Пучинистые грунты как определить: Как своими силами определить пучинистость грунта

Разное

Содержание

Как своими силами определить пучинистость грунта

Явления пучинистости грунта – очень опасные для фундаментов малоэтажных зданий процессы. Возникают они во влажных и влагонасыщенных пылеватых, мелкопесчаных и глинистых грунтах (глинах, суглинках, супесях) при их сезонном промерзании. Насыщенная водой масса при замерзании увеличивается. Это увеличение грунта называют морозным пучением грунта.

В глинах или мелких песках вода, из-за капиллярного эффекта, поднимается от уровня залегания грунтовых вод.

Поднятие воды достигает:

  • в песках пылеватых – 0,51,1м;
  • в супесях – 11,8м;
  • в суглинках – 45,5м.

В крупнозернистых песках, гальке, щебне, гравии капиллярный эффект отсутствует, т.е. вода не поднимается, а грунт остаётся влажным строго на уровне грунтовых вод. Такие грунты считаются непучинистыми.

По степени пучинистости грунты делятся на:

  • слабопучинистые – пучение около 4%;
  • среднепучинистые – пучение около 8%;
  • сильнопучинистые – пучение около 12%.

Так, при глубине промерзания 1,3м для сильнопучинистого грунта пучение составит: 1,3х12/100=0,16м, т.е. 16см. Пучинистость грунта зависит как от его состава, так и от уровня подземных вод.

Для того, чтобы определить на участке строительства уровень грунтовых вод (УГВ), необходимо откопать шурф глубиной до 2м. Если, со временем, вода в шурфе отсутствует, то садовым буром бурят скважину ещё на 1,5м. Если вода в скважине появилась, замеряют обычной планкой расстояние от поверхности грунта до УГВ.

Зная тип грунта (который также определяется визуально) и УГВ, можно определить степень пучинистости любого грунта.

Итак, слабопучинистыми грунтами являются грунты, если УГВ находится ниже расчётной глубины сезонного промерзания:

  • для пылеватых песков – на 0,5м и менее;
  • для супесей — на 1,0м и менее;
  • для суглинков – на 1,5м и менее;
  • для глин — на 2,0м и менее.

Среднепучинистыми грунтами являются грунты, если УГВ находится ниже расчётной глубины сезонного промерзания:

  • для супесей — на 0,5м и менее;
  • для суглинков – на 1,0м и менее;
  • для глин – на 1,5м и менее.

Сильнопучинистыми грунтами являются грунты, если УГВ находится ниже расчётной глубины сезонного промерзания:

  • для супесей – на 0,3м и менее;
  • для суглинков – на 0,7м и менее;
  • для глин – на 1,0м и менее.

Следует обратить внимание, что смесь гравия или крупного песка с глиной или пылеватым песком будет в полной мере относиться к пучинистым грунтам.


Похожие материалы:

Новые материалы:

Предыдущие материалы:


Как определить тип грунта. Как определить пучинистый грунт

Любое строительство начинается с исследования грунта. На уже застроенной территории этот этап можно пропустить и воспользоваться результатами исследований, проведенных для других построек. Но часто застройка участка начинается именно с гаража. Хороший пример – каркасный гараж-дом, который был построен нами в качестве склада стройматериалов и временного жилища для строителей.

Нужно хорошо представлять, на каком грунте вы строите гараж. Исходя из его свойств выбирается тип и рассчитываются параметры фундамента. Неправильно спроектированный фундамент в лучшем случае может обойтись дороже, чем это необходимо, а в худшем – разрушиться.

Пучение грунта – одна из самых серьёзных опасностей, подстерегающих построенные без проведения должных исследований фундаменты. Впрочем, о неправильной усадке тоже не стоит забывать.

Таблица для определения степени пучинистости грунта. Z – величина, показывающая на сколько метров уровень грунтовых вод находится ниже глубины промерзания

Если вы не хотите воспользоваться услугами специалистов, для начала придётся выкопать на месте будущей постройки яму два метра глубиной с аккуратными вертикальными стенками. Так вы сможете визуально определить тип грунта. Кроме того, вы можете провести простой эксперимент, который поможет развеять ваши сомнения, если они у вас будут.

Берёте горсть грунта и добавляете в неё воды. Скатываете «сосиску» и, внимание, самый ответственный момент, сворачивате из неё бублик. В зависимости от того, что произошло с «сосиской», делаем выводы:

  • Получился отличный бублик – это глина;
  • «Сосиска» развалилась на несколько частей – суглинок;
  • «Сосиска» рассыпалась на мелкие части – супесь;
  • Не получилось даже сделать «сосиску» – песок.

Если на дворе осень, заодно с типом грунта вы можете определить уровень подземных вод. Хуже всего, если на дне ямы появилась вода. Если сухо – лучше всего воспользоваться ручным буром, и увеличить глубину своих знаний об уровне грунтовых вод еще метра на полтора-два. Воды не видно – до грунтовых вод достаточно далеко и вы даже можете сделать подвал или погреб.

Эта таблица поможет определить, какая глубина фундамента для гаража требуется

Но нас интересует не абсолютное значение уровня грунтовых вод, а то, насколько он находится ниже глубины промерзания.  Глубина промерзания – величина нормативная, и определяется из таблицы. Тут стоит учесть, что зимы в последнее время стали мягче, чем раньше, но раз в несколько лет выпадает наоборот, более суровая. Так что если в расчётах предусмотрите дополнительный запас – не ошибётесь.

Не забывайте о том, что сделать фундамент на пучинистом грунте будет гораздо проще, если вы сможет уменьшить воздействие на грунт факторов, вызывающих пучение. Например, сделаете дренаж и утеплите отмостку.

При промерзании грунта, влага из замерзших слоёв выдавливается вниз. И если она не успевает выдавливаться, как раз и происходит пучение.

 

https://stroy-frost.ru/blog/kak-luchshe-zalit-lentochnyj-fundament-raschyot/

Усадка фундамента

Теперь у вас есть все необходимые данные для того, чтобы выбрать тип и глубину фундамента. Осталось рассчитать его ширину. Тут нужно ориентироваться на несущую способность грунта. Если на фундамент могут воздействовать горизонтальные силы пучения – ширина и конструкция фундамента это тоже необходимо учитывать, но тут в двух словах о расчёте не расскажешь.

Расчётное сопротивление грунта поможет определить минимальную площадь фундамента для гаража

Если постройка каркасная, например, гараж из сэндвич-панелей, то нагрузка на фундамент создаётся минимальная и мощная конструкция не требуется. Вопрос, как лучше сделать фундамент, сводится скорее к выбору типа фундамента.

А вот тяжелые капитальные постройки требуют серьёзного подхода к расчёту фундамента, так как нагрузка на грунт тут уже может оказаться вполне сопоставима с предельно допустимой.

Страница не найдена — ГидФундамент

Содержание статьи1 Определение и назначение2  3 Нормативы4 Параметры4.1 Ширина4.2 Глубина4.3 Угол наклона5 Типы и структура6 Самые распространённые виды отмосток6.1 Бетонная6.2 […]

Содержание статьи1 Функции армопояса из кирпича2 Виды поясов3 Пояс из кирпича под перекрытие4 Кирпичный пояс под мауэрлат5 Гидроизоляция и утепление6 […]

Содержание статьи1 Для кровли1.1 Основные функции1.2 Способы возведения1.3 Геометрические параметры1.4 Правила  армирования2 Для перекрытий3 Общие принципы устройства армопояса3.1 Утепление3.2 Бетонирование3.3 […]

Содержание статьи1 Как избежать работ по выравниванию поверхности2 Инструменты для контроля горизонта3 Основной способ4 Практические советы и рекомендации5 Другие способы […]

Содержание статьи1 Виды  армопояса2 Материалы опалубки для армопояса3 Виды опалубки для армопояса4 Крепление опалубки В технологический процесс устройства монолитного армированного […]

Содержание статьи1 Кирпичные фронтоны2 Требования к материалу3 Завершение кладки3. 1 Ровный обрез3.2 Кладка кирпича уступом4 Гидроизоляция под мауэрлат5 Способы крепления мауэрлата5.1 […]

Содержание статьи1 Последствия неправильного выбора арматуры2 Понимание процесса работы арматуры в ленточном фундаменте3 Критерии надёжности4 Виды5 Классификация5.1 Классы5.2 Дополняющие литеры5.3 […]

Содержание статьи1 Виды монолитных лестниц2 Типы и назначение арматуры3 Практические рекомендации4 Особенности расчёта армирования лестницы4.1 Задачи армирования4.2 Угол подъёма4.3 Место […]

Содержание статьи1 Задачи армирования2 Основная функция защитного слоя3 Факторы формирования толщины4 Нормативы и допуски защитного слоя бетона5 Ошибки6 Восстановление защитного […]

Содержание статьи1 Особенности устройства кирпичной фундаментной ленты2 Свойства грунтов3 Выбор конструкции4 Достоинства5 Выбор кирпича для фундамента5.1 Размеры5.2 Маркировка6 Ленточный фундамент7 […]

Страница не найдена — ГидФундамент

Содержание статьи1 Определение и назначение2  3 Нормативы4 Параметры4. 1 Ширина4.2 Глубина4.3 Угол наклона5 Типы и структура6 Самые распространённые виды отмосток6.1 Бетонная6.2 […]

Содержание статьи1 Функции армопояса из кирпича2 Виды поясов3 Пояс из кирпича под перекрытие4 Кирпичный пояс под мауэрлат5 Гидроизоляция и утепление6 […]

Содержание статьи1 Для кровли1.1 Основные функции1.2 Способы возведения1.3 Геометрические параметры1.4 Правила  армирования2 Для перекрытий3 Общие принципы устройства армопояса3.1 Утепление3.2 Бетонирование3.3 […]

Содержание статьи1 Как избежать работ по выравниванию поверхности2 Инструменты для контроля горизонта3 Основной способ4 Практические советы и рекомендации5 Другие способы […]

Содержание статьи1 Виды  армопояса2 Материалы опалубки для армопояса3 Виды опалубки для армопояса4 Крепление опалубки В технологический процесс устройства монолитного армированного […]

Содержание статьи1 Кирпичные фронтоны2 Требования к материалу3 Завершение кладки3. 1 Ровный обрез3.2 Кладка кирпича уступом4 Гидроизоляция под мауэрлат5 Способы крепления мауэрлата5.1 […]

Содержание статьи1 Последствия неправильного выбора арматуры2 Понимание процесса работы арматуры в ленточном фундаменте3 Критерии надёжности4 Виды5 Классификация5.1 Классы5.2 Дополняющие литеры5.3 […]

Содержание статьи1 Виды монолитных лестниц2 Типы и назначение арматуры3 Практические рекомендации4 Особенности расчёта армирования лестницы4.1 Задачи армирования4.2 Угол подъёма4.3 Место […]

Содержание статьи1 Задачи армирования2 Основная функция защитного слоя3 Факторы формирования толщины4 Нормативы и допуски защитного слоя бетона5 Ошибки6 Восстановление защитного […]

Содержание статьи1 Особенности устройства кирпичной фундаментной ленты2 Свойства грунтов3 Выбор конструкции4 Достоинства5 Выбор кирпича для фундамента5.1 Размеры5.2 Маркировка6 Ленточный фундамент7 […]

Как определить пучинистость грунта?

Особые свойства пучинистых грунтов

Особое свойство оснований, способных вспучиваться, заключается в значительном увеличении объема в результате зимнего промерзания.

Как определить пучинистые грунты? К основаниям, обладающим свойством вспучивания при промерзании, относятся только глинистые (в том числе суглинки) и песчаные грунты (пылеватые, мелкие и средней крупности). Гравелистые и крупные пески к пучинистым не относятся.

Песчаные, глинистые грунты и их разновидности обладают мелкопористой структурой, то есть состоят из мелких минеральных частиц, между которыми имеется множество мелких полостей. Эти полости или поры могут содержать влагу. При понижении температуры ниже нуля влага в грунте замерзает, превращаясь в лед, который, как известно, всегда увеличивается в объеме по сравнению с исходным объемом воды. В результате замерзания воды в порах и происходит увеличение всего объема основания, называемое морозным пучением.

Основания делятся по степени пучинистости, которая зависит от уровня или глубины, на которой залегают подземные воды. Для глинистых оснований еще имеет значение показатель текучести. Приводим следующую таблицу с градацией по степени пучинистости разных видов грунтов.

Степень пучинистости грунтов

Степень пучинистости грунтов Мелкий песок, Z Пылеватый песок, Z Супесь, Z Суглинок, Z Глина, Z Показатель текучести Jl Относительная деформация пучения Efh
Грунты непучинистые > 0,75 > 1 > 1,5 > 2,5 > 3
Грунты слабопучинистые 0,5 — 0,75 0,75 — 1 1 — 1,5 1,5 — 2,5 2 0 — 0,25 0,01 — 0,035
Грунты среднепучинистые 0,5 — 0,75 0,75 — 1 1 — 1,5 1,5 — 2 0,25 — 0,5 0,035 — 0,07
Грунты сильнопучинистые >0,5 > 0,07
  • Основной показатель – это относительная деформация пучения Efh, которая определяется отношением величины подъема поверхности вспучивающегося основания к толщине промерзшего слоя.
  • Показатель Z – это разница между величиной УГВ и глубиной сезонного промерзания, значение которой равно 1,2 м для отапливаемых зданий, и 1,5 м – для неотапливаемых зданий.

Если степень пучинистости по показателям Z и Jl (текучести) отличаются, то принимается большее значение.

Так как пучинистые основания проявляют свои негативные свойства при условии насыщения водой, то существует еще один способ классификации, учитывающий условия увлажнения основания зданий по характеру рельефа местности.

1 Возвышенные и всхолмленные места, водораздельные плато, где грунты могут увлажняться только от атмосферными осадками. Слабопучинистые
2 Равнины, слабовсхолмленные места, пологие склоны с затяжными уклонами, где грунтовые основания увлажняются атмосферными осадками и верховодкой, только частично грунтовыми водами. Среднепучинистые
3 Низины, котловины, заболоченные места, в которых грунтовые основания увлажняются и водонасыщаются атмосферными осадками, верховодкой и грунтовыми водами. Сильнопучинистые

То есть, если по показателям Z и Jl основание относится к  слабопучинистым, но участок строительства расположен в низине или котловине, то следует считать, что грунты сильнопучинистые.

Таким образом, пучинистый грунт – это песчаный или глинистый  грунт, подверженный увлажнению и  сезонному промерзанию.

Распространение пучинистых грунтов на территории России

Так как песчаные и глинистые основания распространены повсеместно, то можно считать, что расположение грунтов с пучинистыми свойствами охватывает почти половину территории России. Сюда входят:

  • западные области РФ: Калининградская, Псковская и Ленинградская области и Республика Карелия;
  • средняя полоса РФ: Владимирская, Калужская, Ивановская, Костромская, Рязанская, Московская, Смоленская, Тверская, Тамбовская, Тульская, Ярославская, Белгородская, Брянская, Вологодская, Воронежская, Кировская, Курская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Ульяновская области, Чувашская Республика;
  • южные части Архангельской и Мурманской областей, Хабаровского края, Республики Якутия, Красноярского края, Иркутской и Тюменской области, Республики Коми;
  • Амурская, Читинская, Новосибирская, Омская, Кемеровская области, Республики Бурятия, Коми, Тыва, Алтай, Свердловская область, Республики Татарстан и Башкортостан, Волгоградская область, Ростовская область, Республика Калмыкия;
  • северные части Краснодарского и Ставропольского краев.

Исключается зона вечной мерзлоты, которая охватывает большую часть территорий Якутии, Красноярского края, Тюменской и Архангельской области, Республики Коми. Зона вечной мерзлоты отличается тем, что грунт там промерзает на сотни метров вглубь, поэтому проблема пучинистых грунтов для этой зоны неактуальна.

Точно так же неактуальна проблема морозного вспучивания для регионов, где в основании зданий залегают в основном грунты скальные и крупнообломочные – это все северокавказские республики и южная часть Ставропольского края.

Кроме того, проблема пучинистости не имеет значения для территорий, где основания практически не промерзают – это южная часть Краснодарского края и Республика Дагестан.

Глубина промерзания наряду с уровнем расположения грунтовых вод является определяющими факторами, влияющими на величину возможного вспучивания основания. Например, в регионах, близких к Байкалу, где глубина промерзания может достигать 2,5 м, подъем поверхности при вспучивании может достигать 30-40 см, в Подмосковье при глубине промерзания 1,5 м подъем поверхности составляет 15-18 см.

Влияние пучинистых грунтов на фундаменты

Морозное пучение вызывает значительное увеличение его объема – величина подъема поверхности может составить  не один десяток сантиметров. При этом возникают усилия, величина которых достигает десятков тонн. Даже если опустить  подошву фундамента ниже глубины сезонного промерзания, это не предотвратит негативное влияние пучинистых сил, так как  они действуют и по боковым поверхностям.

Пучинистость почвы также проявляется в том, что после оттаивания основания при потеплении происходит его осадка, то есть на конструкцию фундаментов периодически воздействуют разнонаправленные силы.

Вес конструкций может компенсировать вспучивание только в случае сооружения здания высотой не менее трех этажей с массивными бетонными или каменными стенами. Для малоэтажной застройки в один-два этажа, тем более из легких конструкций – деревянных каркасных и срубов, из легкобетонных блоков и из кирпича – должен быть подобран и рассчитан специальный фундамент для пучинистого грунта.

Основная опасность отрицательного воздействия пучинистых сил заключается в их неравномерности. Разные части фундаментов здания всегда находятся в неодинаковых условиях. Промерзание происходит только по периметру отапливаемого здания, под фундаментом, на который опираются средние стены, основание не промерзает.

Неравномерность промерзания под зданием

Кроме того, и по периметру ограждающих наружных стен основание промерзает неодинаково – с теневой, северной, стороны больше, с тех сторон, где прогревает солнце, – промерзание меньше. На величину промерзания влияет также толщина снегового покрова, архитектура здания, характер застройки участка.

Все эти факторы вызывают неравномерное воздействие пучинистых сил на разные участки фундаментов и неравномерные деформации в конструкциях, вызывающие самые неблагоприятные последствия – возникновение трещин и других повреждений в ограждающих и несущих конструкциях, которые могут привести к их разрушению.

Фундамент на пучинистых грунтах должен обладать особенностями, способными минимизировать или исключить негативное воздействие этого типа основания.

Мнение эксперта

Если в основании здания залегают грунты с пучинистыми свойствами, следует особенно тщательно подойти к выбору типа фундамента. Очень эффективной после многолетней практики применения зарекомендовала себя конструкция МзЛФ – об устройстве, армировании и расчете которого мы подробно рассказываем в статье«Мелкозаглубленный ленточный фундамент: расчёт глубины, подготовка основания, армирование своими руками и калькулятор расчётов».

Помимо выбора наиболее подходящего типа фундамента при строительстве на пучинистых основаниях, необходимо предусматривать дополнительные мероприятия, направленные на предотвращение замачивания и промерзания: устройство дренажа, утепление отмостки, заполнение пазух уплотненным сыпучим материалом.

Любое строительство начинается с исследования грунта. На уже застроенной территории этот этап можно пропустить и воспользоваться результатами исследований, проведенных для других построек. Но часто застройка участка начинается именно с гаража. Хороший пример – каркасный гараж-дом, который был построен нами в качестве склада стройматериалов и временного жилища для строителей.

Нужно хорошо представлять, на каком грунте вы строите гараж. Исходя из его свойств выбирается тип и рассчитываются параметры фундамента. Неправильно спроектированный фундамент в лучшем случае может обойтись дороже, чем это необходимо, а в худшем – разрушиться.

Пучение грунта – одна из самых серьёзных опасностей, подстерегающих построенные без проведения должных исследований фундаменты. Впрочем, о неправильной усадке тоже не стоит забывать.

Таблица для определения степени пучинистости грунта. Z — величина, показывающая на сколько метров уровень грунтовых вод находится ниже глубины промерзания

Если вы не хотите воспользоваться услугами специалистов, для начала придётся выкопать на месте будущей постройки яму два метра глубиной с аккуратными вертикальными стенками. Так вы сможете визуально определить тип грунта. Кроме того, вы можете провести простой эксперимент, который поможет развеять ваши сомнения, если они у вас будут.

Берёте горсть грунта и добавляете в неё воды. Скатываете «сосиску» и, внимание, самый ответственный момент, сворачивате из неё бублик. В зависимости от того, что произошло с «сосиской», делаем выводы:

  • Получился отличный бублик – это глина;
  • «Сосиска» развалилась на несколько частей – суглинок;
  • «Сосиска» рассыпалась на мелкие части – супесь;
  • Не получилось даже сделать «сосиску» — песок.

Если на дворе осень, заодно с типом грунта вы можете определить уровень подземных вод. Хуже всего, если на дне ямы появилась вода. Если сухо – лучше всего воспользоваться ручным буром, и увеличить глубину своих знаний об уровне грунтовых вод еще метра на полтора-два. Воды не видно – до грунтовых вод достаточно далеко и вы даже можете сделать подвал или погреб.

Эта таблица поможет определить, какая глубина фундамента для гаража требуется

Но нас интересует не абсолютное значение уровня грунтовых вод, а то, насколько он находится ниже глубины промерзания.   Глубина промерзания – величина нормативная, и определяется из таблицы. Тут стоит учесть, что зимы в последнее время стали мягче, чем раньше, но раз в несколько лет выпадает наоборот, более суровая. Так что если в расчётах предусмотрите дополнительный запас – не ошибётесь.

Не забывайте о том, что сделать фундамент на пучинистом грунте будет гораздо проще, если вы сможет уменьшить воздействие на грунт факторов, вызывающих пучение. Например, сделаете дренаж и утеплите отмостку.

При промерзании грунта, влага из замерзших слоёв выдавливается вниз. И если она не успевает выдавливаться, как раз и происходит пучение.

Усадка фундамента

Теперь у вас есть все необходимые данные для того, чтобы выбрать тип и глубину фундамента. Осталось рассчитать его ширину. Тут нужно ориентироваться на несущую способность грунта. Если на фундамент могут воздействовать горизонтальные силы пучения – ширина и конструкция фундамента это тоже необходимо учитывать, но тут в двух словах о расчёте не расскажешь.

Расчётное сопротивление грунта поможет определить минимальную площадь фундамента для гаража

Если постройка каркасная, например, гараж из сэндвич-панелей, то нагрузка на фундамент создаётся минимальная и мощная конструкция не требуется. Вопрос, как лучше сделать фундамент, сводится скорее к выбору типа фундамента.

А вот тяжелые капитальные постройки требуют серьёзного подхода к расчёту фундамента, так как нагрузка на грунт тут уже может оказаться вполне сопоставима с предельно допустимой.

Как своими силами определить пучинистость грунта

Явления пучинистости грунта – очень опасные для фундаментов малоэтажных зданий процессы. Возникают они во влажных и влагонасыщенных пылеватых, мелкопесчаных и глинистых грунтах (глинах, суглинках, супесях) при их сезонном промерзании. Насыщенная водой масса при замерзании увеличивается. Это увеличение грунта называют морозным пучением грунта .

В глинах или мелких песках вода, из-за капиллярного эффекта, поднимается от уровня залегания грунтовых вод.

Поднятие воды достигает:

— в песках пылеватых – 0,51,1м;
— в супесях – 11,8м;
— в суглинках – 45,5м.

В крупнозернистых песках, гальке, щебне, гравии капиллярный эффект отсутствует, т.е. вода не поднимается, а грунт остаётся влажным строго на уровне грунтовых вод. Такие грунты считаются непучинистыми.

По степени пучинистости грунты делятся на:

— слабопучинистые – пучение около 4%;
— среднепучинистые – пучение около 8%;
— сильнопучинистые – пучение около 12%.

Так, при глубине промерзания 1,3м для сильнопучинистого грунта пучение составит: 1,3х12/100=0,16м, т.е. 16см.
Пучинистость грунта зависит как от его состава, так и от уровня подземных вод.

Для того, чтобы определить на участке строительства уровень грунтовых вод (УГВ), необходимо откопать шурф глубиной до 2м. Если, со временем, вода в шурфе отсутствует, то садовым буром бурят скважину ещё на 1,5м. Если вода в скважине появилась, замеряют обычной планкой расстояние от поверхности грунта до УГВ.

Зная тип грунта (который также определяется визуально) и УГВ, можно определить степень пучинистости любого грунта.

Итак, слабопучинистыми грунтами являются грунты, если УГВ находится ниже расчётной глубины сезонного промерзания:

— для пылеватых песков – на 0,5м и менее;
— для супесей — на 1,0м и менее;
— для суглинков – на 1,5м и менее;
— для глин — на 2,0м и менее.

Среднепучинистыми грунтами являются грунты, если УГВ находится ниже расчётной глубины сезонного промерзания:

— для супесей — на 0,5м и менее;
— для суглинков – на 1,0м и менее;
— для глин – на 1,5м и менее.

Сильнопучинистыми грунтами являются грунты, если УГВ находится ниже расчётной глубины сезонного промерзания:

— для супесей – на 0,3м и менее;
— для суглинков – на 0,7м и менее;
— для глин – на 1,0м и менее.

Следует обратить внимание, что смесь гравия или крупного песка с глиной или пылеватым песком будет в полной мере относиться к пучинистым грунтам.

Пучинистый грунт

Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению. Величина, которая показывает, насколько грунт склонен к пучению, — это степень морозной пучинистости, которая определяется как относительное изменение объема грунта при промерзании:

Где E – степень пучинистости, H – высота мерзлого (вспучившегося) грунта, h – высота грунта до замерзания.

Степень пучинистости показывает, на какую величину изменяется объем грунта при промерзании. Пучинистыми называют грунты, у которых степень пучинистости больше 0,01, т.е. это такой грунт, который при промерзании на глубину 1 м увеличивается в объеме более чем на 1 см.

Какие грунты пучинистые?

Пучение происходит из-за того, что содержащаяся в грунте влага замерзает, а, как известно, лед имеет меньшую плотность, нежели вода, и поэтому занимает больший объем. Увеличение объема воды при замерзании и приводит к пучению, поэтому какие грунты пучинистые, а какие нет, зависит от содержания в них воды: чем ее больше в грунте, тем сильнее он вспучивается. К пучинистым относятся все глинистые грунты. глины, суглинки и супеси. В отличие от песка, глина имеет много пор и хорошо удерживает в себе влагу, вода не просачивается между мельчайшими частицами глины и не уходит в более глубокие слои земли. Поэтому чем больше содержание глины, тем более пучинистым является грунт.

Строительство фундамента на пучинистом грунте

Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому строительство фундамента на пучинистом грунте нужно вести только с принятием мер против пучения. Самый радикальный путь – это заменить грунт на непучинистый гравелистый или крупный песок. В этом случае роют большой котлован на глубину больше глубины промерзания, убирают пучинистый грунт и вместо него засыпают и хорошо утрамбовывают песок, который является отличным основанием для фундамента, не удерживает в себе влагу и имеет высокую несущую способность. Этот способ, пожалуй, самый надежный, но и самый затратный – он предполагает очень большой объем земельных работ.

Другой способ строительства устойчивого фундамента на пучинистом грунте – это заложение его на глубину ниже глубины промерзания. В этом случае на основание фундамента не будут действовать силы пучения, но на боковую поверхность пучение действовать будет. И хотя это воздействие на порядок меньше, оно способно создать проблемы: пучинистый грунт будет примерзать к боковой поверхности фундамента и при движении вверх/вниз будет тащить его за собой. Касательная сила пучения может достигать 5 тонн на квадратный метр поверхности. Заложенный на глубину 1,5 м ленточный фундамент дом 6 м на 6 м будет иметь суммарную площадь боковой поверхности 36 м2, а общая касательная сила пучения может поднимать до 180 т. Этого будет достаточно, чтобы поднять деревянный дом, потому что его вес не сможет уравновесить действие пучения. Поэтому заложение фундамента на пучинистом грунте ниже глубины промерзания используется при строительстве тяжелых кирпичных и монолитных железобетонных домов.

Третий способ снизить влияние пучинистого грунта на фундамент – это утепление. Этот вариант больше всего подходит для строительства мелкозаглубленных фундаментов под легкие дома и заключается в том, чтобы избежать замерзания влаги в пучинистом грунте. Укладывая на грунт слой утеплителя, можно добиться того, чтобы грунт вокруг фундамента никогда не промерзал. Ширина полосы утеплителя должна соответствовать глубине промерзания: если земля промерзает на 1,5 м, то утеплять надо вокруг фундамента полосу шириной 1,5 м. Толщина утеплителя зависит от его теплоизоляционных свойств и от климатических условий.

Еще одна мера, которую можно принимать при строительстве фундамента на пучинистом грунте — это отвод воды, ведь если не будет воды, то не будет и пучения. Для отвода воды, содержащейся в грунте, по периметру фундамента устраивают дренаж. в полуметре от фундамента роют канаву на глубину его заложения, в нее укладывают завернутую в фильтрующую ткань перфорированную трубу под небольшим уклоном и засыпают ее крупным песком или гравием. Вода, содержащаяся в грунте, будет стекать к дренажной трубе, попадать в нее через отверстия и по ней отводиться в дренажный колодец. Для естественного отвода воды необходимо, чтобы где-то был более низкий участок местности, куда будет отводиться вода. Для отвода воды атмосферных осадков вокруг фундамента нужно делать отмостку и ливневую канализацию.

К этой статье есть подборка видео (количество видеороликов: 1)

Глинистый грунт – это грунт, который более чем на половину состоит из очень мелких частиц размером менее 0,01 мм, которые имеют форму чешуек или пластин. К глинистым грунтам относятся супесь, суглинок и глина.

В этой статье рассмотрены основные типы грунтов — скальный, крупнообломочный, песчаный и глинистый, каждый из которых имеет свои свойства и отличительные признаки.

Промерзание грунта приводит к его пучению и негативному воздействию на фундамент здания. Глубина промерзания зависит от типа грунта и климатических условий.

Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки и способны выдавить фундамент дома из грунта.

Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.

Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.

Дата публикации: 27.10.2010 14:27:54

© 2009-2015 «Строй своими руками»
Использование материалов сайта «Строй своими руками » разрешено только при условии размещения активной гипертекстовой ссылки на источник.

Какой фундамент более надежен при строительстве на пучинистых грунтах?

Пучинистый грунт – это почвенный массив, который в зимний период года расширяется и оказывает сильное давление на стенки фундамента. Оно приводит к разрушению конструкции, ее «выталкиванию» из котлована.

Воздействие давления при пучении на фундамент

Существуют виды конструкций для возведения в таких условиях и перечень правил для работы: от правильной глубины заложения фундамента до армирования.

Расчет интенсивности пучения на участке

Чтобы произвести расчет степени пучения грунта на стройплощадке своими руками, необходимо воспользоваться формулой: E = ( H — h ) / h. в которой:

  • Е – отвечает степени пучинистости грунта;
  • h – высоте грунтового массива до замерзания;
  • H – высоте грунтового массива после промерзания.

Чтобы сделать расчет степени, необходимо сделать соответствующие замеры в летнее и зимнее время. Пучинистой можно считать почву, высота которой изменилась на 1 см при промерзании на 1 м. С этом случае «Е» будет равняться коэффициенту 0.01.

Процессам пучения больше подвержены грунты, в которых есть большое содержание влаги. Она при замерзании расширяется до состояния льда и тем самым поднимает уровень грунта. Пучинистыми считаются: глинистые почвы, суглинки и супеси. Глина, из-за наличия большого количества пор, хорошо удерживает воду.

Что такое пучинистый грунт и чем он опасен? (видео)

Как снять воздействие пучения на грунт?

Существуют простые способы снять пучение вокруг фундамента своими руками:

  1. Замена слоя грунта под и вокруг основания на непучинистый слой.
  2. Закладка фундамента на грунтовый массив ниже слоя промерзания.
  3. Утепление конструкции для предотвращения замерзания грунта.
  4. Водоотвод.

Первый способ – самый трудоемкий. Для этого необходимо вырыть котлован под фундамент. глубиною ниже уровня замерзания земли, пучинистый грунт вывезти, а на его место засыпать сильно утрамбованный песок.

Он показывает высокую несущею способность и не удерживает влагу. Большой объем земельных работ делает его наименее популярным, хотя он и является эффективным способом побороть пучение. Эта техника эффективна для заложения малоэтажных зданий, мелкого заглубления, например, сарая.

Особенностью второго способа является снятие влияния пучения на подошву фундамента, но его сохранение при воздействии на стенки основания. В среднем боковое давление на стенки составляет 5 т/1 м 2. С его помощью можно возводить дома из кирпича.

Третий способ позволяет сделать незаглубленный фундамент под частный дом своими руками в условиях пучения. Суть метода заключается в заложении утеплителя по периметру фундамента на всю его глубину. Расчет материала делается так: если его высота равна 1 м, то и ширина утеплителя должна составлять 1 м.

Чтобы сделать отвод воды вокруг дома или сарая, нужно построить дренаж. Он представляет собой канаву на расстоянии 50 см от постройки, глубина которой такая же, как уровень заложения конструкции. В дренажную траншею укладывают перфорированную трубу под техническим уклоном и оборачивают ее в геотекстиль, а затем заполняют гравием и песком крупной фракции.

Ниже — рассмотрим типы оснований, которые могут применяться на почве, склонной к пучению.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент на пучинистых грунтах

Эффективным способом сделать крепкое основание для дома или сарая является мелкозаглубленный (малого заложения) ленточный фундамент на пучинистых грунтах. Это бетонная лента с элементами армирования, обустроенная по всему периметру здания и в местах пролегания несущих стен. Чтобы выстроить незаглубленный фундамент своими руками, необходимо следовать таким этапам:

  1. Вырыть котлован/траншею. глубиною 50-70 см. Расчет ширины делается, исходя из ширины самого основания в сумме с опалубкой, утеплителем или гидроизоляцией, а также декором.
  2. Заложить откосы открытой траншеи гидроизоляций. С этой целью применяется толь, пленка.
  3. Засыпать выемку слоями утрамбованного песка по 20-30 см каждый. Для утрамбовки материал периодически смачивается водой.
  4. Поставить опалубку из любого доступного материала (доска, ламинированная фанера ).
  5. Выстелить на песок гидро защитный барьер.
  6. Сделать армирующий пояс с диаметром прутьев 12 мм.
  7. Залить незаглубленный фундамент бетонным раствором.
  8. Заложить второй слой армирующего пояса в незаглубленный фундамент по жидкому раствору (особенность, которую требует только мелкозаглубленный тип основания)

Для соединения арматуры сварка не применяется. Чтобы незаглубленный фундамент был жестче, используется проволока длиной 20 см.

Столбчатый фундамент на пучинистых грунтах

Конструкция может применяться для заложения дома или сарая на пучинистых грунтах, уровень промерзания которых не превышает полтора метра. За свою основу столбчатый фундамент взял готовые сваи. Их высота достигает 3-4 м.

Ленточный фундамент с дренажом на пучинистом грунте

Если в планах возвести небольшое здание, то эффективны такие виды сваи, как забивные из дерева или железобетона, а также винтовые. Дерево – это менее долговечный материал для фундаментных целей.

Столбчатый фундамент закладывается ниже уровня промерзания почвы, поэтому сохраняется лишь боковое давление пучения. По сравнению с заглубленными ленточными конструкциями, оно незначительно, так как площадь сваи меньше.

Среди всех типов столбов для основания – винтовые сваи для фундаментов самые удобные. Чтобы сделать столбчатый фундамент с их помощью, не нужно бурить скважины. Всю работы сделают винтовые лопасти.

Свайной конструкции доступны все водянистые типы грунтов: заболоченные, сырые участки. Для придания постройке жесткости, столбы связываются опорно-анкерными площадками. Для этого столбы ввинчиваются в грунт.

На их поверхности нужно сделать опалубку, выложить арматурный каркас, сшитый металлической проволокой и залить бетонной смесью. Расчет уровня расположения бетонной ленты равен поверхности почвы или чуть ниже.

Технология ТИСЭ – новый способ противодействия пучению

Для заложения фундамента своими руками наиболее доступной конструкцией является ТИСЭ. Она представляет собой опорно-столбчатый фундамент. сваи которого соединены ростверком. Тисэ может использоваться для кирпичного, каркасного или каменного строительства.

Среди преимуществ заложения свай ТИСЭ своими руками: экономичность (сравнивая мелкозаглубленный ленточный фундамент и ТИСЭ, разница составляет в 4 раза в пользу второго), возможность обойтись без спецтехники и электричества, возможность удобной прокладки коммуникаций.

Устойчивость к пучению конструкции ТИСЭ обеспечивает наличие пространства между ростверком и почвой. С его помощью можно минимизировать уклон участка, например, использовать его ступенчатую конструкцию, если уклон стройплощадки больше 10˚.

Фундамент ТИСЭ на пучинистом грунте

Фундамент ТИСЭ обязательно армируется по периметру ленты. Расчет количества прутьев делается так, чтобы их общий диаметр составлял 8 см. С помощью арматуры нужно сделать два пояса: сверху и снизу.

Опалубка для ТИСЭ конструкции делается так:

  1. Покрыть столбы гидроизоляцией.
  2. Заложить в грунт деревянные колья, таким образом, чтобы их верхняя точка совпала с нулевым уровнем.
  3. Просыпать всю ширину ростверка и заподлицо песком.
  4. Прибить к кольям доски с выравниваем по нулевому уровню.
  5. Обезопасить опалубку ТИСЭ гидроизоляцией.

Плитный фундамент в условиях пучения

Существуют и другие способы сделать устройство фундамента на пучинистых грунтах. Кроме ТИСЭ, мелкозаглубленного и столбчатого основания, применяют плитный фундамент. Это монолитная железобетонная плита. которая противостоит пучению за счет большой площади подошвы.

Она эффективна при простой конструкции здания, когда фундамент представляет собой квадрат или прямоугольник. Расчет материалов показывает, что это самый дорогой, но не менее надежный вид сооружения. Изготавливается из бетона или железобетона.

Монолитный фундамент требует обустройства низкого цоколя. Расчет ширины монолитной плиты делается в зависимости от того, какой материал применяется для возведения стен.

Средний показатель отвечает параметрам от 15 до 35 см. 15 см подойдет, например, для деревянных конструкций, а 20 см – для кирпичных. Чтобы проложить инженерные коммуникации в плите, в ней заранее делаются отверстия соответствующего диаметра.

Какой тип фундамента выбрать — незаглубленный, столбчатый, плитный или ТИСЭ — зависит от возможности применить технику, размера дома, его конфигурации и материальных возможностей застройщика.

Источники:

При определенной влажности грунты, промерзая в зимний период, увеличиваются в объеме, что приводит к подъему слоев грунта в пределах глубины его промерзания. Этот процесс называют морозным пучением грунта, а грунты — пучинистыми.

Находящиеся в пучинистых грунтах фундаменты подвергаются выпучиванию, т.е. перемещаются вверх, если действующие на них нагрузки не уравновешивают силы пучения. В результате таких деформаций грунта, в фундаменте возникают нагрузки, приводящие, например, к возникновению трещин в стенах здания и самом фундаменте.

Количественным показателем пучинистости грунта является относительная деформация пучения — Efh.

Сказанное выше подчеркивает необходимость учета морозного пучения при устройстве фундаментов. Тем более, что пучинистые грунты, широко распространены на территории РФ.

Степень пучинистости грунта зависит от типа грунта (глинистый или песчаный), разновидности (гранулометрического состава) грунта и влажности грунта.

Какие бывают типы и разновидности грунтов читайте в статье «Грунты в основании фундаментов».

Грунт увлажняется поверхностными водами и подземными водами. Влажностное состояние обуславливает консистенцию грунта (показатель текучести).

По степени пучинистости грунты подразделяются на:

  • Непучинистые грунты — грунты, которые не изменяют свой объем и свойства при промерзании-оттаивании. К ним относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, галька, гравий, щебень, пески гравелистые, крупные и средней крупности,  крупно- и среднезернистые пески, а также их смеси не содержащие глинистых фракций,  при любом уровне безнапорных подземных вод. Практически непучинистыми грунтами могут быть: мелкие и пылеватые пески и глинистые грунты твердой консистенции при глубоком залегании уровня грунтовых вод Относительная деформация пучения таких грунтов — Efh 0,5 Средне пучинистый Мокрые участки — пониженные равнины, котловины, межсклоновые низины, заболоченные места. Грунты влагонасыщенные — увлажняются за счет атмосферных осадков и подземных вод, в том числе верховодки. < 1,5 < 0,5 Сильно пучинистый Степень пучинистости грунта определяется по худшему из двух показателей — степени влажности или значению Z. Например, имеем на участке грунт глинистый, по условиям рельефа определяем степень влажности — грунты сухие. По этому показателю грунт вроде бы можно отнести к слабопучинистому. Но величина Z=1,7 м. (1,7>1,5), и по этому параметру грунт на участке следует отнести к среднепучинистому. В этих же условиях, но при Z=2,5 м. (>2) — этот же грунт будет слабопучинистым. Эта оценка грунта будет весьма приблизительной — степень пучинистости для некоторых разновидностей грунтов будет смещена в неблагоприятную сторону. При залегании под подошвой фундамента (в пределах расчётной глубины промерзания) грунтов различной консистенции степень пучинистости этих грунтов в целом принимается по средневзвешенному значению. Откуда берутся подземные воды и что такое верховодка читайте в статье «Подземные воды, верховодка и фундамент». Как уменьшить пучинистость грунта в основании фундамента Часто бывает выгодно укрепить грунт, что позволит сделать простой и надежный фундамент. При сильно пучинистых грунтах имеет смысл сосредоточиться прежде всего на улучшении характеристик грунта основания, а уже потом на расчёте толщины-ширины ленты фундамента и её армировании. Для снижение деформаций пучения грунта обычно выполняют следующие мероприятия: 1. Хорошим вариантом решения проблемы стабилизации пучинистых грунтов может быть устройство насыпи из непучинистого грунта и устройство фундамента уже на ней. В этом случае решаются две задачи — поднимается общий уровень придомовой территории (обычно это актуально для таких грунтов) и улучшаются параметры грунта. 2. Частичная или полная замена пучинистого слоя на непучинистый путём создания подушек из крупного или среднего песка с высоким коэффициентом фильтрации. 3. Понижение влажности грунта (путём использования геотекстиля для снижения капиллярного подсоса, устройства дренажа, глиняных замков и отмосток, понижение уровня подземных вод, отвод поверхностных вод от здания посредством устройства вертикальной планировки, водосборных канав, лотков, траншей, дренажных прослоев и т.п.). 4. Утепление грунтов, например, устройство теплоизолированного фундамента мелкого заложения (ТФМЗ). : Выбор фундамента устойчивого к морозному пучению грунта Предыдущая статья: Грунты в основании фундамента Выбери тип фундамента для своего дома Прочитайте статью Выбор фундамента для частного дома на пучинистом грунте Какой фундамент выбрали Вы? Голосуйте!
    Узнайте, что выбрали другие.

Как узнать пучинистый грунт или нет. Суглинок пучинистый или нет. Методы борьбы с вспучиванием

Любое строительство начинается с исследования грунта. На уже застроенной территории этот этап можно пропустить и воспользоваться результатами исследований, проведенных для других построек. Но часто застройка участка начинается именно с гаража. Хороший пример – каркасный гараж-дом , который был построен нами в качестве склада стройматериалов и временного жилища для строителей.

Нужно хорошо представлять, на каком грунте вы строите гараж. Исходя из его свойств выбирается тип и рассчитываются параметры фундамента. Неправильно спроектированный фундамент в лучшем случае может обойтись дороже, чем это необходимо, а в худшем – разрушиться.

Пучение грунта – одна из самых серьёзных опасностей, подстерегающих построенные без проведения должных исследований фундаменты. Впрочем, о неправильной усадке тоже не стоит забывать.

Таблица для определения степени пучинистости грунта. Z – величина, показывающая на сколько метров уровень грунтовых вод находится ниже глубины промерзания

Если вы не хотите воспользоваться услугами специалистов, для начала придётся выкопать на месте будущей постройки яму два метра глубиной с аккуратными вертикальными стенками. Так вы сможете визуально определить тип грунта. Кроме того, вы можете провести простой эксперимент, который поможет развеять ваши сомнения, если они у вас будут.

Берёте горсть грунта и добавляете в неё воды. Скатываете «сосиску» и, внимание, самый ответственный момент, сворачивате из неё бублик. В зависимости от того, что произошло с «сосиской», делаем выводы:

  • Получился отличный бублик – это глина;
  • «Сосиска» развалилась на несколько частей – суглинок;
  • «Сосиска» рассыпалась на мелкие части – супесь;
  • Не получилось даже сделать «сосиску» – песок.

Если на дворе осень, заодно с типом грунта вы можете определить уровень подземных вод. Хуже всего, если на дне ямы появилась вода. Если сухо – лучше всего воспользоваться ручным буром, и увеличить глубину своих знаний об уровне грунтовых вод еще метра на полтора-два. Воды не видно – до грунтовых вод достаточно далеко и вы даже можете сделать подвал или погреб.

Но нас интересует не абсолютное значение уровня грунтовых вод, а то, насколько он находится ниже глубины промерзания. Глубина промерзания – величина нормативная, и определяется из таблицы. Тут стоит учесть, что зимы в последнее время стали мягче, чем раньше, но раз в несколько лет выпадает наоборот, более суровая. Так что если в расчётах предусмотрите дополнительный запас – не ошибётесь.

Усадка фундамента

Теперь у вас есть все необходимые данные для того, чтобы выбрать тип и глубину фундамента. Осталось рассчитать его ширину. Тут нужно ориентироваться на несущую способность грунта. Если на фундамент могут воздействовать горизонтальные силы пучения – ширина и конструкция фундамента это тоже необходимо учитывать, но тут в двух словах о расчёте не расскажешь.

Если постройка каркасная, например, гараж из сэндвич-панелей, то нагрузка на фундамент создаётся минимальная и мощная конструкция не требуется. Вопрос, как лучше сделать фундамент , сводится скорее к выбору типа фундамента .

А вот тяжелые капитальные постройки требуют серьёзного подхода к расчёту фундамента, так как нагрузка на грунт тут уже может оказаться вполне сопоставима с предельно допустимой.

Пучинистые явления
— процессы, возникающие во влажных глинистых, мелкопесчаных и пылеватых грунтах при их сезонном промерзании (пучинистые грунты).

Пучинистые явления — это не только большие деформации грунта, но и огромные усилия — в десятки тонн, способные привести к большим разрушениям.

Сложность в оценке воздействия пучинистых явлений грунта на постройки — в некоторой их непредсказуемости, обусловленной одновременным воздействием нескольких процессов. Чтобы лучше разобраться в этом, необходимо понять некоторые процессы, связанные с этим явлением.

Морозное пучение связано с тем, что в процессе замерзания влажный грунт увеличивается в объеме.

Происходит это из-за того, что вода увеличивается в объеме при замерзании на 12% (отчего лед и плавает по воде). Поэтому, чем больше воды в грунте, тем он более пучинистый. Так, подмосковный лес, стоящий на сильно пучинистых грунтах, зимой поднимается на 5…10 см относительно летнего своего уровня. Внешне это незаметно. Но если в грунт забита свая более чем на 3 м, то подъем грунта зимой можно отследить по отметкам, сделанным на этой свае. Подъем грунта в лесу мог бы быть в 1,5 раза больше, если бы в нем не было снегового покрова, прикрывающего грунт от промерзания.

Степень пучинистости грунта

Грунты по степени пучинистости делятся на:

  • сильнопучинистые — пучение 12%;
  • среднепучинистые — пучение 8%;
  • слабопучинистые — пучение 4%.

При глубине промерзания 1,5 м подъем сильнопучинистого грунта может составлять 18 см.

Пучинистость грунта определяется его составом, пористостью, а также уровнем грунтовых вод (УГВ). Так и глинистые грунты, мелкие и пылеватые пески относятся к пучинистым грунтам, а крупнозернистые песчаные и гравийные грунты — к непучинистым.

С чем это связано:

Во–первых.

В глинах или мелких песках влага, как по промокашке, достаточно высоко поднимается от УГВ за счет капиллярного эффекта и хорошо удерживается в таком грунте. Здесь проявляются силы смачивания между водой и поверхностью пылевых частиц. В крупнозернистых же песках влага не поднимается, и грунт становится влажным только по уровню грунтовых вод. То есть чем тоньше структура грунта, тем выше поднимается влага, тем логичнее отнести его к более пучинистым грунтам.

Поднятие воды может достигать:

  • 4…5 м в суглинках;
  • 1…1,5 м в супесях;
  • 0,5…1 м в пылеватых песках.

В связи с этим степень пучинистости грунта зависит как от своего зернового состава, так и от уровня грунтовых или паводковых вод.

Слабопучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

  • на 0,5 м — в пылеватых песках;
  • на 1 м — в супесях;
  • на 1,5 м — в суглинках;
  • на 2 м — в глинах.

Среднепучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

  • на 0,5 м — в супесях;
  • на 1 м — в суглинках;
  • на 1,5 м — в глинах.

Сильнопучинистый грунт — когда УГВ расположен ниже расчетной глубины промерзания:

  • на 0,3 м — в супесях;
  • на 0,7 м — в суглинках;
  • на 1,0 м — в глинах.

Чрезмернопучинистый грунт — если УГВ будет выше, чем для сильнопучинистых грунтов.

Обращаем внимание на то, что смеси крупного песка или гравия с пылеватым песком или глиной будут относиться к пучинистым грунтам в полной мере. При наличии в крупнообломочном грунте более 30% пылевато–глинистой составляющей, грунт также будет относиться к пучинистому.

Автоматика и комфорт в доме — серия статей и видеороликов: ПЛС, применение PLC, сухой контакт, радиоканальные выключатели, программирование на CoDeSys и многое другое.

Во–вторых.

Процесс промерзания грунта происходит сверху вниз, при этом граница между влажным и мерзлым грунтом опускается с некоторой скоростью, определяемой, в основном, погодными условиями. Влага, превращаясь в лед, увеличивается в объеме, вытесняя сама себя в нижние слои грунта, сквозь его структуру. Пучинистость грунта определяется также тем, успеет ли выдавливаемая сверху влага просочиться через структуру грунта или нет, хватит ли степени фильтрации грунта, чтобы этот процесс прошел с пучением или без него. Если крупнозернистый песок не создает влаге никакого сопротивления и она беспрепятственно уходит, то такой грунт не расширяется при замерзании (рис. 1).

Что касается глины, то сквозь неё влага уйти не успевает, и такой грунт становится пучинистым. Кстати, грунт из крупнозернистого песка, помещенный в замкнутый объем, которым может оказаться скважина в глине, поведет себя как пучинистый (рис. 2).

Именно поэтому траншею под мелкозаглубленными фундаментами заполняют крупнозернистым песком, позволяющим выровнять степень влажности по всему его периметру, сгладить неравномерность пучинистых явлений. Траншею с песком, если возможно, следует соединить с дренажной системой, отводящей верховодку из-под фундамента.

В-третьих.

Наличие давления от веса строения также сказывается на проявлении пучинистых явлений. Если слой грунта под подошвой фундамента сильно уплотнить, то и степень пучинистости его уменьшится. Причем, чем больше будет само давление на единицу площади основания, тем больше будет объем уплотненного грунта под подошвой фундамента и меньше величина пучения.

Пример:

В Подмосковье (глубина промерзания 1,4 м) на среднепучинистом грунте на мелкозаглубленном ленточном фундаменте с глубиной заложения 0,7 м возведен относительно легкий брусовой дом. При полном промерзании грунта внешние стены дома могут подняться почти на 6 см (рис. 3, а). Если же фундамент под тем же домом с той же глубиной заложения выполнен столбчатым, то давление на грунт будет больше, его уплотнение будет сильнее, отчего подъем стен от промерзания грунта не превысит 2..3 см (рис. 3, б).

Сильное уплотнение пучинистого грунта под ленточным мелкозаглубленным фундаментом может возникнуть, если на нем будет возведен каменный дом высотой не меньше чем в три этажа. В этом случае можно говорить о том, что пучинистые явления будут просто задавлены весом дома. Но и в этом случае они всё же останутся и могут вызвать появление трещин в стенах. Поэтому каменные стены дома на подобном фундаменте следует возводить с обязательным горизонтальным армированием.

Чем же опасны пучинистые грунты? Какие процессы, пугающие застройщиков своей непредсказуемостью, проходят в них?

Какова природа этих явлений, как с ними бороться, как их избежать, можно понять, изучив саму природу проходящих процессов.

Главная причина коварства пучинистых грунтов — неравномерное пучение под строением.

Глубина промерзания грунта

Глубина промерзания грунта- это не расчетная глубина промерзания и не глубина заложения фундамента, это — реальная Глубина промерзания в конкретном месте, в конкретное время и при конкретных погодных условиях.

Как уже отмечалось, глубина промерзания определяется балансом мощности тепла, идущего из недр земли, с мощностью холода, проникающего в грунт сверху в холодное время года.

Если интенсивность тепла земли не зависит от времени года и суток, то на поступление холода влияют температура воздуха и влажность грунта, толщина снегового покрова, его плотность, влажность, загрязненность и степень прогрева солнцем, застройка участка, архитектура сооружения и характер его сезонного использования (рис. 4).

Неравномерность толщины снегового покрова наиболее ощутимо сказывается на разности в пучении грунта. Очевидно, что глубина промерзания будет тем выше, чем тоньше будет слой снежного одеяла, чем ниже будет температура воздуха и чем дольше продлится её воздействие.

Если ввести такое понятие, как морозопродолжительность (время в часах, умноженное на среднесуточную минусовую температуру воздуха), то глубину промерзания глинистого грунта средней влажности можно показать на графике (рис. 5).

Морозопродолжительность для каждого региона является среднестатистическим параметром, оценивать который индивидуальному застройщику очень сложно, т.к. это потребует ежечасного контроля над температурой воздуха в течение всего холодного сезона. Тем не менее, в крайне приближенном расчете это сделать можно.

Пример:

Если среднесуточная зимняя температура — около -15° С, а её продолжительность — 100 суток (морозопродолжительность = 100 * 24 * 15 = 36000), то при снеговом покрове, толщиной в 15 см глубина промерзания будет 1 м, а при толщине 50 см-0,35 м.

Если толстый слой снегового покрова, как одеяло, укрывает землю, то граница промерзания поднимается вверх; при этом и днем, и ночью её уровень сильно не меняется. При отсутствии снегового покрова ночью граница промерзания сильно опускается вниз, а днем, при солнечном прогреве, поднимается вверх. Разница ночного и дленного уровня границы промерзания грунта особенно ощутима там, где снеговой покров мал или вовсе отсутствует и где грунт сильно увлажнен. Наличие дома также влияет на глубину промерзания, ведь дом является своего рода теплоизоляцией, даже если в нем и не живут (продухи подпола закрыты на зиму).

Участок, на котором стоит дом, может иметь весьма сложную картину промерзания и подъема грунта.

Например, среднепучинистый грунт по внешнему периметру дома при промерзании на глубину 1,4 м может подняться почти на 10 см, тогда как более сухой и теплый грунт под средней частью дома останется практически на летней отметке.

Неравномерность промерзания существует еще и по периметру дома. Ближе к весне грунт с южной стороны строения часто бывает более влажным, слой снега над ним — более тонким, чем с северной стороны. Поэтому в отличие от северной стороны дома, грунт с южной стороны лучше прогревается днем и сильнее промерзает ночью.

Таким образом, неравномерность промерзания на участке проявляется не только в пространстве, но и во времени. Глубина промерзания подвержена сезонным и суточным изменениям в весьма больших пределах и может сильно меняться даже на небольших участках, особенно в местах застройки.

Расчищая большие площадки от снега в одном месте участка, и создавая сугробы в другом месте, можно создать заметную неравномерность промерзания грунта. Известно, что посадки кустарников вокруг дома задерживают снег, уменьшая в 2 — 3 раза глубину промерзания, что хорошо видно на графике (рис.5).

Расчистка узких дорожек от снега на степень промерзания грунта особого влияния не оказывает. Если же Вы решили у дома залить каток или очистить площадку для своего авто, то можете ожидать большую неравномерность в промерзании грунта под фундаментом дома в этой зоне.

Силы бокового сцепления

Силы бокового сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента — другая сторона проявления пучинистых явлений. Эти силы весьма высоки и могут достигать 5…7 т на квадратный метр боковой поверхности фундамента. Подобные силы возникают, если поверхность столба неровная и не имеет гидроизолирующего покрытия. При таком крепком сцеплении мерзлого грунта с бетоном на столб диаметром 25 см, заложенный на глубину 1,5 м, будет действовать вертикальная выталкивающая сила до 8 т.

Как же возникают и действуют эти силы, как проявляются они в реальной жизни фундамента?

Возьмем для примера опору столбчатого фундамента под легким домом. На пучинистом грунте глубина заложения опор выполняется на расчетную глубину промерзания (рис. 6, а). При небольшом весе самого строения силы морозного пучения могут его поднять, и самым непредсказуемым образом.

Ранней зимой граница промерзания начинает опускаться вниз. Мерзлый прочный грунт схватывает верхнюю часть столба мощными силами сцепления. Но кроме увеличения сил сцепления мерзлый грунт еще и увеличивается в объеме, отчего верхние слои грунта поднимаются, пытаясь выдернуть опоры из земли. Но вес дома и силы заделки столба в грунте не позволяют этого сделать, пока слой мерзлого грунта тонкий и площадь сцепления столба с ним невелика. По мере продвижения границы промерзания вниз, площадь сцепления мерзлого грунта со столбом увеличивается. Наступает такой момент, когда силы сцепления мерзлого грунта с боковыми стенками фундамента превышают вес дома. Мерзлый грунт вытаскивает столб, оставляя внизу полость, которая сразу же начинает заполняться водой и частицами глины. За сезон на сильно пучинистых грунтах такой столб может подняться на 5 — 10 см. Подъем опор фундамента под одним домом, как правило, происходит неравномерно. После оттаивания мерзлого грунта фундаментный столб самостоятельно на прежнее место, как правило, не возвращается. С каждым сезоном неравномерность выхода опор из грунта увеличивается, дом наклоняется, приходя в аварийное состояние. «Лечение» такого фундамента — сложная и дорогая работа.

Эту силу можно уменьшить в 4…6 раз, сгладив поверхность скважины толевой рубашкой, вложенной в скважину до заполнения её бетонной смесью.

Заглубленный ленточный фундамент может подняться таким же образом, если он не имеет гладкую боковую поверхность и не загружен сверху тяжелым домом или бетонными перекрытиями.

Основное правило для заглубленных ленточных и столбчатых фундаментов (без расширения внизу): возведение фундамента и загрузку его весом дома следует выполнить в один сезон.

Фундаментный столб, выполненный по технологии ТИСЭ (рис. 6, б), не поднимается силами сцепления пучинистого мерзлого грунта благодаря нижнему расширению столба. Однако если не предполагается в этот же сезон загрузить, его домом, то такой столб должен иметь надежное армирование (4 прутка диаметром 10…12 мм), исключающее отрыв расширенной части столба от цилиндрической. Несомненные преимущества опоры ТИСЭ — высокая несущая способность и то, что его можно оставить на зиму без загрузки сверху. Никакие силы морозного пучения его не поднимут.

Боковые силы сцепления могут сыграть невеселую шутку с застройщиками, делающими столбчатый фундамент с большим запасом по несущей способности. Лишние фундаментные столбы действительно могут оказаться лишними.

Деревянный дом с большой застекленной верандой установили на фундаментные столбы. Глина и высокий уровень грунтовых вод требовали заложения фундамента ниже глубины промерзания. Пол широкой веранды потребовал промежуточной опоры. Почти всё было выполнено правильно. Однако за зиму пол подняло почти на 10 см (рис.7).

Причина такого разрушения понятна. Если стены дома и веранды смогли своим весом компенсировать силы сцепления фундаментных столбов с мерзлым грунтом, то легким балкам перекрытия это было не под силу.

Что же надо было сделать?

Существенно уменьшить либо количество центральных фундаментных столбов, либо их диаметр. Силы сцепления можно было бы уменьшить, обернув фундаментные столбы несколькими слоями гидроизоляции (толь, рубероид) или создав прослойку из крупнозернистого песка вокруг столба. Избежать разрушения можно было бы и через создание массивной ленты-ростверка, соединяющей эти опоры. Другой способ уменьшить подъем таких опор — заменить их на мелкозаглубленный столбчатый фундамент.

Выдавливание грунта

Выдавливание- наиболее ощутимая причина деформации и разрушения фундамента, заложенного выше глубины промерзания.

Чем его можно объяснить?

Выдавливание обязано суточному прохождению границы промерзания мимо нижней опорной плоскости фундамента, которое совершается значительно чаще, чем подъем опор от боковых сил сцепления, имеющих сезонный характер.

Чтобы лучше понять природу этих сил, мерзлый грунт представим в виде плиты. Дом или любое другое строение зимой оказывается надежно вмороженным в эту камнеподобную плиту.

Основные проявления этого процесса видны весной. У стороны дома, обращенной на юг, днем достаточно тепло (в безветрие можно даже загорать). Снеговой покров стаял, а грунт увлажнился весенней капелью. Темный грунт хорошо поглощает солнечные лучи и прогревается.

В звездную ночь ранней весной особенно холодно (рис. 8). Грунт под свесом крыши сильно промерзает. У плиты мерзлого грунта снизу вырастает выступ, который мощью самой плиты сильно уплотняет грунт под собой за счет того, что влажный грунт при замерзании расширяется. Силы подобного уплотнения грунта огромны.

Плита мерзлого грунта толщиной 1,5 м размерами 10×10 м будет весить более 200 т. Примерно с таким усилием и будет уплотняться грунт под выступом. После подобного воздействия глина под выступом «плиты» становится очень плотной и практически водонепроницаемой.
Наступил день. Темный грунт у дома особенно сильно прогревается солнцем (рис. 9). С повышением влажности увеличивается и его теплопроводность. Граница промерзания поднимается (под выступом это происходит особенно быстро). С оттаиванием грунта уменьшается и его объем, грунт под опорой разрыхляется и по мере оттаивания падает под собственным весом пластами. Образуется множество щелей в грунте, которые заполняются сверху водой и взвесью глинистых частиц. Дом при этом удерживается силами сцепления фундамента с плитой мерзлого грунта и опорой по остальному периметру.

С наступлением ночи полости, заполненные водой, замерзают, увеличиваясь в объеме и превращаясь в так называемые «ледяные линзы». При амплитуде поднятия и опускания границы промерзания за одни сутки в 30 — 40 см толщина полости увеличится на 3 — 4 см. Вместе с увеличением объема линзы будет подниматься и наша опора. За несколько таких дней и ночей опора, если она не сильно загружена, поднимается порой на 10 — 15 см, как домкратом, опираясь на весьма сильно уплотненный грунт под плитой.

Возвращаясь к нашей плите, заметим, что ленточный фундамент нарушает целостность самой плиты. По боковой поверхности фундамента она разрезана, т. к. битумная обмазка, которой она покрывается, не создает хорошего сцепления фундамента с мерзлым грунтом. Плита мерзлого грунта, создавая своим выступом давление на грунт, сама начинает подниматься, а зона разлома плиты — раскрываться, заполняться влагой и частицами глины. Если лента заглублена ниже глубины промерзания, то плита поднимается, не беспокоя сам дом. Если же глубина заложения фундамента выше глубины промерзания, то давление мерзлого грунта поднимает фундамент, и тогда его разрушение неизбежно (рис. 10).

Интересно представить плиту мерзлого грунта, перевернутую вверх дном. Это относительно ровная поверхность, на которой ночью в некоторых местах (где нет снега) вырастают холмы, которые днем превращаются в озера. Если же теперь вернуть плиту в исходное положение, то как раз там, где были холмы, и создаются в грунте ледяные линзы. В этих местах грунт ниже глубины промерзания сильно уплотнен, а выше, наоборот, разрыхлен. Это явление происходит не только на площадях застройки, но и в любом другом месте, где присутствует неравномерность в прогреве грунта и в толщине снегового покрова. Именно по такой схеме в глинистых грунтах возникают ледяные линзы, хорошо известные специалистам. Природа возникновения глинистых линз в песчаных грунтах такая же, но протекают эти процессы существенно дольше.

Подъем мелкозаглубленного фундаментного столба

Подъем фундаментного столба мерзлым грунтом осуществляется при ежесуточном прохождении границы промерзания мимо его подошвы. Вот как этот процесс происходит.

До того момента, пока граница промерзания грунта не опустилась ниже опорной поверхности столба, сама опора неподвижна (рис. 11, а). Как только граница промерзания опускается ниже подошвы фундамента, «домкрат» пучинистых процессов сразу включается в работу. Пласт мерзлого грунта, находящегося под опорой, увеличившись в объеме, поднимает её (рис. 11, б). Силы морозного пучения в водонасыщенных грунтах весьма высоки и достигают 10…15 т/м2. С очередным прогревом пласт мерзлого грунта под опорой оттаивает и уменьшается в объеме на 10%. Сама опора удерживается в поднятом положении силами своего сцепления с плитой мерзлого грунта. В образовавшийся зазор под подошвой опоры просачивается вода с частицами грунта (рис. 11, в). Со следующим понижением границы промерзания вода в полости замерзает, а пласт мерзлого грунта под опорой, увеличиваясь в объеме, продолжает подъем фундаментного столба (рис. 11, г).

Следует обратить внимание на то, что этот процесс подъема опор фундамента имеет ежесуточный (многократный) характер, а выдавливание опор силами сцепления с мерзлым грунтом — сезонный (один раз за сезон).

При большой вертикальной нагрузке, приходящейся на столб, грунт под опорой, сильно уплотненный давлением сверху, становится слабопучинистым, да и вода из-под самой опоры в процессе оттаивания мерзлого грунта выжимается сквозь тонкую его структуру. Поднятия опоры в этом случае практически не происходит.

Пучинистость грунтов, вызывания способностью грунта удерживать воду в своей структуре, является серьезным врагом ленточных фундаментов . Особенно критична неравномерная пучинистость подлежащих грунтов, приводящая к неравномерным нагрузкам на фундамент. Чаще всего неравномерная пучинистость грунтов может быть вызвана наличием разнородных подлежащих грунтов под малозаглубленным ленточным фундаментом. Также неравномерная пучинистость может быть вызвана неравномерным прогревом почвы от солнца, разницей в утеплении грунта (в том числе при неравномерном укрытии грунта рядом с домом снегом), наличием отапливаемых и неотапливаемых помещений на одном фундаменте. Кроме глинистых грунтов, к пучинистым грунтам относятся пылеватые и мелкие пески, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, имеющие к началу сезона промерзания влажность выше определенного уровня.

Перечень пучинистых грунтов по ГОСТ 25100-95 приведен в таблице:

Таблица. Пучинистость грунтов.

Степень пучинистости грунта (ГОСТ 25100-95) / % расширения

Пример грунта требует исследований для принятия решения о классификации)

Практически непучинистые грунты

Твердые глинистые грунты, мало водонасыщенные гравелистые, крупные и средние пески, мелкие и пылеватые пески, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельче 0,05 мм. Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10 %

Слабопучинистые грунты

Полутвердые глинистые грунты, средне водонасыщенные пылеватые и мелкие пески, крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30 % по массе

Среднепучинистые грунты

Тугопластичные глинистые грунты. Насыщенные водой пылеватые и мелкие пески. Крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30 % по массе

Сильнопучинистые и чрезмернопучинистые грунты > 7%

Мягкопластичные глинистые грунты.
Насыщенные водой пылеватые и мелкие пески.

Для обзора важнейших свойств грунтов и их пригодности для строительства мы предлагаем обратиться к сводной таблице:

Таблица. Характеристики грунтов
(Таблица адаптирована из раздела R406.1 Международного строительного кода для жилых домов International Residential Code — 2006
)

Грунт

Дренажные возможности грунтов

Потенциал подъема уровня грунта при замерзании. (Вертикальные и касательные составляющие сил морозного пучения)

Потенциал расширения грунта при замерзании. (Горизонтальные составляющие сил морозного пучения)

Валунный, галечниковый, щебенистый, гравийный, дресвяный. Песок гравелистый и крупный.

Незначительный

Незначительный

Илистый гравий, илистые пески

Незначительный

Глинистый гравий, песчано-глинистая гравийная смесь, глинистые пески

Незначительный

Пылеватый и мелкий песок, мелкий глинистый песок, неорганический ил, глинистый суглинок с умеренной пластичностью

Незначительный

Низко- и средне пластичные глины, гравелистые глины, илистые глины, песчанистые глины, тощие глины

От незначительного к среднему

Пластичные и жирные глины

Неорганические илистые грунты, мелкие слюдянистые пески

Органические непластичные илистые грунты, илистая тугопластичная глина

Глина и илистая глина средней и высокой пластичности, пластичные илистые грунты, торф, сапропель.

Неудовлетворительные

Пучинистость грунта определяется его составом, пористостью, а также уровнем грунтовых вод (УГВ). Чем выше стоят грунтовые воды, тем больше будет расширяться грунт при замерзании. Способность удерживать и «подсасывать» воду из нижележащих слоев обеспечивается наличием в структуре грунта капилляр и подсосом ими воды. Грунт при расширении замерзающей водой (льдом) начинает увеличиваться в объеме.
Происходит это из-за того, что вода увеличивается в объеме при замерзании на 9-12%. Поэтому, чем больше воды в грунте, тем он более пучинистый. Также выше пучинстость у грунтов с плохими дренажными характеристиками. При промерзании грунта сверху (от уровня земли или планировки) еще незамерзшая вода отжимается льдом в нижележащие слои грунта.
Если дренажные свойства грунта недостаточные, то вода задерживается и быстро промерзает, вызывая дополнительное расширение грунта. На границе раздела положительных и отрицательных температур могут намораживаться линзы льда, вызывая дополнительных подъем грунта. Чем больше плотность грунта, тем меньше в нем капилляров и пустот (пор) где может задерживаться вода и, следовательно, меньше потенциал расширения при замерзании.
Малозаглубленный ленточный фундамент по определению закладывается на глубины сезоннопромерзающего слоя грунта. При замерзании грунта и начале его движения на фундамент начинает действовать сила, вектор которой приложен перпендикулярно к подошве фундамента (при условии, что подошва лежит в горизонте).
Под действием этой силы, приложение которой зачастую бывает неравномерным по длине фундамента, фундамент и само здание может подвергаться также неравномерным перемещениям. Кроме давления вверх, пучинистый грунт при замерзании может оказывать давление и по горизонтали, и по касательной к вертикальной плоскости ленты фундамента.

Сила морозного пучения зависит и от величины отрицательных температур и от продолжительности их действия. Максимальное морозное пучение грунта в России приходится на конец февраля -март. Если вы строите ленточный малозаглубленный фундамент на сильнопучинстом грунте, вам придется думать, как снизить воздействие не только касательных составляющих сил морозного пучения, но также и их горизонтальных составляющих. Примерзающий к фундаменту грунт способен не только обеспечить боковое сжатие фундамента, но и его защемление силами бокового сцепления и подъем, что может вызвать деформацию фундамента (особенно критично для сборных ленточных фундамент из блоков).
Поэтому, если вы решаетесь строить малозаглубленный ленточный фундамент на сильно- или чрезмернопучинистом грунте, вам лучше выбрать в качестве фундамента жесткую монолитную железобетонную раму, а не сборный ленточный фундамент из блоков. К тому же придется повести ряд мероприятий по снижению силы трения между фундаментом и грунтом, и теплотехнические мероприятия для снижения сил морозного пучения.

Таблица. Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов, м.

Город

Суглинки, глины

Мелкие пески

Средние и крупные пески

Каменистый грунт

Владимир

Калуга, Тула

Ярославль

Нижний Новгород, Самара

Санкт Петербург. Псков

Новгород

Ижевск, Казань, Ульяновск

Тобольск, Петропавловск

Уфа, Оренбург

Ростов-на- Дону, Астрахань

Брянск, Орел

Екатеринбург

Новосибирск

Что можно сделать для уменьшения воздействия сил морозного пучения грунта на фундамент:

  • Устроить хороший дренаж сезоннопромерзающего грунта вблизи фундамента.
  • Обеспечить водоотведение ливневых и талых вод с помощью твердой или мягкой отмостки.
  • Утеплить поверхность промерзающего грунта вблизи фундамента.
  • Рассмотреть возможность засоления грунтов веществами, не вызывающими коррозии бетона и арматуры.

Самым простым и недорогим способом является горизонтальное утепление грунта вокруг здания (о котором мы поговорим подробно ниже) и вертикальное утепление ленточного фундамента. Кроме снижения теплопотерь дома (от 10 до 20%), утепление пенополистиролом подземной части фундамента играет еще и важную роль в снижении трения между грунтом и фундаментом при пучении и компенсации расширения грунта.

Важную роль в снижении пучинистости грунтов играет правильное дренирование. Для снижения сил морозного пучения требуется как можно сильнее обезводить грунт в непосредственной близости к малозаглубленному ленточному фундаменту. Для этого траншеи для ленточного фундамента выкладываются геотекстилем, после отливки фундамента и выполнения гидроизоляции и утепления фундамента, на дно укладываются дренажные трубы кольцевого дренажа вокруг всего дома, и засыпаются дренажной смесью из песка и керамзита, либо просто песком. Пристеночная дренажная мембрана также помогает отводить воду вглубь — к дренажным трубам.
В особо тяжелых грунтовых условиях можно прибегнуть к полной или частичной замене грунта, подлежащего и прилегающего к малозаглубленному ленточному фундаменту.

В отечественной строительной литературе вообще не рассматривается роль крупных лиственных деревьев в подвижках пучинистых грунтов. Между тем

Пучинистые грунты — проблема номер один для строителей.
Зимой, когда приходят холода, они увеличиваются в размерах, сжимая фундаменты и приподнимая их. Вследствие чего, на конструкции последних появляются трещины. Борются с этим явления по — разному, но чтобы начать борьбу, нужно понять, что это такое.

Типы

Что такое пучинистый и не пучинистый грунт — вопрос, ответ на который можно дать, если понимать, за счет чего внутри почвы происходят такие процессы. Все дело в том, что распирание (пучение) происходит за счет замерзших внутри почвы капель воды
. А значит, она должна эти капли в себе задерживать.

Поэтому основные свойства грунта, которые приводят к пучению, это капиллярная активность и способность фильтровать воду. Если почва рыхлая, к примеру, с большим содержанием песка, то вода через нее легко проходит в нижние водные горизонты, не задерживаясь. Такие грунты не относятся к категории пучинистых.

А вот те типы почв, в которых вода задерживается, относятся к категории «пучащие».
Это глина, суглинок и супеси. Но тут есть момент, связанный с капиллярной активность. У песчаных типов она ниже, потому что песок втягивает в себя атмосферные осадки на глубину 30 — 40 см. При этом глиняные типы постепенно всасывают влагу на глубину до 1,5 м. Поэтому в первом случае можно обойтись отмостками вокруг фундамента с шириною 1 м, во втором величину придется увеличить до 1,5 — 2,0 м.
Это к вопросу, как бороться с пучинистостью.

При высоком уровне расположения грунтовых вод, даже непучинистые почвы могут дать расширение.
Поэтому к вспучиванию грунта надо относиться с точки зрения наличия или отсутствие факторов, которые приводят к такому свойству земли. Сюда же можно добавить и расположение дома. Если он возводится на участке с уклоном, то велика вероятность, что такой рельеф приведет к пучению некоторых отрезков, особенно расположенных внизу.

Не забываем и о регионе, где строится дом.
Если это юг, где уровень промерзания почвы невелик, то можно о пучении не говорить. Даже глиняные основы, покрытые стандартной отмосткой, легко противостоят низким температурам зимой. На севере это выражается ярче. В некоторых северных регионах земля промерзает до 2 — 2,5 м, а значит, пучение грунта имеет место быть в независимости от типа почвы.

Классификация

Классификация грунтов по типу вспучивания делит виды на несколько подгрупп. К пучинистым относятся:

  1. Чрезмерно или очень пучинистые.
  2. Сильно пучинистые.
  3. Средней степени.
  4. Слабой степени.

И отдельно стоят непучинистые грунты.

Последнее определение можно назвать чисто условным, потому что нет такой земли, которая бы не промерзала и не взбухала.
Все зависит от влажности почвы и от температуры ее охлаждения. Конечно, можно сказать, что чисто каменный грунт вспучиваться не будет. Но такая разновидность встречается в местах проживания людей крайне редко. Обычно это горы.

То есть, получается так, что тип земли не сильно влияет на морозное пучение. Главными причинами выступают влажность почвы и температура воздуха.
Поэтому вопрос, как определить, какие грунты пучинистые, а какие нет, ставится неправильно. Все они в какой-то степени могут вспучиваться.

Правила борьбы

Самый простой способ борьбы с пучением грунта — залить фундаментную конструкцию ниже глубины промерзания земли.
Так как грунт давит на фундамент со всех сторон, то самое опасное давление — это вертикальное. Чтобы его избежать, надо залить конструкцию так, чтобы снизу на нее ничто не давило. А так как заглубленный фундамент заливается ниже уровня промерзания, соответственно в нижней его части морозное пучение грунтов отсутствует. Соответственно конструкция не будет приподниматься.

Есть и другие способы борьбы.

  1. .
    Она не только защищает фундамент от негативного воздействия влаги, но и создает между грунтом и бетонной конструкцией промежуточный слой, который ухудшает сцепление. В этом случае грунт будет частично скользить по поверхности фундамента, а значит, снизится и давление на него.
  2. Теплоизоляция.
    Это все тот же промежуточный слой.
  3. Эффективный способ понизить уровень пролегания грунтовых вод, что снизит концентрацию влаги внутри грунта на глубине заливки фундаментной конструкции.
  4. . Здесь не только надо выдерживать их ширину, но и попробовать провести утепление. К примеру, засыпать под бетонный раствор слой керамзита толщиною не меньше 15 — 20 см. Отмостки выполняют функции отвода атмосферных осадков, утеплитель будет сдерживать проникновение низких температур.

На фундамент в процессе пучения действуют и горизонтальные нагрузки, которые создают давление на изгиб.
Опасный фактор, который, если неправильно провести строительные операции, разорвет конструкцию. Избежать данной неприятности помогает из металлической арматуры.
Здесь важно провести точный расчет, учитывая размеры металлического профиля и габариты самого каркаса.

Проще, если под дом заливается мелкозаглубленный фундамент
, который сооружается выше уровня промерзания грунта. Для его защиты от пучения надо всего лишь заложить отмостки с утеплением и провести При высоком уровне грунтовых вод проводится и дренаж. Если здание сооружается в северных регионах, то фундамент надо утеплять весь: от подошвы до верхнего края цоколя.

Видео

Наглядное видео пучения грунта.

Заключение по теме

В любом случае пучение грунта — это именно давление. Поэтому к его ослаблению надо подходить комплексно.
То есть, сооружать отмостки, укладывать армирующий каркас в опалубку фундамента перед заливкой бетонного раствора, проводить мероприятия по гидро — и теплоизоляции, собирать дренажную систему отвода атмосферных осадков в первую очередь, а во вторую понижать уровень грунтовых вод.

Относиться к этому свойству земли можно по — разному, но пренебрегать им нельзя ни в коем случае.
Упустили что — то, получите трещины по всей конструкции фундамента, что ослабит основу здания.

Вконтакте

Пучинистый грунт – это почвенный массив, который в зимний период года расширяется и оказывает сильное давление на стенки фундамента. Оно приводит к разрушению конструкции, ее «выталкиванию» из котлована.

Существуют виды конструкций для возведения в таких условиях и перечень правил для работы: от до армирования.

Расчет интенсивности пучения на участке

Чтобы произвести расчет степени пучения грунта на стройплощадке своими руками, необходимо воспользоваться формулой: E
= (H
— h
) / h

, в которой:

  • Е – отвечает степени пучинистости грунта;
  • h
    – высоте грунтового массива до замерзания;
  • H
    – высоте грунтового массива после промерзания.

Чтобы сделать расчет степени, необходимо сделать соответствующие замеры в летнее и зимнее время. Пучинистой можно считать почву, высота которой изменилась на 1 см
при промерзании на 1 м. С этом случае «Е» будет равняться коэффициенту 0.01.

Процессам пучения больше подвержены грунты, в которых есть большое содержание влаги. Она при замерзании расширяется до состояния льда и тем самым поднимает уровень грунта. Пучинистыми считаются: глинистые почвы, суглинки и супеси. Глина, из-за наличия большого количества пор, хорошо удерживает воду.

Что такое пучинистый грунт и чем он опасен? (видео)

Как снять воздействие пучения на грунт?

Существуют простые способы снять пучение вокруг фундамента своими руками:

  1. Замена слоя грунта под и вокруг основания на непучинистый слой.
  2. Закладка фундамента на грунтовый массив ниже слоя промерзания.
  3. Утепление конструкции для предотвращения замерзания грунта.
  4. Водоотвод.

Первый способ – самый трудоемкий. Для этого необходимо , глубиною ниже уровня замерзания земли, пучинистый грунт вывезти, а на его место засыпать сильно утрамбованный песок.

Он показывает высокую несущею способность и не удерживает влагу. Большой объем земельных работ делает его наименее популярным, хотя он и является эффективным способом побороть пучение. Эта техника эффективна для заложения малоэтажных зданий, мелкого заглубления, например, сарая.

Особенностью второго способа является снятие влияния пучения на подошву фундамента, но его сохранение при воздействии на стенки основания. В среднем боковое давление на стенки составляет 5 т/1 м 2 . С его помощью можно возводить дома из кирпича.

Третий способ позволяет сделать незаглубленный фундамент под частный дом своими руками в условиях пучения. Суть метода заключается в заложении утеплителя по периметру фундамента на всю его глубину. Расчет материала делается так: если его высота равна 1 м, то и ширина утеплителя должна составлять 1 м.

Чтобы сделать отвод воды вокруг дома или сарая, нужно построить дренаж. Он представляет собой канаву на расстоянии 50 см от постройки, глубина которой такая же, как уровень заложения конструкции. В дренажную траншею укладывают перфорированную трубу под техническим уклоном и оборачивают ее в геотекстиль, а затем заполняют гравием и песком крупной фракции.

Ниже — рассмотрим типы оснований, которые могут применяться на почве, склонной к пучению.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент на пучинистых грунтах

Эффективным способом сделать крепкое основание для дома или сарая является мелкозаглубленный (малого заложения) ленточный фундамент на пучинистых грунтах. Это бетонная лента с элементами армирования, обустроенная по всему периметру здания и в местах пролегания несущих стен
. Чтобы выстроить незаглубленный фундамент своими руками, необходимо следовать таким этапам:

  1. , глубиною 50-70 см. Расчет ширины делается, исходя из ширины самого основания в сумме с опалубкой, утеплителем или гидроизоляцией, а также декором.
  2. Заложить откосы открытой траншеи гидроизоляций. С этой целью применяется толь, пленка.
  3. Засыпать выемку слоями утрамбованного песка по 20-30 см каждый. Для утрамбовки материал периодически смачивается водой.
  4. Поставить опалубку из любого доступного материала (доска, ).
  5. Выстелить на песок гидро защитный барьер.
  6. Сделать армирующий пояс с диаметром прутьев 12 мм.
  7. Залить незаглубленный фундамент бетонным раствором.
  8. Заложить второй слой армирующего пояса в незаглубленный фундамент по жидкому раствору (особенность, которую требует только мелкозаглубленный тип основания)

Для соединения арматуры сварка не применяется. Чтобы незаглубленный фундамент был жестче, используется проволока длиной 20 см.

Столбчатый фундамент на пучинистых грунтах

Конструкция может применяться для заложения дома или сарая на пучинистых грунтах, уровень промерзания которых не превышает полтора метра. За свою основу столбчатый фундамент взял готовые сваи. Их высота достигает 3-4 м.

Если в планах возвести небольшое здание, то эффективны такие виды сваи, как забивные из дерева или железобетона, а также винтовые. Дерево – это менее долговечный материал для фундаментных целей.

Столбчатый фундамент закладывается ниже уровня промерзания почвы, поэтому сохраняется лишь боковое давление пучения. По сравнению с заглубленными ленточными конструкциями, оно незначительно, так как площадь сваи меньше.

Среди всех типов столбов для основания – винтовые сваи для фундаментов самые удобные. Чтобы сделать столбчатый фундамент с их помощью, не нужно бурить скважины. Всю работы сделают винтовые лопасти.

Свайной конструкции доступны все водянистые типы грунтов: заболоченные, сырые участки. Для придания постройке жесткости, столбы связываются опорно-анкерными площадками. Для этого столбы ввинчиваются в грунт.

На их поверхности нужно сделать опалубку, выложить арматурный каркас, сшитый металлической проволокой и залить бетонной смесью. Расчет уровня расположения бетонной ленты равен поверхности почвы или чуть ниже.

Технология ТИСЭ – новый способ противодействия пучению

Для заложения фундамента своими руками наиболее доступной конструкцией является ТИСЭ. Она представляет собой , сваи которого соединены ростверком. Тисэ может использоваться для кирпичного, каркасного или каменного строительства.

Плитный фундамент в условиях пучения

Существуют и другие способы сделать устройство фундамента на пучинистых грунтах. Кроме ТИСЭ, мелкозаглубленного и столбчатого основания, применяют плитный фундамент. Это , которая противостоит пучению за счет большой площади подошвы.

Она эффективна при простой конструкции здания, когда фундамент представляет собой квадрат или прямоугольник. Расчет материалов показывает, что это самый дорогой, но не менее надежный вид сооружения. Изготавливается из бетона или железобетона.

Монолитный фундамент требует обустройства низкого цоколя. Расчет ширины монолитной плиты делается в зависимости от того, какой материал применяется для возведения стен.

Средний показатель отвечает параметрам от 15 до 35 см. 15 см подойдет, например, для деревянных конструкций, а 20 см – для кирпичных. Чтобы проложить инженерные коммуникации в плите, в ней заранее делаются отверстия соответствующего диаметра.

Какой тип фундамента выбрать — незаглубленный, столбчатый, плитный или ТИСЭ — зависит от возможности применить технику, размера дома, его конфигурации и материальных возможностей застройщика.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Пучинистый грунт — Статьи о малоэтажном строительстве от компании Лесдревпром

Пучинистые грунты всегда представляли собой непростую задачу для строителей. Пучинистыми называют те грунты, которые подвержены морозному пучению. Причиной подобного явления становится влага, которая замерзает при снижении температуры воздуха и почвы. Лёд имеет меньшую плотность (917,7 кг/м³), что меньше плотности воды (1000 кг/м³),а значит, при замерзании занимает в почве больше места, что становится причиной вспучивания слоёв земли.

Вот почему строительство фундаментов на пучинистом грунте — задача ответственная, а порой и очень сложная. Во время проведения подобных работ необходимо учитывать множество факторов: силу воздействия воды, массу, нагрузку.

К пучинистым грунтам относят, в основном, супеси, грунты и суглинки. Последние имеют очень много пор, которые способствуют удержанию влаги в почве, — вот почему степень пучинистости грунта зависит не только от объёма воды в нём, но и от количества глины.

При возведении любых сооружений строители обязаны помнить, что пучение грунта может быть таким сильным, что он сможет поднять даже огромное сооружение, превратив фундамент в пластилиновую коробку. Перед тем, как выстроить новый объект, сначала принимают все необходимые меры, которые помогут избежать пучения, и лишь потом приступают непосредственно к строительству.

Состав любого грунта обычно включает в себя минеральные частицы, воздух и воду. Как только дом передаёт свою нагрузку на основание, грунт начинает сжиматься, и основание дома даёт усадку. На физические свойства пучинистого грунта ощутимое влияние может оказывать объём минеральных частиц, доходящий до 0,001 мм.

Строителям хорошо известно о таком требовании, как ограничение усадки при помощи допустимых величин. Это означает, что давление жилища на собственное основание не должно превышать расчётное сопротивление пучинистого грунта. (Такими расчётами занимаются инженеры-геологи).

Описываемые грунты могут иметь различную степень пучинистости: слабую, сильную и чрезмерную . При замерзании почвы движение грунта направляется вверх, а при оттаивании — вниз.

Степень пучинистости грунта может определить только специалист. Зависит она и от природной влажности, и от природной плотности, но главное — от уровня, на котором залегают грунтовые воды.

Обычно средний показатель пучения грунтов составляет 6-7%. С другой стороны, эти данные не могут быть одинаковыми даже для двух соседних строительных площадок, ибо уровень грунтовых вод может очень сильно колебаться, особенно осенью и весной в период дождей и таяния снега.

Чаще всего средний уровень грунтовых вод колеблется в пределе 1 м. Степень пучинистости грунта наиболее точно можно определить в осенний период. Часть пор такого типа грунта постоянно смачивается, причиной чему служит поверхностное натяжение воды. Подъём воды тем выше, чем меньше диаметр пор.

Огромным преимуществом подобного грунта становится то, что он, промерзая, как и вся почва, заполняется льдом во всех направлениях. Таким образом, силы пучения всегда уравновешиваются. Также грунт всегда удерживает грунт, находящийся ещё ниже. Вот почему они подходят для сооружения домов из дерева и иных лёгких, но прочных материалов. Строители очень тщательно изучают степень пучинистости грунта на конкретном участке, чтобы рассчитать усадку дома. Строительные свойства этих грунтов прекрасно улучшаются при помощи песка, а также конструктивных и мелиоративных мероприятий. Например, фундамент делают заглубленным, а боковые стены его уплотняют, чтобы они могли прекрасно противостоять силам пучения.

(PDF) Простой метод оценки одномерного пучения в обширных грунтах

1206

тремя различными методами (например, Fredlund 1983,

Hamberg & Nelson 1984 и предлагаемый метод

с использованием KI и KII). Отношения расчетной общей качки

к измеренной общей вертикали

были оценены как 1,11, 2,13, 1,04 и 0,95 с использованием Fredlund (1983),

Hamberg & Nelson (1984) и предложенного метода

(с использованием KI и КИИ) соответственно.

Результаты анализа показывают, что метод Хамберга и

Нельсона (1984) переоценивает 1-мерную вертикальную тягу

в тематическом исследовании. Это может быть связано с игнорированием эффекта перекрывающего давления, как объяснено

в Разделе 3. С другой стороны, рассчитанные

качки с использованием метода Фредлунда (1983) и предложенного метода

в настоящем исследование показывает хорошее соответствие

измеренному полному изгибу.

Расчетная вертикальная качка близка к измеренной

вертикальной качки с использованием параметра KI по сравнению с KII.

Другими словами,

можно оценить с большей надежностью, если принять во внимание значения IP расширяющегося грунта

на площадке. Тем не менее, сравнение

было разумным с использованием параметра

KII (т.е. ω = 0,0039).

Методика, предлагаемая в этой статье, проста

и требует только информации об индексе пластичности,

IP и изменении содержания воды относительно глубины

в активной зоне, тогда как параметры

, необходимые для Fredlund ( 1983) являются сложными

и, следовательно, трудоемкими и дорогими.

6 РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ

Одномерный пучок в естественных расширяющихся грунтах с

слабонагруженными структурами обычно определяется

с использованием методов, предложенных Фредлундом (1983) или

Hamberg & Nelson (1984). Однако определение параметров, необходимых для использования метода Fredlund

(1983), является дорогостоящим и трудоемким.

Метод Hamberg & Nelson (1984) относительно

проще, но он не принимает во внимание влияние

давления покрывающих пород и, следовательно, может завышать

вертикальной качки.В настоящем исследовании предлагается простой метод

для оценки одномерного пучения в естественных

обширных грунтах путем вывода новой зависимости из методов

Fredlund (1983) и Hamberg & Nelson (1984)

, смягчающих некоторые из ограничения

обоих этих методов. Предложенный метод был протестирован на

на результатах исследования глины Регина (Йош-

ида и др., 1983). Результаты исследования, представленные

в этой статье, показывают, что предложенный метод

может быть надежно использован при оценке одномерной вертикальной качки.Предлагаемая методика

проста и требует только информации

индекса пластичности, Ip и вариации

естественной влажности по глубине

в активной зоне естественных экспансивных грунтов.

ССЫЛКИ

ASTM. 2000. Одномерные валы или осадки

свойств связных грунтов. ASTM D 4546, Книга стандартов ASTM

, 4.08: 363–369.

Брашер, Б.Р., Францмайер, Д.П., Валассис, В. и Дэвидсон, С. Е.

1966. Использование смолы сарана для покрытия естественных комков почвы для измерений объемной плотности

и влагоудержания. Почва

Наука: 101–108.

Касагранде, А. 1936. Определение нагрузки затвердевания до

и ее практическое значение. Proc. 1-й

Внутр. Конф., Почв. Мех. Найденный. Англ. 3: 60–64.

Ching, R.K.H. И Фредлунд, Д. 1984. Небольшой городок Sas-

в Качеване справляется с проблемами набухания глины.

Proc. 5-й Int. Конф. на обширных почвах, 306–310.

Аделаида, Австралия.

Клифтон, А.В., Йошида, Р.Т. И Фредлунд, Д. 1984.

Перформанс темного зала, Реджайна, Канада, построенный на сильно набухающей глине. Proc. 5-й Int. Конф.

на обширных почвах, 197–201. Аделаида, Австралия.

Круни Д. и Коулман Дж. Д. 1954. Структура почвы в отношении

отсоса почвы (пФ).Журнал почвоведения, 5 (1):

163–177.

Флеюро, Дж. М., Вербрюгге, Дж. К., Хуэрго, П. Дж. И Гомес

Коррейя, А. 2002. Аспекты поведения уплотненных глинистых грунтов

на высыхающих и увлажняющих участках.

Канадский геотехнический журнал 39: 1341–1357.

Fredlund, D.G. 1969. Методика испытаний консолидометра

факторов, влияющих на свойства набухания. Proc. 2-й Int. Конф.

на обширных почвах, 435–456.Техас.

Fredlund, D.G. 1983. Прогноз подвижек грунта

в набухающих глинах. Proc. 31-го Анну. Soil Mech. Найденный.

англ. Конференции., Univ. Миннесота, Миннесота.

Fredlund, D.G. 1987. Прогнозирование и выполнение

строений на обширных грунтах. Proc. Int.

Symp. по прогнозированию и производительности в геотехнической

Engineering, 51–60.

Fredlund, D.G. И Рахардджо, Х. 1993. Механика почвы для

ненасыщенных почв.Нью-Йорк: John Wiley & Sons Inc.

Haines, W.B. 1923. Объемные изменения, связанные с

вариациями влажности почвы. Jour. Agr. Sci. 13:

296–310.

Hamberg, D.J. 1985. Упрощенный метод прогнозирования пучения

в обширных грунтах. РС. диссертация, штат Колорадо

Университет, Форт-Коллинз, Колорадо.

Hamberg, D.J. И Нельсон, Дж. Д. 1984. Прогноз подъема перекрытия

перекрытия. Proc. 5-й Int.Конф. на обширных почвах,

137–140. Аделаида, Южная Австралия.

Высота подъема (мм)

050100 150200250

Глубина (м)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Расчетная (Fredlund2 & 1983)

)

Расчетная (Предлагаемая — KI)

Расчетная (Предлагаемая — KII)

Измеренная (Йошида и др., 1983)

Рис. 8. Измеренная и расчетная вертикальная качаемость с использованием различных методов

.

Подъем грунта — Designing Buildings Wiki

Пучок земли — это движение земли вверх, обычно связанное с расширением глинистых грунтов, которые набухают при намокании. Поскольку почва обычно не может расширяться вниз или в сторону, в результате обнаженная верхняя поверхность почвы поднимается вверх. Воздействие пучения противоположно эффекту проседания, когда почва нестабильна и опускается вниз, или оседанию, которое вызвано весом здания.

Смещение обычно составляет менее 150 мм, однако даже такой уровень смещения может привести к серьезным структурным повреждениям фундамента и ткани здания. Может быть нанесен долгосрочный ущерб, который может быть не обнаружен в течение некоторого времени, но может существенно повлиять на стоимость имущества.

Наиболее частая причина волнения земли связана с погибшими или вырубленными деревьями. Поскольку корневая сеть больше не забирает воду из подпочвы, вода накапливается в земле, что приводит к вздутию, которое может перемещать строительные конструкции вверх.

Дополнительные причины качки земли могут включать:

Общие признаки качки на земле могут включать:

Обследования покажут, произошло ли волнение, которое может повлиять на здание, и могут сообщить, например, о потенциальных рисках предлагаемых работ, таких как удаление деревьев возле зданий. Исследования могут включать визуальный осмотр, исторические исследования и бурение скважин для определения профиля влажности почвы.

Там, где вероятно возникновение вспучивания, ячеистые конструкции могут быть установлены под фундаментами и плитами перекрытия, чтобы уменьшить восходящую силу вертикальной качки, передаваемую на конструкцию, расположенную выше.Для получения дополнительной информации см. Ячеистый плотный фундамент.

Устранение повреждений, вызванных качающимся грунтом , может быть длительным и дорогостоящим процессом. Если пучение является результатом основной проблемы, ремонтные работы, такие как ремонт протекающих канализаций или удаление растительности, могут решить эту проблему.

Там, где сама почва склонна к вспучиванию, может потребоваться подкладка для стабилизации конструкций. Выкопанный грунт из-под существующего фундамента заменяется материалом, обычно бетоном, в несколько этапов, чтобы сформировать новый фундамент под существующим, доходя до недр, не склонных к вспучиванию.Возможно, потребуется оставить под конструкцией полость, чтобы приспособиться к будущему перемещению верхних слоев почвы.

[править] Внешние ссылки

Глава 7 (продолжение) — NHI-05-037 — Geotech — Мосты и конструкции

Геотехнические аспекты дорожных покрытий Справочное руководство

Глава 7.0 Детали конструкции и условия строительства, требующие особого внимания при проектировании (продолжение)

7.5 Условия земляного полотна, требующие особого внимания при проектировании

Принимая во внимание такие переменные, как тип почвы или минералогия вдоль проезжей части, геология (генезис грунта и метод отложения), свойства грунтовых вод и потока делают каждый проект уникальным с точки зрения условий земляного полотна.Неудивительно, что будут существовать определенные условия, которые не способствуют поддержанию или даже строительству систем дорожного покрытия. В этом разделе представлен обзор условий земляного полотна, требующих особого внимания при проектировании. Эти подземные условия часто носят региональный характер и обычно рассматриваются агентством как проблемные. Несколько проблем с фундаментом, таких как разрушающиеся или сильно сжимаемые грунты, расширяющиеся или набухающие грунты, подземные воды и насыщенные грунты, а также чувствительные к морозам почвы, широко распространены по всей территории U.С. и не относятся к одному региону. Например, морозное пучение происходит более чем в половине штатов США, а наиболее серьезные повреждения могут быть нанесены в центральных штатах, где происходит намного больше морозных циклов, чем в самых северных штатах. В этом разделе также рассматривается идентификация этих широко изменяющихся проблемных условий земляного полотна, а также альтернативы проектирования и строительства для достижения адекватного фундамента, на котором можно построить конструкцию дорожного покрытия.

Большинство условий земляного полотна, представленных в этом разделе, можно предвидеть с помощью полной программы разведки, как описано в Главе 4, и смягчить или, по крайней мере, минимизировать с помощью хорошо продуманных проектов.Выявив такие проблемы земляного полотна на стадии проектирования или даже возможность возникновения таких проблем во время трассы, можно разработать альтернативные конструкции. Альтернативные конструкции могут быть затем помещены в тендерные документы с четко обозначенными индикаторами, которые показывают, где эти альтернативы следует рассматривать, а затем внедрять, если и где встречаются такие условия. Когда эти особые условия земляного полотна не учитываются при проектировании, они часто выявляются во время строительства, что обычно приводит к претензиям и перерасходам.Тем не менее, выявление проблем в строительстве все же в некоторой степени удачно, учитывая то влияние, которое такие проблемы могут иметь на характеристики дорожного покрытия. Если условия почвы, описанные в этом разделе, остаются незамеченными, обычно снижается эксплуатационная пригодность, что обычно приводит к преждевременному локальному восстановлению или, что не редкость, к реконструкции дорожного покрытия в течение первых нескольких лет периода эксплуатации покрытия.

7.5.1 Типы проблемных почв

Очевидно, тротуар должен быть построен из любого материала и любого естественного состояния.Прочность и стабильность некоторых грунтов могут создавать проблемы во время строительства и, безусловно, могут повлиять на долговременные характеристики дорожного покрытия в течение его срока службы. Чтобы правильно обсудить эти потенциальные проблемы, необходимо определить некоторые термины, относящиеся к проблемной минералогии (Sowers, 1979). Некоторые из терминов являются истинной геологической терминологией, а некоторые — местной или региональной терминологией. Эти термины могут описывать конкретный материал или состояние, но все они проблематичны, и необходимо соблюдать осторожность при строительстве мостовых в регионах, содержащих эти материалы.

Adobe. Песчаные глины средней пластичности, обнаруженные в полузасушливых регионах на юго-западе США. Эти почвы веками использовались для изготовления высушенного на солнце кирпича. Это название также применяется к некоторым высокопластичным западным глинам, которые значительно разбухают во влажном состоянии.

Бентонит. Высокопластичная глина, обычно монтмориллонит, образующаяся в результате разложения вулканического пепла. В сухом состоянии он может быть твердым, но во влажном состоянии сильно набухает.

Карта глина. Применяется к глинам юга и юго-запада США. При высыхании превращается в маленькие твердые комочки относительно однородного размера. Сухие комки разлагаются при намокании (, например, , после того, как они использовались в качестве наполнителя). Эти почвы также имеют свойство набухать во влажном состоянии.

Caliche. Ил или песок полузасушливых районов на юго-западе США, зацементированный карбонатом кальция. Карбонат кальция откладывается в результате испарения воды, попадающей на поверхность земли под действием капилляров.Консистенция калиши варьируется от мягкой породы до твердой почвы.

Ракушечник. Мягкий пористый известняк, состоящий в основном из склеенных вместе ракушек, кораллов и окаменелостей. Очень рыхлый, при строительстве ломается.

Гамбо. Мелкозернистая высокопластичная глина долины Миссисипи. Он липкий, жирный, очень расширяющийся и при высыхании образует большие усадочные трещины.

Каолин. Белая или розовая глина низкой пластичности.Он состоит в основном из минералов семейства каолинита.

Суглинок. Поверхность почвы, которую можно описать как песчаный ил с низкой пластичностью или илистый песок, хорошо подходящий для обработки почвы. Он применяется к почвам в пределах самых верхних горизонтов и не должен использоваться для описания глубоких отложений материнского материала. Суглинистые почвы обычно чувствительны к влаге, легко нарушаются при строительстве и подвержены морозам.

Лесс. Отложение относительно однородного ила, переносимого ветром.Он имеет рыхлую структуру с многочисленными корневыми отверстиями, которые создают вертикальный скол и высокую вертикальную проницаемость. Он состоит из угловатых частиц кварца и полевого шпата, цементированных карбонатом кальция или оксидом железа. После насыщения он становится мягким и сжимаемым из-за потери цементирования. Лесс, измененный выветриванием во влажном климате, часто становится более плотным и несколько пластичным ( лессовый суглинок ). Лесс также очень морозоустойчив.

Морская глина. Глины, осажденные в морской среде, которые, если позже их поднять, становятся особенно чувствительными из-за выщелачивания солей, резко теряя прочность при нарушении.

Марл. Песок, ил или глина, осажденные водой, содержащие карбонат кальция. Мергели часто имеют цвет от светлого до темно-серого или зеленоватого, а иногда содержат коллоидные органические вещества. Часто они затвердевают в мягких породах.

Грязь или грязь. Чрезвычайно мягкий, слизистый ил или органический ил, встречающийся на дне рек и озер.Эти термины указывают на исключительно мягкую консистенцию, а не на какой-либо конкретный тип почвы. Мук подразумевает органическое вещество.

Торф. Природное высокоорганическое вещество, полученное в основном из растительных материалов (ASTM D 5715). Торф бывает темно-коричневого или черного цвета, рыхлый (отношение пустот может быть от 5 до 10) и чрезвычайно сжимаемый. После высыхания они будут плавать. Торфяные болота часто выделяют горючий метан в больших количествах. Эти почвы будут подвергаться значительному краткосрочному и долгосрочному осаждению даже при легких нагрузках и часто чувствительны к влаге, теряя значительную прочность во влажном состоянии.Они легко выходят из строя во время строительных работ. Торф, содержащий большое количество легко идентифицируемых волокон, в геотехнических целях часто называют волокнистым торфом . Торф, содержащий сильно разложившиеся волокна и значительный высокоорганический компонент почвы, часто называют аморфным торфом .

Зыбучие пески. Относится к состоянию, а не к типу почвы. Гравий, песок и ил становятся «быстрыми», когда восходящий поток грунтовых вод и / или газа имеет место до такой степени, что частицы поднимаются.

Сапролиты. Почвы, образовавшиеся в результате естественного выветривания горных пород. Реликтовые соединения материнской породы часто определяют прочность, проницаемость и стабильность выветриваемых грунтов. Фрагменты могут казаться звуковыми, но слабыми. Определить переход почвы от выветренной породы к здоровой породе сложно, что часто приводит к претензиям.

Сланец. Индуцированные мелкозернистые осадочные породы, такие как аргиллиты, алевролиты и аргиллиты, которые очень изменчивы и вызывают беспокойство.Некоторые из них твердые и стабильные, а другие мягкие и разлагаются до глины вскоре после воздействия атмосферы или в течение расчетного срока службы конструкции. Глины, полученные из сланца, часто очень пластичны.

Сульфат. Минеральное соединение, содержащее сульфатный радикал SO4, которое может содержаться в почве. Это создает значительные проблемы расширения в стабилизированном известью грунте и, в некоторых случаях, вызывает повреждение бетона.

Сульфид. Минеральное соединение, характеризующееся связью серы с металлом, таким как свинец или железо, с образованием галенита и пирита соответственно.

До. Смесь песка, гравия, ила и глины, полученная в результате вспашки ледников. Такие почвы часто называют валунной глиной, особенно в Канаде и Англии. Характеристики ледникового тилла варьируются в зависимости от эродированных отложений и коренных пород. Каши в Новой Англии обычно более грубые и менее пластичные, чем на Среднем Западе. На северо-востоке посевы обычно имеют широкий уклон и часто нестабильны под воздействием воды. Сложный характер их отложения создает крайне непредсказуемый материал.

Верхний слой почвы. Поверхностные почвы, поддерживающие жизнь растений. Обычно они содержат значительное количество органических веществ. Эти почвы имеют тенденцию оседать со временем, поскольку органическое вещество продолжает разлагаться. Они часто чувствительны к влаге, теряют значительную прочность при намокании и легко повреждаются во время строительных работ.

Туф. Название, относящееся к месторождениям вулканического пепла. Во влажном климате или в районах, где пепел попадает в водоемы, туф цементируется в мягкую пористую породу.

Глины полированные. Осадочные отложения, состоящие из чередующихся тонких слоев ила и глины. Обычно каждая пара слоев ила и глины имеет толщину от 3 до 13 мм (1/8 — 1/2 дюйма). Они являются результатом отложения в озерах в периоды чередования паводков и маловодья в впадающих потоках и часто образуются в ледниковых озерах. Эти отложения имеют гораздо более высокую проницаемость по горизонтали, чем по вертикали, так как горизонтальные пласты удерживают воду. Они часто бывают чувствительны и теряют прочность при повторной формовке.

7.5.2 Сжимаемые грунты
Влияние сжимаемых грунтов на характеристики дорожной одежды

Сильно сжимаемые (очень слабые) почвы со временем подвержены большим оседаниям и деформациям, которые могут отрицательно сказаться на характеристиках дорожного покрытия. Сильно сжимаемые почвы — это насыщенные почвы с очень низкой плотностью, обычно илы, глины, а также органические аллювиальные или переносимые ветром отложения и торфы. Если эти сжимаемые грунты не обработать должным образом, на поверхности могут образоваться большие углубления со случайным растрескиванием.Углубления на поверхности могут позволить воде стекать на поверхность дорожного покрытия и легче проникать в конструкцию дорожного покрытия, что усугубляет серьезную проблему. Что еще более важно, скопление воды создаст угрозу безопасности путешествующих людей в сырую погоду.

Средства для обработки сжимаемых грунтов

Выбор конкретной техники зависит от глубины слабого грунта и разницы между условиями на месте и минимальными требованиями к уплотнению или прочности, чтобы ограничить ожидаемую осадку до допустимого значения, которое не повлияет отрицательно на характеристики покрытия. .При строительстве проезжей части в районах с глубокими отложениями сильно сжимаемых слоев необходимо изучить конкретные свойства почвы для расчета расчетной осадки. В этих условиях перед проектированием дорожного покрытия должны быть выполнены геотехнические исследования и подробный анализ осадки. Если существующие грунты земляного полотна не соответствуют минимальным требованиям к уплотнению и со временем подвержены большим оседаниям, рассмотрите следующие альтернативы:

  • Удалите и обработайте почву для достижения приблизительного оптимального содержания влаги, замените и уплотните.
  • Удалите и замените грунт земляного полотна подходящими материалами для насыпи или выберите их. Все гранулированные наполнители должны быть уплотнены как минимум до 95% максимальной плотности с контролем влажности, как определено AASHTO T180. Связующие материалы наполнителя должны быть уплотнены до не менее 90%, близкого или немного превышающего оптимальное содержание влаги (, например, , от -1% до + 2% от оптимума), как определено AASHTO T99.
  • Рассмотрите возможность механической стабилизации с использованием геосинтетических материалов, как описано в Разделе 7.5, чтобы уменьшить необходимую поднутрение.
  • Если почвы гранулированные ( например, , пески и некоторые илы), рассмотрите возможность уплотнения грунта с поверхности, чтобы увеличить плотность в сухом состоянии с помощью методов динамического уплотнения. Определение характеристик почвы и подробные процедуры для успешного применения этого метода описаны в курсе FHWA / NHI 132034 по Методы улучшения грунта (FHWA NHI-04-001).
  • Если почва очень влажная или насыщенная, рассмотрите возможность обезвоживания с помощью колодцев или глубоких горизонтальных дренажных каналов.Если горизонтальные стоки не могут быть освещены дневным светом, может потребоваться подключение к трубам ливневой канализации или отстойным насосам.
  • Консолидируйте глубокие отложения очень слабонасыщенных грунтов с большими насыпями до строительства дорожного покрытия (за дополнительную плату). После строительства насыпи можно либо оставить на месте, либо удалить, в зависимости от окончательной отметки. Рассмотрите возможность дренажа фитиля для ускорения консолидации (см. FHWA NHI-04-001).
  • Другие методы для глубоких отложений сжимаемого грунта включают насыпные насыпи и использование легкого заполнителя, такого как геопена, как описано в руководстве FHWA «Методы улучшения грунта» (FHWA NHI-04-001).Хотя эти методы являются более дорогостоящими, чем большинство предыдущих методов, с точки зрения затрат на строительство, они предлагают немедленное улучшение, тем самым ускоряя строительство. В некоторых проектах экономия времени может быть более ценной, чем разница в стоимости строительства.
7.5.3 Складывающиеся грунты

Как и в случае сильно сжимаемых грунтов, просадочные грунты могут привести к значительному локальному проседанию дорожного покрытия. Складывающиеся почвы представляют собой иловые почвы с очень низкой плотностью, обычно это аллювиевые или переносимые ветром (лессовые) отложения, которые подвержены внезапному уменьшению объема при увлажнении.Часто их нестабильная структура зацементирована глиняными связующими или другими отложениями, которые растворяются при насыщении, что приводит к резкому уменьшению объема (Rollings and Rollings, 1996). Собственные земляные полотна просадочных грунтов перед строительством следует пропитать водой и прикатать с помощью тяжелого уплотнительного оборудования. В некоторых случаях остаточные почвы могут также разрушаться из-за вымывания коллоидных и растворимых материалов. На рис. 7-17 представлен метод определения потенциала просадочных грунтов.Могут быть доступны другие местные методы идентификации. Складывающиеся грунты также могут образовываться в насыпях, когда грунты песчаного типа уплотняются на сухой стороне с оптимальной влажностью. Силы мениска между частицами могут создать почвенную ткань, подверженную разрушению.

Если система дорожного покрытия должна быть построена на разрушающемся грунте, могут потребоваться специальные восстановительные меры для предотвращения крупномасштабного растрескивания и неравномерного оседания. Чтобы избежать проблем, перед началом строительства необходимо вызвать обрушение.Методы включают:

  1. водозабор в области просадочных грунтов.
  2. инфильтрационных скважин.
  3. уплотнение — обычное с тяжелым виброкатком для небольших глубин (в пределах 0,3 или 0,6 м (1 или 2 фута))
  4. уплотнение — динамическое или вибрационное для более глубоких отложений более полуметра (нескольких футов) (может сочетаться с затоплением)
  5. раскопаны и заменены.

Рисунок 7-17. Руководство по поведению разрушающейся почвы (Rollings and Rollings, 1996).
Нажмите здесь, чтобы увидеть текстовую версию изображения

7.5.4 Набухающие почвы
Влияние набухающих грунтов на характеристики дорожного покрытия

Набухающие или расширяющиеся почвы подвержены изменению объема (усыхание и набухание) при сезонных колебаниях содержания влаги. Величина этого изменения объема зависит от типа почвы (способности к усадке-набуханию) и ее изменения содержания влаги. Потеря влаги вызовет усадку почвы, а увеличение влажности приведет к ее расширению или набуханию.Такое изменение объема грунтов глинистого типа может привести к появлению продольных трещин у края дорожного покрытия и значительной шероховатости поверхности (различные вздутия и углубления) по длине дорожного покрытия.

Расширяющиеся почвы представляют собой очень серьезную проблему во многих частях Соединенных Штатов (см. Рис. 7-18) и являются причиной проведения преждевременных работ по техническому обслуживанию и восстановлению на многих километрах дороги каждый год. Расширяющиеся почвы представляют собой особую проблему, когда глубокие разрезы делаются в плотной (переуплотненной) глинистой почве.

Рисунок 7-18. Предполагаемое расположение набухающих почв (по Витчак, 1972).

Идентификация набухающих грунтов

Существуют различные методы и процедуры для выявления потенциально обширных почв. AASHTO T 258 может использоваться для определения почв и условий, подверженных набуханию. Два наиболее часто используемых документа перечислены ниже:

  • Оценка целесообразной методологии выявления потенциально обширных почв , Отчет №FHWA-RD-77-94, Федеральное управление шоссейных дорог, Вашингтон, округ Колумбия, июнь 1977 г.
  • Проектирование и строительство покрытий в аэропортах на обширных грунтах , Отчет № FAA-RD-76-66, Федеральное управление гражданской авиации, Министерство транспорта США, Вашингтон, округ Колумбия, июнь 1976 г.

Минералогия глины и наличие воды являются ключевыми факторами в определении степени, в которой проблема набухания может существовать на данном участке. Различные глинистые минералы демонстрируют большую или меньшую степень потенциала набухания в зависимости от их специфического химического состава.Монтмориллонитовые глины имеют тенденцию проявлять очень высокие потенциалы набухания из-за химического состава частиц, тогда как иллитовые глины имеют тенденцию проявлять очень низкие потенциалы набухания. Идентификация глинистых минералов химическими или микроскопическими методами может использоваться как метод определения наличия в почвах высокого потенциала набухания. Почвенная ткань также будет влиять на потенциал набухания, поскольку агрегированные частицы будут иметь тенденцию к более высокому набуханию, чем диспергированные частицы, и флоккулируются сильнее, чем дефлокулированные.Как правило, чем более мелкозернистая и пластичная почва, тем выше ее потенциал набухания.

Выявление набухающих грунтов в земляном полотне является ключевым компонентом инженерно-геологических изысканий проезжей части. Образцы почвы на небольшой глубине ниже предполагаемой отметки дорожного покрытия обычно отбираются в рамках исследования, и их потенциал набухания может быть определен несколькими способами. Индексное тестирование — это распространенный метод определения потенциала выброса. Обычно проводятся лабораторные испытания для определения пределов пластичности и жидкости и / или предела усадки.Активность почвы (ASTM D 4318), определяемая как отношение индекса пластичности к процентному содержанию почвы по массе менее 0,002 мм (0,08 мил), также используется как свойство индекса для потенциала набухания, поскольку глинистые минералы с более высокой активностью демонстрируют более высокое волнение. Расчет активности требует измерения градации с использованием методов ареометра, что не характерно для инженерно-геологических изысканий при проектировании дорожного покрытия во многих штатах. В дополнение к индексному тестированию практика агентства в регионах, где набухание почвы является распространенной проблемой, может включать в себя тестирование набухания ( e.г. , ASTM D 4546), для образцов природного или уплотненного грунта. Такое испытание обычно включает измерение изменения высоты (или объема) образца, подвергнутого легкой нагрузке, аналогичной той, которая ожидается в полевых условиях, а затем предоставлен свободный доступ к воде.

Обработка набухающих почв

Когда расширяющиеся грунты встречаются вдоль проекта в окружающей среде и на территориях, где ожидаются значительные колебания влажности в земляном полотне, следует рассмотреть следующие альтернативы, чтобы минимизировать будущий потенциал изменения объема расширяющегося грунта:

  • Для относительно тонких слоев расширяющейся глины у поверхности удалите и замените расширяющуюся почву избранными материалами.
  • Увеличьте ширину подповерхностных слоев дорожного покрытия, чтобы уменьшить изменение (, т.е. , смачивание или высыхание) влажности земляного полотна по краю дорожного покрытия, а также увеличьте ширину гребня проезжей части, чтобы уменьшить инфильтрацию влаги.
  • Частичная герметизация по краю дорожного покрытия или полная герметизация также могут использоваться для уменьшения изменения влажности земляного полотна, как более подробно описано в Разделе 7.5.
  • Расширить, стабилизировать и повторно уплотнить верхнюю часть расширяющегося глиняного земляного полотна.Стабилизация извести или цемента является общепринятым методом контроля набухания грунта, как описано в Разделе 7.6. (Стабилизация , используемая для экспансивных грунтов, относится к обработке почвы такими агентами, как битум, портландцемент, гашеная или гашеная известь и зола, чтобы ограничить характеристики изменения объема. Это может значительно повысить прочность обработанного материал.)
  • На участках с глубокими выемками в плотных, переуплотненных экспансивных глинах завершите выемку подземных грунтов до надлежащей отметки и дайте подповерхностным грунтам отскочить перед укладкой слоев дорожного покрытия.

AASHTO 1993 (Приложение C) предоставляет процедуры и графики для прогнозирования прямого воздействия набухающих грунтов на потерю эксплуатационной пригодности и обрабатывает их с учетом дифференциального воздействия на продольный профиль дорожного покрытия. Если предполагается, что опухоль будет относительно равномерной, процедуры не применяются.

7.5.5 Подземные воды

Важно определить все насыщенные слои почвы, глубину залегания грунтовых вод и поток подземных вод между слоями почвы.Подземные воды особенно важно распознавать и идентифицировать в зонах перехода между сегментами выемки и насыпи. Если позволить пропитать несвязанные материалы основания / основания и грунты земляного полотна, подземные воды могут значительно снизить прочность и жесткость этих материалов. Снижение прочности может привести к преждевременным углублениям на поверхности, образованию колей или растрескиванию. Сезонный поток влаги через выбранные пласты почвы также может значительно усилить эффекты дифференциального изменения объема в экспансивных почвах.Вырезанные участки особенно важны для подземных вод.

Очистка подземных вод

При обнаружении насыщенных грунтов или подземных вод следует рассмотреть следующие альтернативы для улучшения фундамента или опорного земляного полотна:

  • Для насыщенных грунтов у поверхности высушите или укрепите влажные грунты с помощью методов механической стабилизации, чтобы обеспечить строительную платформу для конструкции дорожного покрытия, как описано в Разделе 7.6.
  • Удалите и замените насыщенные почвы выбранными материалами или почвами. (Может не подходить, если земляные работы требуются ниже уровня грунтовых вод).
  • Разместите и должным образом уплотните толстые насыпи или насыпи, чтобы увеличить высоту земляного полотна или, другими словами, увеличить толщину между насыщенными грунтами или глубиной уровня грунтовых вод и структурой дорожного покрытия.
  • Также следует рассмотреть возможность использования дренажей земляного полотна, как подробно описано в Разделе 7.2 при наличии следующих условий:
    • Высокий уровень грунтовых вод, который может снизить устойчивость земляного полотна и стать источником воды для защиты от мороза.
    • Грунт земляного полотна, состоящий из ила и очень мелкого песка, который при насыщении может стать быстрым или рыхлым.
    • Вода просачивается из нижележащих водоносных пластов или из земляного полотна на участках вырубки (рассмотрите возможность перекрытия дренажей).
7.5.6 Морозоустойчивые почвы
Влияние мороза на характеристики покрытия

Мороз может вызвать неравномерное пучение, шероховатость поверхности и растрескивание, заблокировать дренаж и снизить несущую способность в периоды оттепелей.Эти эффекты варьируются от незначительных до тяжелых, в зависимости от типов и однородности грунта, региональных климатических условий (, т.е. , глубина промерзания) и наличия воды.

Одним из последствий воздействия мороза на тротуары является морозное пучение, вызванное кристаллизацией линз льда в пустотах почвы, содержащих мелкие частицы. Как показано на Рисунке 7-19, должны присутствовать три условия, вызывающие образование морозного пучения и связанные с ним проблемы с действием мороза:

  • почвы морозоустойчивые;
  • минусовых температур в почве; и,
  • источник воды.

Если эти условия возникают равномерно, пучение будет равномерным; в противном случае возникнет неравномерное пучение, вызывающее неровности поверхности, шероховатость и, в конечном итоге, растрескивание поверхности покрытия.

Рисунок 7-19. Элементы морозного пучения.

Второй эффект действия мороза — ослабление оттепели. Несущая способность может существенно снижаться в периоды оттаивания в середине зимы, а последующее морозное пучение обычно бывает более сильным, поскольку вода легче доступна в зоне промерзания.В более южных районах морозной зоны несколько циклов замораживания и оттаивания могут произойти в течение зимнего сезона и причинить больший ущерб, чем один более длительный период замерзания в более северных районах. Весенние оттепели обычно вызывают потерю несущей способности значительно ниже летних и осенних значений с последующим постепенным восстановлением в течение недель или месяцев. Вода также часто задерживается над мерзлой почвой во время оттепели, которое происходит сверху вниз, создавая потенциал для долгосрочных условий насыщения в слоях дорожного покрытия.

Выявление морозоустойчивых почв

Морозоустойчивые почвы разделены на четыре основные группы. В Таблице 7-12 представлена ​​сводная информация о типичных почвах в каждой из этих четырех групп на основе количества мелких частиц (материал, проходящий через сито 0,075 мм (№ 200). На Рисунке 7-20 графически показана ожидаемая средняя скорость морозного пучения для различные группы почв в зависимости от доли почвы менее 0,02 мм (0,8 мил).

Мороз практически отсутствует в чистом, свободно дренирующемся песке, гравии, щебне и подобных сыпучих материалах при нормальных условиях замерзания.Большое пустое пространство позволяет воде замерзать на месте без разделения на ледяные линзы. Напротив, илы очень морозоустойчивы. Состояние относительно небольших пустот, высокий капиллярный потенциал / действие и относительно хорошая проницаемость этих почв объясняют эту характеристику.

от низкого до среднего

Глины PI> 12

905 CL, CH

905 —

90 566 CL, CL-ML

Таблица 7-12. Классификация почв по морозостойкости (НЦПЗ 1-37А).
Группа заморозков Степень восприимчивости к заморозкам Тип почвы Процент мельче 0.075 мм (# 200) по массе. Типичная классификация грунтов
F1 От незначительной до низкой Гравийные почвы 3-10 GC, GP, GC-GM, GP-GM
F2 Гравийные почвы 10-20 GM, GC-GM, GP-GM
Пески 3-15 SW, SP, SM, SW-SM, SP-SM
F3 Высокая Гравийные почвы Более 20 GM-GC
Пески, кроме очень мелких илистых песков Более 15 SM, SC
Глины PI> 12
F4 Очень высокий Все илы ML-MH
Очень мелкие илистые пески Более 15

SM
Различные глины и другие мелкозернистые полосчатые отложения CL, ML, SM, CH

Рисунок 7-20.Средняя скорость вспучивания по сравнению с процентным содержанием мелких частиц для естественных градаций почвы (Kaplar, 1974).

Глины когезионные и, хотя их потенциальное капиллярное действие велико, их капиллярная скорость низкая. Хотя в глинистых почвах может возникать морозное пучение, оно не такое сильное, как для илов, поскольку непроницаемость глин замедляет прохождение воды. Несущая способность глин должна сильно снижаться во время оттепелей, даже при отсутствии значительного вспучивания. Оттаивание обычно происходит сверху вниз, что приводит к очень высокому содержанию влаги в верхних слоях.

Уровень грунтовых вод в пределах 1,5 м (5 футов) от предполагаемой отметки земляного полотна указывает на то, что воды будет достаточно для образования льда. Однородные глинистые грунты земляного полотна также содержат достаточно влаги для образования льда даже при глубине залегания грунтовых вод более 3 м (10 футов). Однако величина влияния будет сильно зависеть от глубины фронта промерзания (, т.е. , глубина проникновения промерзания). При глубоком промерзании грунтовые воды даже на большей глубине могут оказывать влияние на волнение.

Определение морозоустойчивых условий

Самым отличительным фактором для определения состояния опасности промерзания дорожного покрытия является водоснабжение. Для чувствительных к заморозкам почв в зоне промерзания опасность заморозков может быть оценена как высокая или низкая в соответствии со следующими условиями. Неизвестный рейтинг может быть подходящим, когда возникают условия как для высокого, так и для низкого рейтинга, которые не могут быть разрешены, или когда имеется мало информации или она отсутствует. Включение рейтинга опасности замерзания в документацию по оценке площадки подтверждает, что оценка воздействия замерзания была предпринята и не была упущена из виду.Когда рейтинг неизвестен, решение о включении мер по смягчению воздействия заморозков в проект будет основываться больше на неприемлемом характере повреждения от замерзания, чем на вероятности его возникновения.

Условия, связанные с высокой потенциальной опасностью замерзания, включают:

  1. Уровень грунтовых вод в пределах 3 м (10 футов) от поверхности дорожного покрытия (глубина воздействия зависит от типа почвы и глубины промерзания).
  2. Наблюдали изморозь в районе.
  3. Неорганические почвы, содержащие более 3% (по весу) или более зерен мельче 0.Диаметр 02 мм (0,8 мил) по данным Инженерного корпуса армии США.
  4. Потенциал скопления поверхностных вод и образования грунтов между зоной промерзания под тротуаром и поверхностными водами с проницаемостью, достаточно высокой для того, чтобы просачивание могло пропитать почвы в зоне промерзания в течение периода затопления.

Условия, связанные с низкой потенциальной опасностью замерзания, включают:

  1. Уровень грунтовых вод выше 6 м (20 футов) ниже поверхности тротуара (опять же, может быть намного меньше, в зависимости от типа почвы и глубины промерзания).
  2. Естественная влажность в зоне промерзания низкая по сравнению с уровнем насыщения.
  3. Гидрозатворы между водопроводом и зоной промерзания.
  4. Существующие тротуары или тротуары поблизости с аналогичными почвенными и водопроводными условиями и без построенных мер защиты от замерзания, которые не пострадали от мороза.
  5. Тротуары на насыпях с поверхностью более чем на 1–2 м (3–6 футов) над прилегающими отметками (обеспечивает некоторую изоляцию и утяжеляющее действие, чтобы противостоять вспучиванию).
Средство от Frost Action

При обнаружении морозостойких грунтов следует рассмотреть следующие альтернативы улучшения фундамента или опорного земляного полотна:

  1. Удалите чувствительную к заморозке почву (обычно для групп F3 и F4, Таблица 7-12) и замените ее выбранной нечувствительной к заморозке почвой для ожидаемой глубины проникновения промерзания.
  2. Разместите и уплотните выбранные нечувствительные к морозу грунтовые материалы на толщину или глубину, чтобы предотвратить промерзание земляного полотна для уязвимых к морозам почв групп F2, F3 и F4, Таблица 7-12.
  3. Удалить отдельные очаги морозоустойчивых грунтов во избежание резких изменений состояния земляного полотна.
  4. Стабилизируйте чувствительную к морозам почву, устраняя воздействие мелких частиц почвы с помощью трех процессов: а) механического удаления или иммобилизации с помощью физико-химических средств, таких как цементное соединение, б) эффективного уменьшения количества почвенной влаги, доступной для миграции в плоскость промерзания, например, перекрывая все миграционные пути, или c) изменяя точку замерзания почвенной влаги.
    1. Вяжущие вещества, такие как портландцемент, битум, известь и известково-летучая зола, как указано в Разделе 7.5. Эти агенты эффективно удаляют отдельные частицы почвы, связывая их вместе, а также частично удаляют капиллярные каналы, тем самым снижая возможность движения влаги. Необходимо соблюдать осторожность при использовании извести и смесей извести и золы с глинистыми почвами в районах с сезонными морозами (см. Раздел 7.5 и Приложение F).
    2. Влажность почвы, доступная для морозного пучения, может быть уменьшена за счет установки глубоких дренажных систем и / или капиллярных барьеров, чтобы уровень грунтовых вод поддерживался на достаточной глубине, чтобы предотвратить повышение влажности в зоне промерзания.Капиллярные барьеры могут состоять либо из открытого гравийного слоя, зажатого между двумя геотекстилями, либо из горизонтального геокомпозитного дренажа. Установка капиллярного барьера требует удаления чувствительного к морозу материала на глубину либо ниже точки промерзания, либо на достаточно значительную, чтобы уменьшить влияние морозного пучения на дорожное покрытие. Разрыв капилляра необходимо дренировать. Затем чувствительный к морозу грунт можно заменить и уплотнить над капиллярным барьером до требуемой отметки земляного полотна.
  5. Увеличьте толщину структурного слоя дорожной одежды, чтобы учесть снижение прочности земляного полотна в период весенне-оттаивания для морозоустойчивых групп F1, F2 и F3.

Конструкция дорожного покрытия для воздействия мороза часто определяет требуемую общую толщину гибкого покрытия и потребность в дополнительном выбранном материале под жестким и гибким покрытием. При проектировании дорожного покрытия в районах с сезонными морозами использовались три подхода:

  • Подход «Полная защита» — требует материалов, не подверженных замерзанию, на всю глубину мороза ( e.г. , методы лечения 1, 2 и 3 выше).
  • Ограниченное проникновение промерзания земляного полотна — допускает некоторое проникновение промерзания в земляное полотно, но недостаточно для развития неприемлемой шероховатости поверхности.
  • Подход с пониженной прочностью земляного полотна — позволяет больше промерзать земляному полотну, но обеспечивает соответствующую прочность в периоды ослабления от оттепелей.

AASHTO 1993 (Приложение C) предоставляет процедуры и графики для прогнозирования прямого воздействия морозного пучения на потерю работоспособности и обрабатывает их с учетом дифференциального воздействия на продольный профиль дорожного покрытия.Если ожидается, что мороз будет относительно равномерным, то процедуры не применяются.

По большей части подходы к проектированию местной морозостойкости были разработаны на основе опыта, а не путем применения каких-либо строгих теоретических расчетных методов. Более строгий метод доступен в процедуре проектирования NCHRP 1-37A для снижения воздействия сезонного замерзания и оттаивания до приемлемых пределов, как описано в главе 6. Расширенная интегрированная климатическая модель используется для определения максимальной глубины промерзания для системы дорожного покрытия. в определенном месте.Различные комбинации толщины слоев и типов материалов можно оценить с точки зрения их влияния на максимальную глубину промерзания и общее количество основания, а также выбрать материалы, необходимые для защиты чувствительных к заморозкам почв от промерзания.

7.5.7 Резюме

Проблемные почвы можно обрабатывать различными методами или их комбинацией. Методы улучшения, которые можно использовать для повышения прочности и уменьшения климатических колебаний фундамента в отношении характеристик дорожного покрытия, включают:

  1. Улучшение подземного дренажа (см. Раздел 7.2, и всегда следует учитывать).
  2. Удаление и замена более качественными материалами ( например, , толстые гранулированные слои).
  3. Механическая стабилизация с использованием толстых гранулированных слоев.
  4. Механическая стабилизация слабых грунтов с помощью геосинтетических материалов (геотекстиля и георешетки) в сочетании с зернистыми слоями.
  5. Облегченная заливка.
  6. Стабилизация слабых грунтов примесями (высокопластичные или сжимаемые грунты).
  7. Герметизация почвы.

Подробности большинства этих методов стабилизации будут рассмотрены в следующем разделе.

% PDF-1.4
%
1 0 объект
>
эндобдж
3 0 obj

/ CreationDate (D: 20121127003556Z)
/ Производитель (Atypon Systems, Inc.)
/ Автор (Сай Ванапалли; Лу Лу)
/ Создатель (PDFplus)
/ rgid (PB: 269557257_AS: 305593

  • 5025 @ 1449870672520)
    >>
    эндобдж
    2 0 obj
    >
    эндобдж
    4 0 obj
    >
    эндобдж
    5 0 obj
    >
    эндобдж
    6 0 obj
    >
    эндобдж
    7 0 объект
    >
    / XObject>
    / Шрифт>
    >>
    / MediaBox [0 0 612 792]
    / Аннотации [42 0 R 43 0 R 44 0 R 45 0 R 46 0 R 47 0 R 48 0 R 49 0 R 50 0 R 51 0 R]
    / Содержание 52 0 руб.
    / Родитель 4 0 R
    >>
    эндобдж
    8 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 55 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    9 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 58 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    10 0 obj
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 60 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    11 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 62 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    12 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 64 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    13 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 66 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    14 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 68 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    15 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / MediaBox [0 0 612 792]
    / Содержание [54 0 R 71 0 R 56 0 R 72 0 R]
    >>
    эндобдж
    16 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 74 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    17 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 76 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    18 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 78 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    19 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 80 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    20 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 82 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    21 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 84 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    22 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 86 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    23 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 88 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    24 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 90 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    25 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 92 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    26 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 94 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    27 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 96 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    28 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 98 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    29 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 100 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    30 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 102 0 R 56 0 R]
    >>
    эндобдж
    31 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 104 0 R 56 0 R]
    / Аннотации [105 0 R 106 0 R 107 0 R 108 0 R 109 0 R 110 0 R]
    >>
    эндобдж
    32 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 R 112 0 R 56 0 R]
    / Аннотации [113 0 114 0 R 115 0 116 0 117 0 118 0 119 0 120 120 R]
    >>
    эндобдж
    33 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI]
    >>
    / Содержание [54 0 122 0 руб. LiӒiI6m & Mi / 6iC 餓 6t4M4L ߑ_ e, XWlYԒWa, Xtb? ²ts {yIt {{GWg2

    ХАРАКТЕРИСТИКА РАСШИРЕННЫХ ПОЧВ

    Наиболее обширные почвы, встречающиеся в инженерных задачах, имеют степень насыщения ниже 100 процентов.Сведения о состоянии влажности таких почв лучше всего получить путем измерения всасывания почвы. Всасывание почвы можно определить обычным образом с помощью термопарного психрометра или фильтровальной бумаги. Объемную реакцию можно охарактеризовать путем измерения изменения объема наряду с определением изменения всасывания. Эта мера реакции почвы называется индексом всасывающего сжатия и является фундаментальным показателем индекса всасывающего сжатия, полученного при индексных испытаниях. При прогнозировании вспучивания также необходимо учитывать жесткость почвы или снижение волнистости, вызванной нагрузками.Представлено безразмерное уравнение, которое было разработано методами регрессии на основе большого количества данных, найденных в технической литературе. Уравнение предоставляет инструмент для уменьшения объемного отклика расширяющихся грунтов при увеличении приложенных нагрузок. Проиллюстрировано использование этой информации для прогнозирования вертикальной качки.

    • URL записи:
    • URL записи:
    • Наличие:
    • Дополнительные примечания:

      • Публикация этой статьи спонсируется Комитетом по экологическим факторам, кроме мороза.Распространение, публикация или копирование этого PDF-файла строго запрещено без письменного разрешения Транспортного исследовательского совета Национальной академии наук. Если не указано иное, все материалы в этом PDF-файле защищены авторским правом Национальной академии наук. Копирайт © Национальная академия наук. Все права защищены
    • Авторов:

      • Маккин, Р. Гордон
      • Hamberg, Debora J
    • Дата публикации: 1981

    Информация для СМИ

    Предмет / указатель

    Информация для подачи

    • Регистрационный номер: 00341169
    • Тип записи:
      Публикация
    • ISBN: 03040
    • Файлы: TRIS, TRB
    • Дата создания:
      28 октября 1981 г., 00:00

    Страница не найдена | MIT

    Перейти к содержанию ↓

    • Образование
    • Исследовательская работа
    • Инновации
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О Массачусетском технологическом институте
    • Подробнее ↓

      • Прием + помощь
      • Студенческая жизнь
      • Новости
      • Выпускников
      • О Массачусетском технологическом институте

    Меню ↓

    Поиск

    Меню

    Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
    Попробуйте поискать что-нибудь еще!

    Что вы ищете?

    Увидеть больше результатов

    Предложения или отзывы?

    Экспериментальное исследование инженерных свойств расширяющегося грунта, обработанного Al 13

    Пределы Аттерберга

    Влияние Al 13 на предел жидкости, предел пластичности и индекс пластичности расширенного грунта представлено на рис.2.

    Рисунок 2

    Пределы Аттерберга и диаграмма пластичности стабилизированного расширяющегося грунта с переменным соотношением Al / грунт: ( a ) пределы Аттерберга; ( b ) диаграмма пластичности.

    Предел текучести и индекс пластичности образцов уменьшались по мере увеличения отношения Al / грунт, тогда как предел пластичности несколько снижался. Минимальные значения предела жидкости и индекса пластичности составили 43,64% и 19,55 соответственно при соотношении Al / грунт 0,22 ммоль / г, а затем достигли относительно стабильных значений 44.05% и 19,78. Уменьшение индекса пластичности свидетельствует об улучшении водостойкости экспансивного грунта и снижении его водоудерживающей способности. Это явление можно объяснить заметным уменьшением толщины двойного диффузного слоя (DDL) частиц глины за счет катионного обмена между расширяющейся почвой и Al 13 . С другой стороны, из-за гидроксильных групп и большого положительного заряда Al 13 может адсорбировать некоторые молекулы воды, поэтому предел пластичности почвы, обработанной Al 13 , существенно не изменился.Кроме того, рис. 2b показывает, что экспансивная почва изменилась с глины с высоким пределом текучести (CH) на глину с низким пределом текучести (CL), за исключением образца 0,10. Это наблюдение означает, что гранулометрический состав экспансивной почвы изменился.

    Гранулометрический состав

    В соответствии с вышеупомянутым стандартом, испытания гранулометрического состава были проведены на образцах стабилизированного грунта с переменным соотношением Al / грунт. Полученные результаты испытаний представлены на Рис. 3.

    Рис. 3

    Гранулометрический состав стабилизированного расширяющегося грунта с переменным соотношением Al / грунт.

    Таблица 1 показывает, что содержание глины и ила естественной экспансивной почвы составляло 60,4% и 35,7% соответственно. Однако добавление раствора ПГА к расширяющейся почве снизило содержание глины и увеличило содержание ила, что можно объяснить взаимодействием между расширяющейся почвой и Al 13 . Группы Al 13 абсорбировались на поверхности частиц почвы, а затем внедрялись в кристаллический слой с образованием относительно стабильной структуры. В результате низковалентные катионы в почвенных частицах постепенно замещались Al 13 , и толщина двойного диффузного слоя (DDL) уменьшалась.Следовательно, стадии кристаллического набухания и осмотического набухания экспансивной почвы были ингибированы, что привело к снижению дисперсности глины и повышению стабильности агрегатов почвы. Кроме того, когда соотношение Al / грунт увеличивалось выше 0,18 ммоль / г, гранулометрический состав стабилизированного грунта оставался почти постоянным. Это открытие можно объяснить ограниченной адсорбционной способностью групп Al 13 на глиняных поверхностях, что предполагает, что слишком большое количество раствора ПГА не будет иметь лучшего модифицирующего эффекта на экспансивную почву.

    Испытания процента набухания и давления набухания

    Процент набухания и давление набухания расширяющегося грунта с переменным соотношением Al / грунт приведены на рис. 4. Результаты показывают, что процент набухания и давление набухания для всех образцов грунта уменьшались с увеличением в соотношении Al / почва.

    Рис. 4

    Процент набухания и давление набухания стабилизированного расширяющегося грунта с переменным соотношением Al / грунт: ( a ) процент набухания; ( b ) давление набухания.

    Как показано на рис.4а, процент набухания значительно увеличился на начальной стадии эксперимента, а затем стал стабильным с течением времени. Соотношение Al / грунт 0,18 и 0,26 ммоль / г снизило процент набухания с начального значения 19% до 5,5% и 6% соответственно. Более того, давление набухания значительно снизилось с начального значения 182,72 кПа до 32,74 кПа при соотношении Al / грунт 0,18 ммоль / г. Когда соотношение Al / грунт превышает 0,10 ммоль / г, стабилизированный грунт почти превращается в не набухающий грунт. Это явление можно объяснить катионным обменом между Al 13 и экспансивной почвой.Заменяемые катионы расширяющейся почвы были заменены на Al 13 , который усилил флокуляцию частиц почвы и уменьшил удельную поверхность и водное сродство, что в конечном итоге уменьшило потенциал набухания 34 . Следовательно, определенное количество раствора ПГА вызовет уменьшение процента набухания и сил отталкивания между частицами глины. Кроме того, следует отметить, что самый низкий процент набухания и давление набухания наблюдались при соотношении Al / грунт, равном 0.18 ммоль / г, а не 0,26 ммоль / г. Причина этого явления заключается в том, что избыточное количество ионных групп Al 13 нарушает равновесие адсорбционной системы из-за неоднородных зарядов на поверхности глины 19 . В результате, когда отношение Al / грунт продолжало увеличиваться, процент набухания и давление набухания представляли собой небольшое увеличение, за которым следовало стабильное состояние после достижения нового равновесия.

    Испытание неуплотненно-недренированного (UU)

    Влияние Al 13 на поведение напряженно-деформированного стабилизированного грунта при эффективном ограниченном давлении 100 кПа показано на рис.5. Принято считать, что кривую «напряжение-деформация» можно разделить на два типа: деформационное упрочнение и деформационное разупрочнение. Как показано на рис. 5, кривая напряжения-деформации была преобразована из типа деформационного упрочнения в тип деформационного разупрочнения по мере увеличения отношения Al / грунт. Это явление свидетельствует об изменении структуры и расположения частиц почвы.

    Рис. 5

    Напряжение в зависимости от деформации стабилизированного расширяющегося грунта с переменным соотношением Al / грунт.

    Кроме того, можно заметить, что прочность на сдвиг рыхлого-недренированного расширяющегося грунта была увеличена за счет Al 13 , значительно увеличившись с 0.От 46 до 0,82 МПа при соотношении Al / грунт от 0 до 0,18 ммоль / г. Это увеличение может быть связано с флокуляцией и агломерацией частиц глины, вызванной катионным обменом в растворе почва-Al 13 . Когда соотношение Al / грунт продолжало увеличиваться, прочность на сдвиг имела тенденцию к снижению с 0,82 до 0,75 и 0,78 МПа соответственно. Это явление может быть связано с объяснением, представленным в разд. 3.3. Когда к образцам почвы было добавлено избыточное количество ионных групп Al 13 , баланс между группами Al 13 и отрицательными ионами в частицах глины был бы нарушен из-за неоднородных зарядов на поверхности глины, которые дестабилизировали интеркаляцию и адсорбцию. система и в конечном итоге повлияла на процесс флокуляции – агломерации частиц глины, что привело к снижению прочности на сдвиг.Однако прочность на сдвиг увеличивалась по мере увеличения отношения Al / грунт с 0,22 до 0,26 ммоль / г. Это наблюдение связано с преобразованием избыточного количества Al 13 в другие частицы Al, такие как мономерный Al и Al n (OH) 3n или Al 2 O 3 , которые усиливают цементацию для улучшения сила сцепления глинистых заполнителей, приводящая к увеличению прочности на сдвиг 19 .

    XRD и SEM анализы

    В результате вышеупомянутых анализов было определено, что оптимальное соотношение Al / почва для обработки обширной почвы равно 0.18 ммоль / г при объединении индекса пластичности, содержания глины, потенциала набухания и прочности на сдвиг в неконсолидированном и недренированном состоянии. Поэтому анализы XRD и SEM были выполнены на образцах природного и стабилизированного грунта с соотношением Al / грунт 0,18 ммоль / г. Изображения XRD и SEM показаны на рис. 6 и 7.

    Рис. 6

    Рентгенограммы естественного грунта и стабилизированного грунта с соотношением Al / грунт 0,18 ммоль / г.

    Рисунок 7

    СЭМ-изображения образцов почвы: ( a ) естественная экспансивная почва; ( b ) стабилизированный грунт с соотношением Al / грунт 0.18 ммоль / г.

    Как показано на рис. 6, основными минеральными составами образцов природного и стабилизированного грунта были кварц, монтмориллонит, иллит и кальцит. В обоих образцах почвы был обнаружен почти одинаковый минеральный состав, за исключением того, что небольшое количество галита было обнаружено на дифрактограмме стабилизированного экспансивного грунта. Это может быть связано с кристаллизацией хлорида натрия во время высыхания почвы, который был получен из раствора PHA и экспансивной почвы.

    Из рис.7а видно, что естественная экспансивная почва имеет ламинарную структуру с крупными и тонкими глиняными чешуйками, что является типичной морфологией почвы для глинистых минералов и согласуется с Goodarzi et al. 35 и Келлер 36 . С добавлением раствора ПГА частицы глины трансформировались из дисперсной структуры в флокулированно-агломерированную структуру, характеризующуюся уплотнением ассоциаций частиц, сопровождаемых отчетливыми пустотами. Гидратированные ионные группы Al 13 интеркалированы в кристаллический слой, образуя относительно стабильную межслойную структуру.Между тем, эти ионные группы Al 13 также адсорбировались на поверхности частиц глины, чтобы увеличить цементацию, способствуя тому, чтобы агрегаты глины стали компактно связанными с другими частицами глины. Полученная агломерация уменьшала площадь поверхности и подавляла набухание кристаллов и осмотическое набухание экспансивной почвы, что, в свою очередь, улучшало геотехнические свойства.

    Обсуждение

    На основании приведенного выше анализа, Al 13 может значительно снизить потенциал набухания экспансивного грунта и значительно улучшить его физико-механические свойства.Однако обычно считается, что элемент Al в растворе ПГА вызывает токсичность алюминия и наносит вред росту животных и растений 37,38 . Однако большая часть групп Al 13 войдет в прослойку кристаллов монтмориллонита и будет адсорбироваться и значительно стабилизироваться на поверхности отрицательно заряженных частиц глины 39,40 , в результате образуя стабильные комплексы, которые прочно закреплены в твердой фазе. почв и редко высвобождаются 41 .Кроме того, избыток Al 13 в почвенном растворе будет разлагаться из-за реакций с гуминовой кислотой и другими органическими веществами 42 . В этом отношении Syuntaro 41 указал, что Al 13 не может быть основным ингибитором роста растений в богатых гумусом или отрицательно заряженных почвах (таких как обширная почва). Фактически, гидрокси-алюминий широко используется в качестве флокулянта при очистке воды и сточных вод 43 . Таким образом, неблагоприятное воздействие раствора PHA на окружающую среду будет значительно уменьшено или даже устранено.Среди них влияние раствора PHA на выбросы углерода в почве требует дальнейшего изучения. Кроме того, следует подчеркнуть, что обработка обширной почвы Al 13 используется для удовлетворения технических требований, а стабилизированная почва обычно не используется для роста и выращивания сельскохозяйственных культур, поэтому влияние Al 13 на органическое вещество почвы это не ключевой момент.

    В практической инженерии долговечность стабилизированного грунта является общей проблемой многих традиционных стабилизаторов 44,45,46,47,48,49 .Однако Yazdandoust et al. 50 утверждал, что положительные эффекты стабилизации полимера сохраняются и не теряются после циклического смачивания и сушки. В качестве одного из полимеров Al 13 является основным компонентом интеркалированного Al, адсорбированного в кристаллическом слое, и имеет хорошую термическую стабильность после сшивания монтмориллонитом. В результате обработка экспансивного грунта Al 13 показывает более высокую потенциальную долговечность, чем традиционные стабилизаторы. Кроме того, мы попытались оптимизировать параметры синтеза для крупномасштабного приготовления растворов PHA с высоким и стабильным содержанием Al 13 , и были подготовлены некоторые технические средства для достижения очистки, концентрирования и измельчения раствора PHA для облегчения его транспортировка и хранение.Более того, мы планировали обеспечить относительно равномерное проникновение раствора PHA в обширную почву с помощью модельных и полевых испытаний, сочетая физические средства, такие как заполнение скважин, поверхностное распыление и электроосмос, электрофорез и другие электрохимические методы. В настоящее время мы проводим модельные испытания методами электроосмоса и напыления. Результаты показывают, что эти два метода практичны и эффективны. Следовательно, обработка обширного грунта Al 13 может быть эффективным и многообещающим инженерным методом.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *