СНиП, от чего зависит, как рассчитать
Каждый человек знает о том, что такое фундамент здания. Это конструкция, на которую при возведении опирается любое строение. Главная функция, которую выполняет эта конструкция — увеличение прочности и долговечности самого дома. Главное — с самого начала разобраться в том, на каком именно грунте будет возводиться дом в том или ином случае.
Содержание
1 Глубина промерзания грунта согласно СНиП
2 Виды грунтов
2.1 Скалистого типа
2.2 Хрящевая разновидность
2.3 Песчаный и глинистый
2.4 Супеси и суглинки
3 Как рассчитать уровень
4 Что делать, чтобы не допустить промерзания
Глубина промерзания грунта согласно СНиП
Ниже приведены нормативные глубины промерзания грунта согласно СНиП, для некоторых регионов нашей страны:
Виды грунтов
- Грунты скалистого типа.
- Хрящевая разновидность.
- Песчаный тип, в эту же разновидность входит грунт глинистый.
- Супеси и суглинки.
Скалистого типа
Название грунтов в данном случае применяется условно. Это просто камень, который не подвергается воздействию влаги и не промерзает. В нормальных погодных условиях свойства этого вещества не меняются. При работе с такими грунтами обустройство фундаментов проводится прямо на поверхности. Хотя именно на территории РФ такой тип поверхности встречается довольно редко.
Хрящевая разновидность
Это глина и песок, смешанные с мелким камнем и щебнем в больших количествах. В данном случае не происходит размывания и сжатия. Такой материал прочен и надёжен. В этом случае заложение фундамента должно происходить на глубине не менее полусотни сантиметров. Это не зависит от того, какой уровень промерзания характерен для состава. На такой поверхности можно возвести здание, обладающее внушительными габаритами. Именно хрящевые грунты считаются наиболее распространёнными.
Песчаный и глинистый
Песчаный тип почв. Для них характерна незначительный показатель промерзания. В подобном материале вода пропускается достаточно хорошо. Под нагрузкой происходит уплотнение и утрамбование. Глубина закладывания фундаментов в таких случаях — 40−70 сантиметров.
Грунт глинистый — это для строительства дома не самая благоприятная среда. Они размываются и сжимаются, и вспучиваются, когда замерзают. Необходимо использовать расчётные параметры, если строительство осуществляется в среде с высокой влажностью. Вспучиванием называется процесс, когда влага начинает расширяться и замерзать после того, как она проникнет внутрь грунта. Таким образом, на фундамент оказывается определённое давление и воздействие, основа пытается его буквально вытолкнуть. Возникает большая вероятность, что основание просто лопнет. Нахождение фундамента ниже уровня промерзания — главное условие, которое необходимо соблюдать для того, чтобы это не произошло.
Супеси и суглинки
Когда смешиваются глинистые частицы и песок, создаётся именно такая разновидность грунта.
Глинистых частиц содержится в супесях от 3 до 10 процентов, в суглинках — от 10 до 30.
Как рассчитать уровень
Промерзание до определённого уровня — процесс, который обычно происходит внутри почвы зимой. Находящаяся внутри вещества вода замерзает, превращаясь в лёд, и начинает расширяться. Из-за этого сам грунт увеличивается в своих объёмах. Такой процесс так же получил название пучения. Нормальное положение всех зданий может испортиться, когда это происходит. Именно по этой причине фундамент закладывается на меньшую глубину, чем показатель промерзания.
Тип грунта становится определяющим фактором, если говорить о такой глубине. К примеру, по сравнению с песчаными, глинистые промерзают гораздо меньше. Это связано с тем, что для них всегда была характерна большая пористость.
Кроме того, важно учитывать, какие климатические условия складываются в том или ином регионе. Уровень промерзания грунта увеличивается по мере того, как понижается средняя температура за год.
Примерно в пределах 1,2 метра лежит уровень промерзания в большинстве городов нашей страны. Так что глубина закладывания фундамента находится в пределах полутора метров. Этого вполне хватит для того, чтобы соответствовать всем необходимым требованиям и правилам. Грунт вряд ли будет сильно промерзать под жилым домом, который постоянно находится в эксплуатации. Если, например, загородный дом возводится летом, то значение промерзания вообще можно в расчёт не брать.
Кроме того, промерзание может быть сезонным. Оно определяется тем, какая температура держится в среднем на протяжении того или иного сезона. Обычно такое положение длится не больше 12 месяцев. Фактически вся европейская часть РФ знакома с этим понятием. Иногда образуются так называемые перелётки, когда промёрзший слой полностью не успевает оттаять за лето при спуске водоёмов.
Значения отрицательных температур воздуха — пожалуй, главный фактор, определяющий то, с какой скоростью в тех или иных условиях будет промерзать грунт.
Было проведено множество экспериментов, которые подтвердили, что величина вспучивания больше, если скорость промерзания меньше. Наблюдается зависимость этих показателей и в обратную сторону.
Коэффициент фильтрации глинистого грунта тоже может оказать влияние на то, какой оказывается величина вспучивания. Так определяется, сколько влаги проникает на границу промерзания.
Когда скорость промерзания довольно маленькая, формируется ледяная текстура. И процесс этот сопровождается тем, что увеличивается количество ледяных включений. Это связано с тем, что вода поднимается наверх из нижних слоёв. Когда подобные разновидности грунта оттаивают, их физические свойства ухудшаются. В некоторых случаях, если до промерзания у грунта имелось пластичное или твёрдое состояние, то после оттаивания и промерзания состояние может стать текущим.
При уровне до 1−1,2 метра складываются наибольшие значения в количестве льда. Во всяком случае, если сам грунт природного сложения. Это происходит там, где колебания отрицательной температуры самые большие.
Обычно это происходит, когда меняется погода, наступает оттепель и так далее.
Существует несколько факторов, которые могут повлиять состояние грунта:
- Уровень подземных вод, которые залегают до шести метров ниже дневной поверхности.
- Уровень грунтовых вод.
- Гранулометрический состав.
- Число пластичности.
- Природная влажность.
Что делать, чтобы не допустить промерзания
В настоящее время используется несколько технологий, благодаря которым грунт может быть защищён от промерзания. Всё зависит от того, за какой срок должны быть выполнены земляные работы. И от того, какие условия складываются в той или иной местности относительно климата.
Главное — следует предпринимать такие меры до того, как наступят заморозки. Но после того, как осенние дожди уже закончились. Например, широко распространён метод поверхностного рыхления грунтов. Кроме того, материал утепляют специальными материалами. Или проводят химическую обработку с помощью специальных веществ.
Рыхлая структура с воздушными пустотами получается, когда поверхность вспахивается, а в дальнейшем проводится боронование. Начало промерзания отдаляется на полтора месяца из-за того, что эти факторы сочетаются со снежным покровом, который образуется естественным путём. Специальные рыхлители используются на глубине до 30−35 сантиметров. Боронование проводится на 15−20 сантиметров.
Подготовка против промерзания нужна грунтам хотя бы потому, что это делает земляные работы в зимний период гораздо более экономичными. Утепление быстротвердеющей пеной или пенопластом тоже считается перспективной технологией, которая помогает решить проблему с максимальным результатом и минимальными затратами денежных средств. В некоторых случаях использование специальных химикатов становится единственно возможным выходом. При этом не стоит волноваться, коррозии основных строительных компонентов не будет.
- Автор: pulin
- Распечатать
(0 голосов, среднее: 0 из 5)
Поделитесь с друзьями!Глубина промерзания грунта в Московской области
Глубина промерзания грунта – именно эта характеристика является лучшим подтверждением тезиса о зависимости результата усилий строительной компании от самых незначительных (на первый взгляд) факторов.
И действительно, с точки зрения большинства заказчиков строительных работ, эта характеристика может взволновать только любителей «дачных экспериментов» с экзотическими растениями. Но такое мнение ошибочно.
В действительности, данный критерий относится к категории наиважнейших показателей, от значения которых будет зависеть сама возможность реализации строительных работ на конкретном участке. И окончательным подтверждением значимости этой характеристики служит упоминание критерия «глубина промерзания грунта» в отдельном разделе «Строительных нормативов и правил». Причем, такой чести удостаиваются далеко не все характеристики почвы.
Современные СНиП настаивают, как минимум, на взаимосвязи показателей сезонного промерзания грунта с глубиной заложения фундамента строения. Важность критерия « глубина промерзания грунта » для строительного дела определяется таким физическим процессом, как «пучение почвы». Суть этого явления состоит в изменении расчетного сопротивления и объема грунта под влиянием низких температур.
Ведь содержащаяся в почве вода под воздействием низких температур превращается в лед и увеличивается в объеме на 10 процентов. И под влиянием такого прироста объема при замерзании почвы происходит деформация пучения, выталкивающая фундамент из грунта, а при оттаивании – деформация, засасывающая основание строения в грунт.
И именно поэтому, те документы, где можно встретить упоминания о критерии глубина промерзания грунта – СНиП 2.02.01-83 от 1995 года и прочие справочники – настаивают на взаимосвязи данной характеристики (в сочетании с прочими определяющими факторами) с расчетной глубиной заложения фундамента. А это значит, что глубина промерзания почвы имеет непосредственное отношение к процессу составления сметы земляных и строительных работ «нулевого цикла».
При этом стоит учитывать, что по данным тех же СНиП, показатель промерзания грунта является переменой величиной, значение которой зависит и от вида почвы, и от климатических условий, и от уровня влажности грунта.
Например, глубина промерзания грунта в Московской области может колебаться в пределах от 1,2 до 2 метров. И максимальным влиянием на конечное значение обладает именно состав почвы. Так, по данным отчетов изыскательских групп, наименьшую глубину промерзания (1,2 метра) имеют суглинки и глины, а наибольшую (2 метра) – крупнообломочные грунты.
Разумеется, далеко не каждая строительная компания решится на подобные исследования. Да и заказчик строительных работ не будет ждать результатов 10-летних изысканий.
Поэтому, большинство строителей пользуются особыми справочниками или картами, указывающими на расчетную глубину промерзания. А любители перестраховаться могут ориентироваться на «крайние» показатели из таких таблиц.
Например, по данным большинства справочников глубина промерзания грунта в Московской области не превышает двухметровой отметки, а это значит, что заглубленный на 2-2,5 метра фундамент будет гарантированно защищен от деформации пучения.
Впрочем, не стоит забывать и о том, что зависящая от коэффициента среднемесячных зимних температур, нормативная глубина промерзания грунта – СНиП настаивает именно на такой формулировке – оказывает сильнейшее влияние и на трудоемкость строительных работ. Поэтому, в большинстве случаев, строительные компании прибегают к комплексу мероприятий, позволяющих повлиять на количественное выражение данного показателя. Причем, почти всегда, данные мероприятия направлены на повышение теплостойкости самого грунта.
В завершении хочется отметить, что столь важный критерий, как глубина промерзания грунта – СНиП и прочие справочные или нормативные издания только подтверждают этот факт – разумеется, важен для процесса строительства, но относиться к этому показателю нужно «без фанатизма». В конце концов, как показывает практика, для определения заложения фундамента достаточно использовать даже усредненный показатель. Ведь конечная характеристика все равно изменится на 15-20 процентов после строительства на участке постоянно отапливаемого сооружения.
Уплотнение почвы | Расширение UMN
- Дом
- Растениеводство
- Почва и вода
- Управление почвой и здоровье
- уплотнение почвы
Краткие факты
Проблемы уплотнения почвы в Миннесоте нарастают, поскольку резко увеличились как годовые осадки, так и размер сельскохозяйственного оборудования.
Влажные почвы особенно подвержены уплотнению. Тяжелая техника и почвообрабатывающие орудия усиливают повреждение структуры почвы, уменьшая поровое пространство и еще больше ограничивая объем почвы и воды.
Улучшение структуры почвы — лучшая защита от ее уплотнения. Хорошо структурированная почва удерживает и проводит воду, питательные вещества и воздух, необходимые для здоровой корневой деятельности растений.
Что такое уплотнение?
Уплотнение почвы происходит, когда частицы почвы сжимаются вместе, уменьшая поровое пространство между ними (рис. 1). Сильно уплотненные грунты содержат мало крупных пор, меньший общий объем пор и, следовательно, большую плотность.
Уплотненная почва имеет пониженную скорость как инфильтрации воды, так и дренажа. Это происходит потому, что большие поры более эффективно перемещают воду вниз через почву, чем более мелкие поры.
Кроме того, в уплотненных грунтах замедляется газообмен, что повышает вероятность проблем, связанных с аэрацией.
Наконец, в то время как уплотнение почвы увеличивает прочность почвы — способность почвы сопротивляться перемещению приложенной силы — уплотненная почва также означает, что корни должны прилагать большую силу, чтобы проникнуть в уплотненный слой.
Рисунок 1: Влияние уплотнения на поровое пространство.
Уплотнение почвы изменяет размер пор, их распределение и прочность почвы. Одним из способов количественной оценки изменения является измерение объемной плотности. По мере уменьшения порового пространства в почве объемная плотность увеличивается. Почвы с более высоким процентным содержанием глины и ила, которые, естественно, имеют больше порового пространства, имеют более низкую объемную плотность, чем более песчаные почвы.
Мифы об уплотнении почвы
Существует два широко распространенных мифа об уплотнении почвы:
- Циклы замораживания-оттаивания уменьшают большую часть уплотнения почвы, создаваемого техникой.
- О каком бы уплотнении не позаботилась Мать-природа, глубокая обработка почвы или рыхление сделают это.
|
Причины уплотнения
Существует несколько сил, естественных и техногенных, которые уплотняют почву (рис. 3). Эта сила может быть большой, например, от трактора, комбайна или почвообрабатывающего орудия, или она может исходить от чего-то такого маленького, как капля дождя. Ниже перечислены причины уплотнения почвы.
Рисунок 3: Уменьшение роста корней из-за уплотнения от ударов дождевых капель, обработки почвы и следов от колес. Это, безусловно, естественная причина уплотнения, и мы видим его в виде почвенной корки (обычно толщиной менее 1/2 дюйма на поверхности почвы), которая может препятствовать появлению всходов (рис.
4). Роторное рыхление часто может облегчить эту проблему. Рисунок 4: Почвенная корка.Движение колес, без сомнения, является основной причиной уплотнения почвы (рис. 5). С увеличением размера фермы время для своевременного выполнения этих операций часто ограничено.
Масса тракторов увеличилась с менее чем трех тонн в 1940-х годах до примерно 20 тонн сегодня для больших полноприводных агрегатов. Это вызывает особую озабоченность, поскольку весенняя посадка часто проводится до того, как почва станет достаточно сухой, чтобы выдержать тяжелое посадочное оборудование.
Последствия уплотнения
|
Рисунок 7: Хорошо агрегированная почва.
Рисунок 8: Влага сохраняется дольше в уплотненной колеи справа.W структура кур и поры уменьшаются, в почве меньше воздуха и влаги. Это состояние отрицательно влияет на все фазы растениеводства, включая прорастание семян, появление всходов, рост корней, а также поглощение питательных веществ и воды (рис. 10).
Рисунок 10: Рост корней ограничен уплотненной почвой.Уплотнение почвы увеличивает ее плотность. Корни менее способны проникать в почву и, как правило, мелкие и деформированные.
Поскольку их рост ограничен, они менее способны использовать почву для получения питательных веществ и влаги. Дефицит азота и калия является наиболее распространенным явлением (рис. 11). Это приводит к дополнительной потребности в удобрениях и увеличивает производственные затраты.
Вы можете уменьшить неблагоприятные последствия уплотнения, применяя удобрения таким образом, чтобы улучшить доступ к корням растений.
Это может включать раздельное внесение азота или групповое внесение фосфора и калия.
Таблица 1: Влияние уплотнения почвы на высоту кукурузы
| Лечение | Высота растения кукурузы: через шесть недель после посадки | Высота растений кукурузы: при сборе урожая |
|---|---|---|
| Без уплотнения | 28,8 дюйма (a) | 114,3 дюйма (ab) |
| Годовое уплотнение шин флотации | 26,4 дюйма (ab) | 108,7 дюйма (abc) |
| Ежегодное уплотнение дорожных шин | 22,5 дюйма (в) | 102,4 дюйма (в) |
Соберите початки с сильно загруженного ряда.Как справиться с уплотнением почвы
Одним из наиболее важных факторов снижения способности почвы к уплотнению является держание подальше от почвы, когда она влажная. К сожалению, это не всегда возможно, так как часто ограничивает возможности выездной работы. Хотя уплотнение не может быть устранено, его следует контролировать.
|
Рисунок 20: Полевой охват обычными ежегодными полевыми операциями. Рис. 21: Полевое покрытие в условиях контролируемого движения.Таблица 2: Приблизительные нагрузки на ось для полевого оборудования
| Полевое оборудование | Осевая нагрузка |
|---|---|
| Цистерна для навозной жижи (4200 галлонов) | 10-12 тонн на ось |
| Цистерна для навозной жижи (7200 галлонов) | 17-18 тонн на ось |
Комбайн класса 9 (590 л. с., мощность 360 бушелей) | 20 тонн на ось |
| Комбайн 12-рядный (полный с головкой) | 24 тонны на ось |
| Тележка для зерна (720 бушелей, полная, 1 ось) | 22 тонны на ось |
| Тележка для зерна (1200 бушелей, полная, 1 ось) | 35-40 тонн на ось |
| Тележка для зерна (2000 бушелей, полная, 1 ось) | 70-76 тонн на ось |
| Terra-Gator (задняя ось) | 12-18 тонн на ось |
| Трактор 4WD (200 л.с., передний мост) | 7,5 т на ось |
Трактор 4WD (325 л. с., передний мост) | 13 тонн на ось |
| Трактор 4WD (530 л.с., передний мост) | 18 тонн на ось |
Таблица 3: Влияние различных осевых нагрузок на износ дорожного покрытия
| Тип | Оси | Количество проходов до отказа: 6 дюймов бетона на портландцементе (PCC) | Количество проходов до отказа: 7 дюймов PCC* |
|---|---|---|---|
| 5-осный тягач-полуприцеп (80 000 фунтов) | 1 одинарный/2 тандема | 12 000 | 135 000 |
| 7-осный тягач-полуприцеп (96 000 фунтов) | 1 одинарный/2 тандема | 78 000 | 175 000 |
| Тележка для зерна (875 бушелей, 57 000 фунтов, 20% на тягаче) | Одноместный | <10 | <30 |
| Зерновоз (650 бушелей, 42 000 фунтов, 20% на тягаче) | Одноместный | <30 | 270 |
| Комбайн: пустой (32 000 фунтов с кукурузной приставкой) | 2 одинарных (1 шина на асфальте): 26 000 спереди и 6 000 сзади | 887 000 | 1 980 000 |
| Комбайн на 240 бушелей (46 000 фунтов с кукурузной приставкой) | 2 одинарных (1 шина на асфальте): 36 000 спереди и 10 000 сзади | 100 000 | 456 000 |
| Малый пропашной трактор (18 000 фунтов) | 2 одинарных: 11 000 спереди и 7 000 сзади | 1 525 000 | 3 410 000 |
| Резервуары для жидкого навоза (7 500 галлонов, 71 000 фунтов) | 2 тандема | <10 | <30 |
Джоди ДеДжонг-Хьюз, преподаватель дополнительного образования
Отзыв в 2018
Обзор страницы
Frost Action – Pavement Interactive
Frost Action может быть очень вредным для дорожных покрытий и относится к двум отдельным, но связанным процессам:
- Морозное пучение. Движение грунтового основания вверх в результате расширения скопившейся влаги почвы при ее замерзании.
- Ослабление оттепели. Ослабление грунтового основания в результате насыщения почвы по мере таяния льда в почве.
Движение грунтового основания вверх в результате расширения скопившейся влаги почвы при ее замерзании.Морозный подъем
Рис. 1. Морозное пучение на городской улице в центральной Швеции.
Морозное пучение грунта вызывается кристаллизацией льда в более крупных пустотах грунта и, как правило, последующим расширением с образованием сплошных ледяных линз, пластов, прожилок или других ледяных масс. Ледяная линза растет за счет капиллярного подъема и утолщается в направлении теплопередачи до тех пор, пока запасы воды не истощатся или пока условия замерзания на границе замерзания не перестанут поддерживать дальнейшую кристаллизацию. По мере роста ледяной линзы вышележащий грунт и дорожное покрытие будут «вздыматься», что может привести к растрескиванию и шероховатости дорожного покрытия (см. рис. 1). Эта проблема возникает в основном в почвах, содержащих мелкие частицы (часто называемых «замерзающими» почвами), в то время как чистые пески и гравий (небольшое количество мелких частиц) не подвержены заморозкам (NFS).
Таким образом, степень восприимчивости к заморозкам в основном зависит от процентного содержания мелких частиц в почве. Многие агентства классифицируют материалы как восприимчивые к морозу, если 10 или более процентов проходят через сито с размером отверстий 0,075 мм (№ 200) или 3 процента или более проходят через сито с размером ячеек 0,02 мм (№ 635). На рис. 2 показано образование ледяных линз в восприимчивом к морозу грунте.
Рис. 2. Формирование ледяных линз в конструкции дорожной одежды.
Три элемента, необходимые для ледяных линз и, следовательно, морозного пучения:
- Почва, восприимчивая к морозу (значительное количество мелких частиц).
- Низкие температуры (температуры замерзания должны проникать в почву, и, как правило, толщина ледяной линзы будет больше при более медленной скорости замерзания).
- Вода (должна поступать из грунтовых вод, инфильтрации, водоносного горизонта или содержаться в пустотах мелкозернистого грунта).
Удалите любое из трех вышеперечисленных условий, и эффекты замерзания будут устранены или, по крайней мере, сведены к минимуму. Если три условия выполняются равномерно, то и пучение будет равномерным; в противном случае произойдет дифференциальное вспучивание, что приведет к растрескиванию и шероховатости дорожного покрытия. Дифференциальное пучение более вероятно в таких местах, как:
- Там, где грунтовое полотно меняется с чистых, нечувствительных к морозу (NFS) песков на илистые материалы, восприимчивые к морозу.
- Резкие переходы от выемки к заполнению грунтовыми водами близко к поверхности.
- Там, где при раскопках вскрываются водоносные пласты.
- Дренажи, водопропускные трубы и т. д. часто приводят к резкому дифференциальному пучению из-за различного материала обратной засыпки или уплотнения, а также того факта, что открытые подземные трубы изменяют тепловые условия (т. е. отводят тепло, что приводит к более мерзлому грунту).
Дополнительные факторы, влияющие на степень морозоустойчивости (или пучинистости грунта):
- Скорость отвода тепла.
- Температурный градиент
- Подвижность воды (например, проницаемость почвы)
- Глубина грунтовых вод
- Тип и состояние почвы (например, плотность, текстура, структура и т. д.)
Критерий Касагранде
В 1932 году д-р Артур Касагранде предложил следующий широко известный эмпирический критерий для определения потенциально восприимчивых к морозу почв:
сегрегация в неоднородных почвах, содержащих более 3% зерен размером менее 0,02 мм, и в очень однородных почвах, содержащих более 10% зерен размером менее 0,02 мм. В почвах, содержащих менее 1 процента зерен размером менее 0,02 мм, сегрегации льда не наблюдалось, даже если уровень грунтовых вод находится на уровне линии промерзания».
Применение критерия Касагранде требует ареометрического испытания почвенной суспензии (в воде) для определения распределения частиц, проходящих через сито 0,075 мм, и для расчета процентного содержания частиц мельче 0,02 мм.
Оттаивание Ослабление
Оттаивание, по существу, представляет собой таяние льда, содержащегося в земляном полотне. По мере того, как лед тает и превращается в жидкость, он не может достаточно быстро вытекать из почвы, поэтому земляное полотно становится значительно слабее (менее жестким) и теряет несущую способность. Следовательно, нагрузка, которая обычно не повреждает данное дорожное покрытие, может быть весьма вредной в периоды оттепелей (например, весенней оттепели). На рис. 3 приведен пример типичного изменения прогиба дорожного покрытия в течение года, вызванного зимним замерзанием и весенним оттаиванием. На рис. 4 показано повреждение дорожной одежды в результате ослабления оттаивания.
Рис. 3. Типичные прогибы дорожного покрытия, иллюстрирующие сезонные изменения прочности дорожного покрытия (на участке государственной трассы 172 в штате Вашингтон).
Рис. 4. Повреждение от замерзания.
Оттаивание может происходить сверху вниз, снизу вверх или обоими способами.
Как это происходит, зависит главным образом от температуры поверхности дорожного покрытия. Во время внезапной весенней оттепели таяние будет происходить почти полностью с поверхности вниз. Этот тип оттаивания приводит к крайне плохим дренажным условиям. Мерзлая почва под талым слоем может удерживать воду, высвобождаемую линзами таяния льда, так что боковой и поверхностный дренаж являются единственными путями, по которым вода может идти.
Tabor (1930 [1] ) также отметил дополнительный эффект:
«Влияние повторного замораживания после оттепели усиливается еще и тем, что первое замораживание оставляет почву в более или менее разрыхленном или расширенном состоянии ».
Это наблюдение показывает, что (1) уменьшенная плотность материалов основания или земляного полотна помогает объяснить длительный период восстановления жесткости или прочности материала после оттаивания, и (2) повторное замораживание после первоначального оттаивания может создать потенциал для большего ослабления, когда происходит «окончательное» оттепель.
Источники воды
Две основные формы действия мороза (пучение и оттаивание) требуют воды. Источники воды можно разделить на две широкие категории:
- Поверхностные воды . Попадает в дорожное покрытие главным образом путем проникновения через поверхностные трещины и стыки, а также через прилегающие грунтовые поверхности в периоды дождя и таяния снега и льда. Многие покрытия без трещин не являются полностью непроницаемыми для влаги.
- Подземные воды . Может поступать из трех основных источников:
- Уровень грунтовых вод (или выступающий уровень грунтовых вод).
- Влага, удерживаемая в почвенных пустотах или вытягиваемая вверх от уровня грунтовых вод под действием капиллярных сил.
- Влага, перемещающаяся в поперечном направлении под покрытием из внешнего источника (например, из водопроницаемых водоносных слоев и т. д.).
Оценка глубины промерзания или оттаивания тротуаров
В этом разделе обсуждаются методы оценки глубины промерзания.
Такая оценка полезна при проектировании для условий мороза, но чрезмерно упрощает сложные условия, которые сопровождают различные материалы дорожного покрытия, глубину промерзания и источники воды. Основная терминология содержится на отдельной странице. Все единицы измерения будут стандартными для США из-за исходного материала. На связанных страницах представлены две формулы:
- Модифицированная формула Берггрена
- Стефан Формула
Смягчение воздействия мороза
Смягчение воздействия мороза и его пагубных последствий, как правило, включает рассмотрение конструкции конструкции, а также другие методы, применяемые к основанию и земляному полотну для ограничения воздействия мороза. Основные используемые методы можно разделить на следующие категории:
- Ограничение глубины промерзания грунта земляного полотна . Обычно это достигается путем задания толщины дорожного покрытия в виде некоторого минимального процента от глубины промерзания. За счет удлинения участка дорожного покрытия до глубины промерзания глубина подверженного промерзанию земляного полотна под покрытием (между нижней частью конструкции покрытия и глубиной промерзания) уменьшается. Предполагается, что уменьшенная глубина почвы под воздействием мороза вызовет соответственно меньший ущерб.
- Удаление и замена морозостойкого основания. В идеале земляное полотно должно быть удалено, по крайней мере, до типичной глубины промерзания. Удаление восприимчивых к морозу почв устраняет действие мороза.
- Расчет конструкции дорожного покрытия на основе уменьшенной опоры земляного полотна . Этот метод просто увеличивает толщину дорожного покрытия, чтобы учесть ущерб и потерю опоры, вызванные воздействием мороза.
- Обеспечение разрыва капилляров . При нарушении пути капиллярного потока действие мороза будет менее сильным, поскольку, как Табор (1930 [1] ), для морозного пучения требуется значительно больше воды, чем имеется в естественных условиях в порах почвы.
За счет удлинения участка дорожного покрытия до глубины промерзания глубина подверженного промерзанию земляного полотна под покрытием (между нижней частью конструкции покрытия и глубиной промерзания) уменьшается. Предполагается, что уменьшенная глубина почвы под воздействием мороза вызовет соответственно меньший ущерб.
Влияние замерзания и оттаивания на техническое обслуживание
Расчетный индекс замерзания (FI) и индекс оттаивания (TI) можно использовать для оценки глубины промерзания на конкретном участке и последующего оттаивания. Обслуживающий персонал может использовать TI для оценки потребности в ограничениях сезонной нагрузки (рис. 5). Следующие общие рекомендации относительно весенних ограничений нагрузки на шоссе были разработаны и оценены в ходе исследования, проведенного в штате Вашингтон (Rutherford et al., 19).85 [2] ; Mahoney et al., 1986 [3] ):
Рисунок 5. Знак ограничения аварийной нагрузки.
- Где применять ограничения по нагрузке . Если прогибы поверхности дорожного покрытия доступны агентству, прогибы весенней оттепели, превышающие 45-50% летних прогибов, предполагают необходимость ограничения нагрузки. Кроме того, следует учитывать такие факторы, как глубина промерзания (как правило, районы с индексом промерзания воздуха 400 °F-дней или более), толщина поверхности дорожного покрытия, состояние влажности, тип грунтового основания и местный опыт. Основания с унифицированной классификацией грунта ML, MH, CL и CH приведут к наибольшему ослаблению дорожного покрытия.
- Величина снижения нагрузки . Минимальный уровень снижения нагрузки должен составлять 20 процентов. Снижение нагрузки более чем на 60 процентов обычно не гарантируется из-за потенциального повреждения дорожного покрытия. Диапазон снижения нагрузки от 40 до 50 процентов должен соответствовать широкому диапазону условий дорожного покрытия.
- Когда применять ограничения нагрузки . Ограничения нагрузки «должны» применяться после накопления индекса оттаивания (TI) около 25 °F-дней (на основе исходной температуры воздуха 29°F) и «должен» применяться при TI около 50 °F-дней (опять же на основе исходной температуры воздуха 29 °F). Соответствующие уровни TI меньше для тонких дорожных одежд (например, два дюйма HMA и шесть дюймов основания из заполнителя или меньше), поскольку уровень TI «следует применять» составляет 10 °F-дней, а уровень «обязательный» TI составляет 40 °F. -дней.
- Когда снимать ограничения нагрузки . Рекомендуются два подхода, оба из которых основаны на температуре воздуха. Продолжительность периода ограничения нагрузки можно непосредственно оценить по следующей зависимости, которая является функцией индекса замерзания (FI):
Основания с унифицированной классификацией грунта ML, MH, CL и CH приведут к наибольшему ослаблению дорожного покрытия.
-дней.Продолжительность (дни) = 25 + 0,01 (FI)
Продолжительность также можно оценить с помощью TI и следующего грубого соотношения:
TI = 0,3 (FI)
Мороз Сводка действий
Морозостойкость является серьезной проблемой при проектировании дорожного покрытия в тех частях страны, где грунт регулярно подвергается промерзанию. Без надлежащих мер предосторожности сильные морозы могут разрушить новое дорожное покрытие в течение одного-двух лет. При принятии надлежащих мер предосторожности необходимо бороться с двумя основными типами замерзания:
- Морозное пучение . Возникает в результате накопления влаги в почве в период заморозков. Эти скопления (ледяные линзы) расширяются перпендикулярно направлению теплового потока и выталкивают дорожное покрытие вверх, часто вызывая сильное растрескивание.
- Ослабление оттепели . Если земляное полотно замерзло, оно может сильно ослабнуть при оттаивании (обычно весной). Таким образом, нагрузка, которая обычно не повреждает данное дорожное покрытие, может быть весьма вредной в период оттепели.
Эти скопления (ледяные линзы) расширяются перпендикулярно направлению теплового потока и выталкивают дорожное покрытие вверх, часто вызывая сильное растрескивание.Воздействие промерзания можно дополнительно охарактеризовать типичной глубиной промерзания грунтового основания в определенной области. Эту глубину можно оценить с помощью нескольких уравнений, включая формулу Стефана и модифицированную формулу Берггрена. Как только эта глубина известна, ее можно использовать в качестве исходных данных для проектирования конструкции дорожного покрытия, чтобы смягчить пагубные последствия воздействия мороза. Методы смягчения последствий можно разделить на четыре широкие категории:
- Ограничение глубины залегания восприимчивого к морозу материала под конструкцией дорожного покрытия.
- Снимите и замените морозостойкое основание.
- Расчет конструкции дорожного покрытия на основе уменьшенной опоры земляного полотна.
- Разорвать капиллярный путь грунтовых вод.
Если воздействие мороза не может быть адекватно смягчено, это может привести к серьезному повреждению дорожного покрытия (в случае морозного пучения) или потере несущей способности (в случае ослабления оттаивания). Варианты технического обслуживания для решения этих проблем ограничиваются ремонтом или заменой дорожного покрытия (в случае морозного пучения) или ограничением нагрузки на дорожное покрытие во время весеннего оттаивания (в случае ослабления оттаивания).
Сноски (↵ возвращается к тексту)- Замерзание и оттаивание грунтов как факторы разрушения дорожных одежд. Дороги общего пользования , vol. 11, нет. 6. Министерство сельского хозяйства США, Бюро дорог общего пользования. Вашингтон, округ Колумбия ↵
- Инструкции по ограничениям использования автомагистралей Spring .
