Глубина промерзания грунта нормативная, фактическая и расчетная
Что такое фактическая глубина промерзания?
Ответ: при использовании наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учесть, что она должна определяться не по глубине расположения нулевой температуры, которую обычно сообщают метеорологические станции гидрометслужбы, а по глубине образования твердомерзлого грунта. Последняя обычно расположена выше линии нулевой изотермы (РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ МОСКВА,1978).
Это реальная глубина промерзания грунта в конкретном месте, без расчистки снега и льда. Скажем, если бы мы выехали зимой в лес, выбрали буром шурф. То по нему мы бы смогли определить уровень на котором происходит промерзание (0 — -1°С), в зависимости от вида почвы.
ГОСТ_24847-81_1987_методы определения сезонного промерзания
Реальная глубина промерзания грунта зависит от многих условий, действующих в определенное время на конкретный участок.
Рассмотрим их:
1.Так теплоизоляция участка (дом, утепленная постройка и т.д.) ведет к снижению уровня глубины его промерзания.
2.На участок, может действовать внешняя температура (пониженная или повышенная). Например, доменная печь (где нибудь на Кузбасе) ведет к уменьшению глубины промерзания расположенного под ней грунта по отношению к соседним участкам, если вообще будет промерзать. И наоборот, стоящий холодильник повысит уровень глубины промерзания.
Таким образом, фактическая глубина промерзания это отдельное понятие. Нормативная глубина промерзания- совершенно другое понятие (см. ниже), не зависящее от влияния внешних факторов (созданных искусственным путем). А также не зависит от снежного или ледяного покрова. См. определение нормативная глубина промерзания в СНИП 2.02.01 — 83 и 2.02.01-83*
Что такое нормативная глубина промерзания?
Ответ: это глубина промерзания на расчищенном от снега участке (т.
е. с более худшими условиями). Так как снег и лед является отличными теплоизоляторами.
СНиП 2.02.01-83, Определение. Нормативная глубина промерзания, редакция 2011 г, doc
Нормативная глубина промерзания грунта занесена в карты:
Как расчитать нормативную глубину промерзания?
Когда многолетние наблюдения отсутствуют, нормативную глубину промерзания определяют теплотехническим расчетом. А в районах, где глубина промерзания — не > 2,5 м, допускается формула:
Расчет: Нормативная глубина промерзания грунта. СНиП 2.02.01-83, редакция 2011,doc
Используя СНиП 2.02.-83
Вычисляем :
Таблица. Часть1. Среднемесячная и годовая температура воздуха. СНиП 23.01.99, редакция 2012, doc
Таблица. Часть2. Среднемесячная и годовая температура воздуха. СНиП 23.01.99, редакция 2012 г, doc
Mt (для Владивостока) по таблицам получается /суммируем все отрицательные температуры за год/: 12.
6+9.1+2.1+1.0+9.3=34,1;
dfn=0.23 х корень Mt (для Владивостока)=134 см
dfn-для суглинков можно определить по схем-картам (Рис.3.16; Рис.1 и Рис 3), на которых нанесены изолинии нормативных глубин промерзания для данного грунта (d0 = 0,23 м). При наличие в зоне промерзания других грунтов, dfn из карты нужно умножить на величину отношения d0/ 0,23. Где d0 соответствует грунтам вашей строительной площадки.
Если значения dfn, вычисленные по формуле и по карте не совпадают. Нужно руководствоваться расчетными данными.
Что же такое расчётная глубина промерзания?
Расчетная глубина промерзания грунта. Формула. СНИП 2.02-83, редакция 2011 года, doc
Продолжение в следующей статье
Глубина промерзания грунта в Московской обл
Зимний период характеризуется промерзанием почв на определённую глубину, что сопровождается застыванием содержащейся в грунте воды, приводящим к расширению и увеличению объёма.
Почва, увеличившаяся в объёме, оказывает воздействие на фундамент строения, что приводит к его сдвигам и нарушению естественного положения.
Промерзание оказывает отрицательное воздействие, избежать которого можно заложив основание ниже уровня промерзания. Указанный показатель зависит от типа почвы (глина, песок, супесь) и климатической зоны (среднегодовые показатели температуры в конкретном регионе).
Определение уровня промерзания в соответствии с требованиями СНиП
Устанавливается глубина промерзания в соответствии с положениями СНиП 2.02.01-83. Указывается, что нормативная глубина определяется исходя из средних показателей сезонного промерзания в конкретном регионе, выявленных в результате наблюдений проводимых в течение 10 лет.
Внимание! Наблюдения проводятся на открытых, горизонтальных площадках очищенных от снежного покрова, при условии, что глубина залегания грунтовых вод, ниже уровня промерзания.
Если многолетние наблюдения не проводились, то степень промерзания определяется посредством теплотехнических расчётов.
Если работы проводятся в местности, где почва не промерзает больше чем на 2.5 метра, то для расчётов используется формула: dfn=d0 √Mt.
Расшифровка формулы:
Mt – коэффициент, сравнимый в численном выражении с абсолютными значениями средних минусовых температур в течение зимнего периода в конкретном регионе (если необходимые наблюдения не велись, то берутся данные гидрометеорологических станций, работающих в идентичных климатических зонах).
d0 – величина, равная уровню промерзания, характерному для конкретного типа почвы.
Согласно требованиями СНиП указанные величины, имеют следующие значения:
- глина (суглинки) – 0.23м;
- крупнообломочная почва – 0.34м;
- пески (супеси) – 0.28м;
- гравелистый песок – 0.30м.
Если необходимо узнать расчётную глубину, то используется следующая формула: df = kh dfn.
Расшифровка формулы:
dfn – нормативная глубина степени промерзания почвы (указана в подпунктах 2.26 – 2.27 СНиП 2.02.01-83).
kh – коэффициент теплового режима здания, применимый для внешних фундаментов отапливаемых зданий (если работы ведутся с неотапливаемыми объектами, то kh=1.1).
Уровень промерзания почвы в Москве и Подмосковье
Уровень промерзания грунта в Подмосковье зависит от степени насыщения почвы влагой в конкретной местности. Указанный показатель является крайне вариабельным для данного региона и варьируется в пределах 0.4 – 2 метра. Максимальные показатели характерны для районов с наиболее влажным и плотным грунтом, при условии, что будут иметь место крепкие и устойчивые морозы. Когда на участке рыхлая почва, а влага отсутствует, уровень промерзания будет крайне низким.
Фактически в Московской области почва редко промерзает, более чем на метр.
Можно ориентироваться на конкретные данные, приведённые для каждого из районов:
- Сергиев-Посад – 1.4м;
- Наро-Фоминск – 0.6 – 1м;
- Можайск – 0.6м;
- Волоколамск – 0.7 – 1.2м;
- Дубна – 1.5 – 2.1м;
- Подольск – 0.4м.
Характерно, что в населённых пунктах, расположенных поблизости от Москвы уровень промерзания варьируется в пределах 0.7 – 1.2 метра. Южные районы, такие как Чехов и Серпухов, могут похвастаться показателями 0.4 – 0.8 метра. Наибольшие показатели отмечаются в северных районах области: Клин (1.8), Талдом (1.3), Дмитров (1.6).
Непосредственно в Москве степень промерзания почвы варьируется в пределах 1.2 – 1.32 метра. Конкретные показатели следует рассчитывать исходя из типа почвы на конкретном участке и наблюдений, проводимых в течение длительного времени. Если пренебречь расчётами, то последствия для здания могут быть плачевными.
Полезные материалы
Усиление фундаментов
Достаточно часто в строительстве зданий и сооружений можно столкнуться с проблемой, когда фундамент находится в аварийном состоянии.
Расчёт нагрузки на фундамент
Нагрузка на фундамент – это допустимые цифровые значения, обозначающие несущую способность.
Выбор фундамента для дома из бруса
Правильный выбор фундамента определит не только стоимость строительства в целом, но и долговечность, и надёжность построенного дома.
Проблемы морозного пучения и решения для энергетиков
Для поступательного развития современной цивилизации доступ к полезным ископаемым имеет решающее значение. Основные извлекаемые запасы таких полезных ископаемых часто находятся в высоких широтах. Например, значительное количество мировых месторождений углеводородов расположено выше 60 градусов северной широты.
Наше предприятие «Ноябрьские электрические сети» также находится в этом районе, основной деятельностью которого является качественное и бесперебойное электроснабжение объектов нефтегазовой отрасли.
Компания работает в труднодоступной местности с многочисленными болотами и озерами, в районе со сложными инженерно-геологическими и геокриологическими условиями. Здесь широко распространены почвы, находящиеся в зоне сезонного промерзания, имеются участки вечномерзлых грунтов.
Вечная мерзлота формируется на участках торфяных, суглинистых и песчаных отложений со значительным увлажнением. Почвы, расположенные в зоне сезонного промерзания, обладают свойствами морозного пучения, которые проявляются в неравномерности поднятия поверхности промерзающего слоя почвы, сменяющегося проседанием последнего при оттаивании. Глубина промерзания определяется литологическим составом поверхностного слоя, его предзимней влажностью, а также снегонакоплением. Нормативная глубина промерзания колеблется от 9футов до 13 футов.
Такие экстремальные природные условия ставят перед энергетиками нестандартные задачи. Наиболее серьезные повреждения воздушных линий электропередач в северном регионе наносят морозные пучения.
Энергетики Севера впервые столкнулись с этой проблемой в России в конце 1980-х годов при поиске причин разрушения свайных фундаментов опор ЛЭП. Рекомендация начала 80-х годов красить железобетонные сваи кремнийорганической эмалью и наносить перед погружением пластичные смазки не давала должного результата.
С 1992 по 2000 г. ОАО «Институт «Энергосетьпроект» (г. Москва) выполнялись научно-исследовательские работы по выявлению первопричин аварийного состояния отказов ВЛ (рис. 1) в районах ОАО «Тюменьэнерго-Ноябрьские электрические сети». Результаты исследований показали, что выход из строя опор ВЛ вызван комплексным воздействием различных природных факторов, в том числе переувлажнением грунтов, разрушением вечной мерзлоты в месте расположения опор, морозным пучением и ветровыми нагрузками на элементы конструкции опор.
1. Показанная здесь поломка опоры ЛЭП возникла в результате сильного морозного пучения. Предоставлено: Ноябрьские электрические сети. По мере увеличения площади контакта уплотненных грунтов в зоне промерзания возрастает действие касательных сил морозного пучения, и было замечено, что через 5—6 лет пучинистые грунты начинают выталкивать сваи вверх — до 20 дюймов за сезон.
Фундамент теряет свою несущую способность, что может привести к обрушению опор под действием ветровых нагрузок.По результатам этих исследований впоследствии был разработан запатентованный способ усиления фундаментов башен крестообразными сваями (рис. 2). В дальнейшем было разработано несколько анкерных устройств для проведения ремонтно-восстановительных работ на объектах Ноябрьских электрических сетей на основе описанной выше методики.
2. Последовательность операций по усилению фундамента схематично представлена на рисунке. Этапы: (I) бурение основной скважины, (II-V) забивка крестообразной сваи и установка анкерных стержней на консолидированный фундамент. Предоставлено: Ноябрьские электрические сети Работе должна предшествовать геодезическая выверка осей для установки крестообразных свай. Диапазон высоты свай укрепленных фундаментов может варьироваться от 20 до 80 дюймов над поверхностью. Усиленные сваи фундамента не должны иметь уклон в сторону расположения крестообразной сваи.
Глубина крестообразной сваи должна быть не менее 10 футов. Последующие годы наблюдения при плановых осмотрах ВЛ укрепленных таким образом фундаментов показали либо отсутствие, либо очень незначительное смещение свайных фундаментов опор ЛЭП.
Помимо применения крестообразных свай для укрепления фундаментов опор, они также могут применяться при новом строительстве и реконструкции линий электропередач. Крестообразные сваи не имеют проблем с выпиранием из-за своей формы, что позволяет им прочно удерживать груз без движения в грунте.
Такая свая имеет ряд существенных преимуществ. Один из них заключается в том, что при погружении в землю он не нарушает своей структуры. Его конструктивные особенности определяют повышенную, по сравнению с обычными железобетонными сваями, устойчивость к силам морозного пучения. Большое значение имеют также технико-экономические характеристики сваи крестообразного сечения: компактность, сравнительно небольшой вес, высокая технологичность изготовления и установки в грунт, а также малая трудоемкость и энергоемкость установки.
ОАО «Тюменьэнерго» Ноябрьские электрические сети являлись отечественной опытной площадкой по реализации проекта унифицированных конструкций фундаментов на металлических сваях открытого крестообразного сечения для строительства и реконструкции линий электропередачи напряжением от 35 кВ до 220 кВ. Работа выполнена совместно с разработчиком данной технологии — ООО «Институт Энергосетьпроект» (г. Москва).
На полигоне службы технического обслуживания и ремонта ВЛ Ноябрьских электрических сетей проведены натурные испытания на все виды нагрузок, которые показали, что фактическая несущая способность свай с развитой стороной поверхности, вбитой в ненарушенный грунт, равна расчетным данным. Другими словами, данные испытаний полностью соответствуют ожидаемым результатам. «Зеленый свет» дан на использование крестообразных свай при строительстве и реконструкции воздушных линий электропередач.
Энергетики нашего региона, продолжая работать в сложных условиях, находятся в постоянном поиске новых решений для повышения надежности электроснабжения важных для народного хозяйства нефтегазовых объектов.
Эта работа имеет большое практическое значение и для мировой энергетики. Все преимущества крестообразных свай, доказанные в результате испытаний, проведенных на наших полигонах, в полной мере справедливы для инженерно-геологических условий не только севера Западной Сибири, но и других регионов со сходными геолого-климатическими условиями, таких как горные районы Скандинавии, большая часть Канады, почти весь штат Аляска и высокогорные районы Скалистых гор в США
— Константин Иванов — заместитель генерального директора по развитию ОАО «Россети Тюмень». Он имеет степень магистра в области энергетики и является известным инженером и менеджером в российской энергетике с почти 20-летним опытом работы в этой области.
Защита фундамента от мороза – Мелкое жилищное строительство
Краткий обзор: Обычный способ борьбы с морозным пучением заключается в копании ниже глубины промерзания, но на самом деле это только один из четырех одинаково допустимых кодом вариантов.
Эксперт по коду Гленн Мэтьюсон описывает остальные три, уделяя особое внимание 9Фундамент мелкозаглубленный 0034 защищенный от мороза (ФСЗ): как устроены и как определить требования к климату и почве вашего конкретного места.
Кажется, я часто говорю об этом, но слишком часто код представляется более строгим, чем он есть на самом деле. Иногда это происходит из-за того, что отраслевая практика настолько распространена, что ее понимают по мере необходимости, хотя на самом деле в простом тексте кода разрешены другие варианты.
Одно из этих заблуждений связано с фондами. Выемка грунта ниже уровня промерзания является примером нормы, которую часто считают обязательным требованием, хотя на самом деле это всего лишь первый из четырех вариантов.Раздел R403.1.4.1 Международного жилищного кодекса 0034 предусматривает защиту фундаментов от мороза. В коде ни один из четырех вариантов не предпочтительнее другого. Часто просто условность заставляет людей выбирать первый вариант — копать ниже глубины промерзания — и игнорировать остальные.
Прежде чем мы рассмотрим другие варианты, давайте разберемся с целью положений кодекса по защите фундамента от замерзания и переменных, к которым он относится.
Механика морозного пучения
Земля является конечным пристанищем для всех нагрузок, которые получает и возлагает на дом, будь то ветер или снег, или вес конструкции и того, что в ней находится. Одной из задач фундамента является передача всех этих нагрузок на почву; другой – противостоять нагрузкам, которые накладывает на него почва. В холодном климате одна из самых значительных нагрузок на почву приходится на мороз.
Мороз — это просто лед. Если вы пытались охладить консервированный напиток в морозильной камере и забыли об этом, вы, вероятно, на собственном горьком опыте узнали, что вода расширяется при замерзании. Та же самая сила действует, когда мороз поднимает здание, хотя это немного сложнее.
Вода в почве не просто замерзает и расширяется. Вместо этого вода в восприимчивых к морозу почвах собирается и образует ледяные линзы на границе промерзания.
Чтобы понять это, было бы полезно представить эти линзы как перевернутые замерзшие лужи — не идеальная аналогия, но близкая. В насыщенной, морозоустойчивой почве вода постоянно притягивается вверх к этим линзам за счет капиллярного действия. Когда линзы растут снизу, они выталкивают почву над собой. Если над одной из этих линз оказывается дом, она также поднимается.
«Выкапывание фундамента ниже уровня промерзания является примером нормы, которую часто считают требованием».
Это только начало проблемы. Когда лед тает, почва смывается в пустоту, оставленную тающим льдом. Если ледяная линза приподняла фундамент, то он осядет немного ближе к поверхности, чем раньше. С каждыми глубокими заморозками и оттепелями дом все больше поднимается из-под земли.
Это упрощенная версия сложного процесса. Предотвратить его воздействие на дома довольно просто. В морозном пучине участвуют три фактора, и все они необходимы для его возникновения: почва должна быть восприимчива к морозу, она должна быть влажной и должна достаточно остыть, чтобы замерзнуть.
Уберите любую ножку этого трехногого табурета, и вы устраните риск вздымания.
Выемка фундамента ниже глубины, на которую предполагается промерзание грунта, является наиболее распространенным способом защиты от морозного пучения, поскольку он прост и эффективен. Он не работает ни с одной из переменных напрямую, он просто обходит их. При копании ниже глубины промерзания наличие воды и морозостойкой почвы больше не имеет значения. Обычно это самый простой способ, хотя и не самый дешевый. Чем больше вы копаете, тем больше вам нужно восстанавливать.
Выберите линию мороза
Второй и третий варианты в кодовой книге имеют разный подход. Второй ссылается на раздел 403.3 IRC «Защищенные от замерзания фундаменты мелкого заложения» (FPSF). FPSF реагирует на те же переменные, что и традиционный фонд, но вместо того, чтобы обходить их, он манипулирует ими весьма специфическими способами.
Первым шагом в определении требований к вашему FPSF является оценка противника.
Влажная почва замерзает, потому что отдает свою тепловую энергию воздуху. Итак, первый вопрос: насколько холоден воздух? В отличие от стандартного фундамента, где первым шагом является поиск глубины промерзания (определяемой вашей местной юрисдикцией), для этой конструкции фундамента вы ссылаетесь на таблицу 403.3 (2) и находите индекс промерзания воздуха по округу США. Этот индекс является мерой того, насколько холодно становится и как долго. Получив эту информацию, вы можете обратиться к таблице 403.3(1), чтобы определить минимальную глубину фундамента и требования к изоляции для вашего FPSF. Требования к глубине составляют всего 12 дюймов в более теплых регионах, но всего на 4 дюйма больше, чем в самых холодных районах. Как это осуществить?
По сути, этот метод поднимает линию мороза туда, где этого хочет дизайнер. Для всех FPSF требуется некоторая изоляция, установленная вертикально от верхней части фундамента до основания, чтобы создать тепловой разрыв между фундаментом и внешней средой.
Часть этой изоляции находится выше уровня земли, а часть зажата между фундаментом и грунтом. Работа этой вертикальной изоляции заключается как в направлении потерь тепла, так и в их предотвращении. Хотя это уменьшает боковой поток тепла через вертикальную часть стен фундамента, конструкция позволяет отводить часть тепла в грунт под ним, чтобы предотвратить его замерзание. В более теплом климате никакая другая изоляция не требуется для предотвращения морозного пучения. В более холодном климате используется дополнительная горизонтальная изоляция, которая помогает улавливать тепло, теряемое фундаментом, а также геотермальную энергию, хранящуюся в почве, чтобы предотвратить промерзание почвы вокруг и под фундаментом. В таблице R403.3(1) указано как минимальное значение R необходимой горизонтальной изоляции, так и то, как далеко она должна простираться от нижней части фундамента для достижения этой цели.
Этот конкретный подход предназначен только для отапливаемых конструкций, особенно тех, которые поддерживаются при температуре выше 64°F круглый год.
При использовании этого варианта также учитываются две другие переменные: тип почвы и вода. На рисунке R403.3(1) требуется 4 дюйма просеянного и промытого гравия или щебня под фундаментом, что по существу устраняет переменную морозоустойчивости почвы, по крайней мере, для этих 4 дюймов. А как насчет почвы ниже? Если это почва группы I, указанная в таблице 405.1 как в основном смесь песка и гравия без мелких частиц, продолжайте. Эта почва легко дренируется и не особенно восприимчива к морозам. Для всех других почв гравий под фундаментом должен быть слит на дневной свет или в утвержденную канализационную систему. «Утверждено» — скорее всего, имеется в виду не канализация.
Использование геотермальной энергии
Третий метод защиты от замерзания, упомянутый в кодексе, заключается в строительстве «в соответствии со стандартом ASCE 32». Это стандарт защиты от мороза мелкозаглубленного фундамента, опубликованный Американским обществом инженеров-строителей, и для большинства пользователей жилищных норм и строительных властей он звучит как инженерный документ «вы не в своей лиге».
После девяти лет в трейдах и 16 в кодах я впервые купил этот стандарт в рамках своего исследования для этой статьи, и обнаружил, что это совсем не «по головам» не инженеров.
Метод проектирования, используемый во втором варианте IRC, основан на ASCE 32, но стандарт предлагает вариант, которого нет в IRC: использовать для неотапливаемых зданий. Поскольку в здании нет тепла, чтобы предотвратить замерзание почвы, под всем фундаментом используется большой изоляционный мат, который проходит горизонтально под всем зданием и за его пределами, чтобы удерживать резервуар геотермальной энергии внизу.
Как и в случае со вторым вариантом, требуется некоторая работа, чтобы выяснить, сколько изоляции требуется, как глубоко ее разместить и как далеко она должна выходить за пределы здания. И еще один параметр, среднегодовая температура, добавляется в смесь, чтобы определить, сколько энергии почва будет получать из воздуха в теплые месяцы. Несмотря на требуемые дополнительные расчеты, некоторым высокопроизводительным строителям он нравится по одной очень веской причине: этот метод можно использовать для защиты отапливаемых зданий, у которых под фундаментом имеется изоляционный слой для предотвращения потерь тепла в почву.