Температура почвы под фундаментом

Как влияет сезонная температура грунта на возведение фундаментов

Долговечность и надежность здания, в первую очередь, зависят от правильного подбора типа и конструкции фундамента. Без знания особенностей почвы на строительной площадке, о том, как влияет среднегодовая температура грунта на функционирование системы: «основание-фундамент-постройка» надежное возведение здания невозможно. Поэтому в этой статье мы поговорим о грунтах.

Немного общих сведений о грунтах

Строители делят основания на скальные и нескальные. К нескальным видам, помимо крупнообломочных и биогенных почв относятся глинистые и песчаные. Первые подразделяются на: гравелистые грунты, крупные, средние, мелкие и пылеватые. Биогенные почвы: суглинки, супеси и глины. Они отличаются количеством песчаных частиц. Грунты состоят из минеральных частиц, воздуха и воды. Размер частиц значительно влияет на физические характеристики почв. При передаче нагрузки от здания на фундамент грунт сжимается, и происходит усадка постройки и ее основания. При возведении фундаментов проектировщики сверяются со «СНиП», в которых обязательно требование ограничения усадок допустимыми параметрами. При избранной площади фундаментов, условия обеспечения приемлемых усадок выполняются, если давление от здания на его основание не выше рассчитанного сопротивления грунта, которое определяется в ходе инженерно-геологических работ.

Наибольшая часть России относится к зоне грунтов сезонно промерзающих, которые проявляют зимой пучинистость.

При замерзании таких оснований, когда температура грунта падает ниже 0◦, начинаются подвижки зданий, с направлением вверх, при оттаивании почвы деформации направляются вниз. Грунты обладают разной степенью пучинистости – от мало пучинистых до чрезмерно пучинистых. Это свойство основания зависит от его типа, от среднегодовой температуры грунта, плотности и степени влажности, а главное – от того, на каком уровне залегают подпочвенные воды. Поэтому главной целью инженерно-геологических работ при возведении зданий является нахождение расчетного сопротивления основания и степени его пучинистости.

Температура промерзания грунта – важнейший показатель при проектировании фундаментов

Влага, переходя в лед, увеличивается в объемах на 9%, что и приводит к пучению почвы. Подпочвенные воды находятся на определенной глубине, уровень которой в течение года может существенно варьироваться. Определяя степень пучинистости грунтов, специалисты расчетным принимают уровень подпочвенных вод в осенний период. Из-за смачиваемости почвы и поверхностного натяжения воды часть капилляров и пор в ней над уровнем подпочвенных вод пропитаны водой. Чем меньший диаметр поры имеют, тем выше оказывается подъем влаги. В верхнем слое грунта вода постоянно испаряется. Из-за нарушаемого равновесия, вода начинает подниматься из нижних почвенных слоев к поверхности, где зимой и замерзает. Начинается процесс увеличения объемов льдов, которые стремятся раздвинуть почву по всем направлениям. Но по всей горизонтали идут те же изменения и по этому направлению силы пучения становятся равновесными. Продвижению почвы вниз препятствует, имеющий большую плотность, лежащий ниже грунт. Из-за этого деформации имеют направление в сторону более свободной поверхности. В сильно пучинистых почвах деформация достигает 15-20см. Чем глубже промерзание грунта, тем сильнее деформации пучения.

Глубиной промерзания основания считается толщина от дневной поверхности, зимой постоянно очищаемой от снегов, до подошвы твердомерзлой почвы. Температуру на границах твердомерзлых слоев называют температурой замерзания грунта. Так как температурой замерзания различных песков является 0◦, а глин и суглинков -10◦, то становится ясно, почему при единых условиях наибольшая глубина промерзания – в песчаных грунтах, а наименьшая – в глинах и суглинках. В различные годы на одном и том же месте почва промерзает на разную глубину. За норму берут среднее значение глубины промерзания за 10 лет наблюдений. При понижении температуры грунта на глубине ниже определенных величин пучение прекращается. Поэтому, в промерзающем почвенном слое есть активная зона деформаций, которая ограничивается снизу температурой промерзания грунта, а сверху – температурой остановки пучения. В зависимости от показателей температуры на поверхности, толщина активной зоны деформаций равна толщине промерзающего слоя почвы или же его части. При высокой отрицательной температуре почвы, зона активных деформаций увеличивается, а скорость промерзания снижается. Это ведет к накапливанию в активных зонах пучения больших деформаций, чем при очень низкой отрицательной температуре и увеличенной скорости промерзания. Из-за этого при потеплении пучинистые основания не становятся опасными в меньшей степени.

Для целостности конструкций здания не так страшен абсолютный показатель сил пучения, как неодинаковые величины деформаций в разных местах строения. Особенно боятся неравномерных деформаций стены из штучных элементов – камня, кирпича и т.д.

Весной с юга снег растаивает более быстро, чем с севера. Образовавшаяся вода при похолодании подтягивается под не отапливаемую постройку, под которой почва еще не оттаяла из-за экранного эффекта. Возникают силы пучения, которые выворачивают неправильно сделанные фундаменты столбчатого типа и их забутовку в южную сторону. Чем мельче фракции почвы, тем с больших глубин от уровня подпочвенных вод происходит водная подпитка процессов пучения. Для глин этот показатель доходит до 3,5м.

Крупно- и средне фракционные пески относят к почти не пучинистым грунтам. Остальные основания потенциально пучинистые. Присутствие крупных пор, небольшая поверхность зерен, которые не способны удержать в достаточном объеме влагу, а главное – отсутствие пучения при нулевой температуре грунта, не создают условий для подъема воды к фронту промерзания. В лед превращается только «своя» влага. Деформаций не происходит или они происходят в небольших размерах. Даже влажные крупные пески с порами, которые составляют 40%, при замерзании увеличиваются в объеме на 3.5%, что намного меньше увеличения пучинистых грунтов.

Строительные характеристики деформируемых почв улучшают, применяя песок.

Если подушка насыщается влагой вверху промерзающего слоя, это говорит о том, что фундамент сооружен неправильно и конструктивные и мелиоративные мероприятия были недостаточны.

Отметим еще одно свойство промерзающих почв. Есть такое явление: горные ледники под собственной массой «текут». Это обусловлено тем, что мгновенная механическая прочность льда под нагрузками велика, а протяженная во времени – практически стремится к нулю. За зимний период, в находящемся под давлением здания промерзшем песке проявляется спад напряжений из-за деформаций текучести льдов. Эти явления сопровождаются «депланацией» – искривлением почвенных слоев. В итоге, деформации морозного пучения песка под фундаментом и на ближайшем расстоянии от него, отсутствуют или существенно меньшие, чем на границе: песчаная подушка – глинистый грунт. Чем больше слой песка, отделяющий нижнюю кромку фундамента от пучинистого основания, тем больше депланация и тем влияние сил пучения на фундамент меньше. Это качество песка широко применяется при возведении фундаментов мелкозаглубленного типа.

При обустройстве фундаментов необходимо учитывать силы пучения

Строители выделяют два вида сил пучения, воздействующих на фундаменты. Нормальные действуют на подошву основ построек. Касательные силы пучения воздействуют на боковой части фундаментов. Динамометр, закрепленный между упорной системой и фундаментом, в ходе промерзания суглинка (сильно пучинистый грунт), будет показывать прямо пропорциональный рост сил пучения, воздействующих на незаглубленный фундамент. Условно – при толщине промерзания в 1м он будет фиксировать значения нормальной силы пучения около 49.5 тс/м². Чем больше глубина промерзания, тем эти показатели будут выше. Следует сказать, что чем большее заглубление имеет фундамент, тем меньшие силы морозного пучения разрушают его подошву. Но, зато, растут суммарно удельные касательные силы деформаций, давящие на боковые части опор сооружений. Согласно Пособию к СНиП 2.02.01-83, удельная касательная сила морозного пучения, при глубинах промерзания до 1.5м, достигает в слабо пучинистых почвах – 7 тс/м², в средне пучинистых почвах – 9 тс/м², в сильно пучинистых почвах 11 тс/м².

Важно: только получив ясное представление о том, какова температура грунта на глубине в данной местности, а также силы морозного пучения, величина деформаций и особенности их проявления, можно понять суть мероприятий, которые необходимо провести при возведении фундамента легкого сооружения в данном пучинистом грунте.

Как взаимосвязаны температура грунта и правильность сооружения фундамента

В пучинистых типах грунтов глубина заложения подошвы фундамента тесным образом связана с расчетными глубинами промерзания. Этот показатель несколько отличается от нормативных значений. Например, нормы глубин промерзания почвы в Московской области -1,4метра. Расчетные глубины промерзания для обогреваемых построек зависят от конструкции строения в цокольной части, вида полов и перепада температур в здании. Если полы, будут обустроены по цокольному перекрытию и температуры в здании не будут ниже +15°С, то расчетная глубина замерзания составит 1.1м. Соответственно, если конструкция полов иная, также как и режимы температур в отапливаемом здании, расчетная глубина замерзания грунта также может меняться в меньшую или большую сторону. Для не отапливаемых построек, не важно – какова конструкция полов, расчетные глубины промерзания в Московской области равны 1.54метра. Фундаменты же тяжелых сооружений в этом случае должны заглубляться на 1.6м. Раньше считалось, что здание «тяжелое», если его масса выше суммарных касательных сил морозного пучения, воздействующих на боковые части фундамента, который заглублен, ниже расчетных глубин промерзания.

При заглубленном типе основы необходимо придать зданию устойчивость, то есть фундамент под давлением касательных деформационных сил не должен отрываться от грунта. Иначе под подошвой основы появляется полость, в которую падает почва обратной засыпки или осыпается земля с траншейных стен. Весной, в этом случае, фундамент не встанет на свое место, и начнутся процессы накапливания деформаций остаточного свойства. При возведении многоэтажных зданий и тяжелых конструкций условия устойчивости в пучинистых почвах, в большинстве случаев, выполняются. Масса постройки достаточна, чтобы уравновесить силы пучения. А в малоэтажных усадебных, дачных домах, гаражах, расположенных на средне- и сильно пучинистых основаниях, условия устойчивости при заглубленных типах фундаментов, чаще всего, не выполняется.

Глубина закладки фундамента не зависима от расчетных глубин замерзания в том случае, если грунт не деформируется. Это справедливо также, если расчеты могут обеспечить эксплуатационную надежность будущего фундамента в зоне пучинистых почв. Этому критерию отвечают основы зданий мелко заглубленного типа. Их закладывают в грунт только до той глубины, при которой касательные силы морозного пучения, не выше давления постройки, поэтому фундамент не отрывается от основания и остается устойчивым. При этом допустима не только некоторая усадка строения, но и небольшие деформации под воздействием нормальных сил морозного пучения. Например, по строительным нормам для кирпичной кладки допустимы значения абсолютной деформации пучения стен, не превышающие 2.5см. Относительные же деформации (то есть – прогиб/выгиб) стен – не должны быть более 0,0005. Это означает, что на длину стен в 10м деформация допустима не больше 5мм.

Если в вашей местности температура грунта зимой очень низкая и деформации пучения выше допустимых пределов, часть грунта под фундаментом необходимо заменить не пучинистым материалом на ту глубину, при которой оставшийся слой пучинистого основания провоцировал бы допустимые величины деформаций. Но этой меры будет недостаточно для гарантированной надежности фундамента. Нужно нейтрализовать неравномерность деформаций в различных местах здания. Это можно сделать, увеличив пространственную жесткость фундамента. На средне – и сильно пучинистых грунтах надо заливать железобетонный ленточный фундамент монолитного типа, внешние части которого будут связанны с внутренними в одну жесткую конструкцию.

Мелко заглубленные фундаменты делятся на плитные, ленточные и столбчатые. Столбчатые основы рекомендованы к возведению на почти не пучинистых и слабо пучинистых почвах, ленточные – на слабо-, средне – и сильно пучинистых основаниях, плитные – на сильно пучинистых почвах, которые обладают низкой несущей способностью: на торфяных, заболоченных, илистых, глинистых грунтах с мягкопластичной консистенцией.

Правильно возведенные мелко заглубленные фундаменты примерно в 1,5-2 раза более экономичны, чем основы строений и сооружений, закладываемые ниже расчетных глубин промерзания.

Источник

Тема: Температура под плитным фундаментом

Опции темы

Поиск по теме

Отображение

Температура под плитным фундаментом

Подскажите, пожалуйста, какую температуру земли берут при расчете фундамента на теплопроводность. Фундамент — незаглубленная монолитная плита. Так как эта плита является также полом, то хотелось посчитать, какую надо теплоизоляцию положить, чтобы пол не был холодным.
Для стен в снипах = -20, а для пола = ?
Так как над фундаментом будет теплоизоляция, то земля, как мне кажется, от дома прогреваться не будет, но в то же время она не должна и особо промерзнуть. Хотя может и ошибаюсь.
PS: уровень промерзания = 1,80 м

Я что-то не встречал в СНиПах таких показателей. Но когда считал для себя, то исходил из информации, что под Москвой глубина промерзания (т.е. 0 град.С) равна 1,4 м. Обычно в расчетах теплопроводность грунта в условиях естественной влажности берется равным 2ВТ/Мхград.
Значит, если Вы хотите рассчитать необходимый теплозащитный уровень пола, то исходите из забортной температуры 0град., но прибавляйте величину теплозащиты, обеспечиваемой 1,4 м грунта.

У меня вопрос. А хоть какое-нибудь тепло исходит из земли? Ну должно же. А то я что-то напрягаться начинаю. Теплоизоляцию куда класть? Под плиту, под стяжку внутри малозаглубленной ленты, или снаружи плиты? По деньгам — разница не очень большая, между лентой со стяжкой и с плитой.

В погребе обычно плюс.

Теплопроводность от температуры (обычной земной) не зависит (при — 100 град. С — да, изменяется немного).
Теплопотери — да, зависят, но в методиках расчета теплопотерь все сводится к нормативным усредненным значениям (средняя температура, длительность отопительного периода, а раньше применяли ГСОП — градусо-сутки отопительного периода).
А тепло от земли видимо учитывается в коэффициенте снижения теплопотерь в расчетах (обычно 0,5) — т.е. рассчитанные исходя из R теплопотери через пол уменьшаются в 2 раза.
А температура под фундаментом Вам ничего не даст — она постоянно меняется, и в том числе в зависимости от уровня теплоизоляции пола — чем хуже теплоизоляция, тем больше тепла из дома идет на нагрев земли под домом.

В одном из форумов гелО выкладывал такую ссылку;
«Геотермическая ступень, увеличение глубины в земной коре (в метрах), соответствующее повышению температуры горных пород на 1°С.
В среднем Геотермическая ступень равна 3040 м; в кристаллических породах в несколько раз больше (до 120200 м), чем в осадочных. Колеблется в значительных пределах в зависимости от глубины и места (от 5 до 150 м).
Для Москвы средняя величина Геотермической ступени равна 38,4 м». Геотермальная мощность на поверхности составляет в среднем 0,03 Вт/м.кв.»
На глубине 2м от поверхности грунта температура постоянна примерно плюс 2гр.С для МО.

Источник