грунта под строением
- тем что один угол получает много солнечного света и тепла, а противоположный наоборот пребывает дольше в тени
- может быть, что грунт под одним углом дома сильнее увлажняется, чем под другими углами в результате стока воды от дождей или из-за рельефа участка
Просадки
В весенний период структурные связи между частичками размягчаются, в результате чего меняются прочностные и деформационные характеристики грунта. Это причина того что в марте-апреле месяце у зданий могут наблюдаться трещины.
Также морозное пучение создаёт неблагоприятные условия при освоении территории: положительные формы рельефа морозного пучения быстро разрушаются при изменении условий теплообмена на их поверхности при освоении и не используются как основания сооружений. При сезонном или многолетнем промерзании пучинистые грунты увеличиваются в объеме, что сопровождается подъемом поверхности грунта и развитием сил морозного пучения, действующих на фундаменты и другие конструкции сооружений.
(При замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта происходят подъемы, осадки и просадки основания, что в свою очередь приводит к дополнительным давлениям на подпорные конструкции)
Действие сил морозного пучения на фундамент
Силы морозного пучения действуют не только на подошву фундамента, но и на его боковые стенки, так как увеличение грунта в объёме происходит вокруг всего фундамента, а не только под его подошвой.
Поэтому, вся сила морозного пучения грунта раскладывается на две составляющие силы: нормальную и касательную силы морозного пучения грунта.
Нормальная (вертикальная) сила морозного пучения действует на горизонтальную подошву фундамента. Касательная сила морозного пучения действует на вертикальные стенки фундамента.
По мере заглубления фундамента нормальная (вертикальная) сила морозного пучения, действующая на горизонтальную подошву фундамента, уменьшается.
Одновременно с этим увеличивается в размерах боковая (вертикальная) стенка фундамента, что приводит к возрастанию действующей на неё касательной силы морозного пучения.
Поэтому заглубление фундамента малоэтажного дома на глубину ниже промерзания грунта, не гарантирует его устойчивость к силам морозного пучения: не будет вертикальной силы, действующей на подошву, зато многократно увеличится касательная сила, действующая на стенку.
Как учесть морозное пуение при строительсте и проектировании
📙 Разместил публикацию об этом здесь:
👷♂️ Если есть какие-либо вопросы или предложения - пишите