Морозное пучение грунтов реферат

Обновлено: 07.07.2024

Криогенными процессами называют геологические процессы, которые происходят при промерзании или оттаивании горных пород, а также замерзании подземных вод. Сезонное оттаивание — это оттаивание летом верхней части толщи мёрзлых пород.
Этот оттаивающий слой называется сезонно-талым слоем. Сезонное промерзание соответственно — промерзание зимой верхней части талых пород, представляющей собой сезоно-мёрзлый слой.

Промерзание поверхностных слоев земной коры обусловливает объемное деформирование многих влажных дисперсных горных пород, почв и грунтов, выражающееся в увеличении объема и неравномерном поднятии их поверхности вследствие замерзания воды и образования ледяных включений. Процесс такого деформирования пород в строительной практике принято называть морозным пучением, а сами грунты, подвергающиеся пучению, пучинистыми или морозоопасными.

Необходимость учета и предупреждения воздействий промерзающих морозоопасных грунтов на фундаменты и конструкции зданий и сооружений (что сопряжено с оценкой деформаций и сил морозного пучения) является одним из основных условий обеспечения устойчивости, эксплуатационной пригодности и долговечности сооружений, возводимых в районах сезонного промерзания грунтов.

Процессы, происходящие в деятельном слое

(сезонного промерзания и оттаивания)

К ним относятся: значительные колебания температуры; промерзание и оттаивание грунтов; морозное пучение грунтов; миграция влаги к фронту промерзания; перемещение влаги под действием гидравлического градиента; образование морозобойных трещин; сползание грунта по склонам (солифлюкция); поверхностные оползни.

Колебания температуры по глубине деятельного слоя 1 и слоя вечномерзлого грунта 2 (рис. 1) легко зафиксировать, измеряя температуру на разных глубинах в течение года в скважине результаты измерений приведены на рисунке, римскими цифрами указаны месяцы). Наибольшие колебания температуры испытывает самый верхний слой. С глубиной колебания уменьшаются, и ниже некоторой границы 3 температура практически постоянна. Эту границу называют границей нулевых амплитуд сезонных колебаний температуры.

Рис. 1. Распределение температуры в пределах толщины

сливающегося деятельного слоя и слоя вечномерзлого грунта

(за начало координат принята температура начала замерзания грунта)

График колебаний температуры демонстрирует и ход промерзания и оттаивания грунтов, залегающих выше границы оттаивания 4. Согласно наблюдениям, грунт промерзает преимущественно сверху. Однако при сливающемся деятельном слое имеет место небольшое промерзание грунта и снизу, от верхней границы вечномерзлого грунта. Оттаивание грунта происходит только сверху.

Под морозным (криогенным) пучением понимается внутриобъемное деформирование промерзающих влажных почв, нескальных горных пород и грунтов, приводящее к увеличению их объема вследствие кристаллизации в них воды и разуплотнения минеральной составляющей при образовании ледяных включений в виде прослойков, линз, поликристаллов и т.д.

В ходе промерзания влажных пылевато-глинистых грунтов и пылеватых мелких песков, как правило, происходит морозное пучение грунта, которое является следствием увеличения объема воды при переходе ее в лед и миграции влаги из нижних горизонтов к фронту промерзания . Морозное пучение в случае сливающегося деятельного слоя весьма ограничено и чаще всего не превышает 3 % его толщины. Однако если происходит движение надмерзлотной грунтовой воды или деятельный слой не промерзает до верхней границы слоя вечномерзлого грунта, то морозное пучение может достигать десятков процентов толщины этого слоя и оказывать значительное влияние на конструкции, расположенные в пределах его интенсивного воздействия. Эти конструкции в ходе промерзания поднимаются силами пучения вверх, весной же они не могут перемещаться вниз вместе с оседающим грунтом, который оттаивает сверху, так как удерживаются еще не стаявшей частью деятельного слоя, а иногда и слоем вечномерзлого грунта. Следствием этого является выпучивание конструкций , заглубленных в грунт (столбов, фундаментов и др.).

Одно из явлений, широко распространённое в пределах криолитозоны, — это многолетние бугры пучения. Образовываться они могут по-разному. Так, например, при промерзании талых торфяников зимой к ним начинает мигрировать вода из талых пород. Она тут же замерзает, превращаясь в объёмистый шлир льда. Торфяник приподнимается, на нём образуется бугор, постоянно увеличивающийся, поскольку вода всё продолжает поступать. Скорость роста таких бугров составляет до 10—30 см в год. Они достигают в высоту от 2—3 до 20 м, а в основании — от нескольких десятков до сотен метров. Такой бугор пучения называют миграционным , т.к. он образовался в результате миграции влаги.

Наиболее распространённое явление — выпучивание врытых столбов, камней и других твёрдых тел из рыхлых отложений, которые при промерзании увеличиваются в объёме и пучатся. Нередко зимой такие рыхлые грунты смерзаются с вкопанным столбом, а затем, пучась, поднимают его вверх. Столб как бы вынимается из непромёрзшей части сезонно-талого слоя. Образовавшаяся под ним полость заполняется водой или разжиженным грунтом. При полном промерзании сезонно-талого слоя в этой полости образуется лёд или сильнольдистый грунт. Летом, пока не оттает подошва столба, он сохраняет своё приподнятое положение. После вытаивания льда в полости под столбом остаётся грунт, и потому столб, хотя и уходит в землю, но не настолько, чтобы принять своё первоначальное положение. С началом следующей зимы история повторяется. И так из года в год. Постепенно столб теряет устойчивость, наклоняется и падает. Не беда, когда это происходит со столбами изгородей, но когда падают телеграфные столбы и опоры электросети, деформируются сваи фундаментов зданий — это уже стихийное бедствие. В природе же многолетний процесс выпучивания валунов, скальных обломков и мелких камней приводит к формированию на поверхности каменных россыпей, образованию на пологих склонах целых каменных потоков.

Перемещение влаги под действием гидравлического градиента свойственно надмерзлотным, межмерзлотным и подмерзлотным грунтовым водам.
Надмерзлотные грунтовые воды , обычно перемещающиеся только при уклоне местности, приурочены к слоям песка, супеси и других хорошо фильтрующих грунтов При несливающемся деятельном слое они могут находиться в слое талого грунта. Эти воды оказывают существенное влияние на миграцию влаги к фронту промерзания и способствуют морозному пучению грунтов деятельного слоя.
Межмерзлотные подземные воды находятся между двух слоев вечномерзлого грунта. Обычно они служат путями для выхода подмерзлотных вод на поверхность земли или в деятельный слой.

Подмерзлотные подземные воды , расположенные под слоем вечномерзлого грунта, имеют значение при устройстве фундаментов только в случае выхода вод через талики в деятельный слой и питания ими надмерзлотных вод.

Рис. 2. Схема образования грунтовой наледи на склоне местности
1 – промерзший слой грунта; 2 – водоносный непромерзший слой грунта;

3 – перемещающиеся по склону грунтовые воды;

4 – слой вечномерзлого грунта; 5 – грунтовая наледь

Грунтовые наледи и растрескивание пород

При наличии подземных вод всех видов создаются условия для образования грунтовых наледей . Даже при небольшом уклоне местности надмерзлотные воды перемещаются вниз по склону (рис. 2). Если грунт, например под дорогой, промерзнет до верхней границы вечномерзлого грунта раньше, чем на остальной территории, покрытой растительностью и снегом, то между промерзшим слоем и слоем вечномерзлого грунта в непромерзшем слое будут скапливаться грунтовые воды с повышением давления. Под действием этого давления промерзший слой может быть поднят и сломан в слабом месте. После этого вода начнет вытекать через трещину, образуя грунтовую наледь. В некоторых случаях разрыва промерзшего слоя не происходит, но он поднимается вверх в виде холма, и под ним образуется линза льда.

Кроме рассмотренной, возможны и другие причины образования грунтовых наледей. Так, наледи могут образовываться в местах выхода на поверхность межмерзлотных и подмерзлотных грунтовых вод, а также вследствие замкнутости объема обводненного грунта, поскольку промерзание воды в песке приводит к ее отжатию от фронта промерзания. Отжатие же, в свою очередь, создает гидростатическое давление, вызывающее поднятие промерзшего слоя в отдельных местах.
Как уже было сказано, в верхней части промерзшего слоя температура грунта сильно понижается (см. рис. 1). В таком случае грунт ведет себя как твердое тело, т. е. уменьшается в объеме. Это приводит к небольшому опусканию поверхности грунта по вертикали и к возникновению в нем напряжений растяжения в горизонтальном направлении. Под воздействием этих напряжений в грунте образуются морозобойные трещины. Их образованию способствует изгиб промерзшего слоя, так как в верхней части он сжимается в результате снижения температуры больше, чем у границы промерзания. В то же время изгибу промерзшего слоя препятствует момент, возникающий от действия его веса. В результате указанных причин образующиеся в промерзшем слое трещины сначала имеют небольшую ширину раскрытия, затем по мере понижения температуры они получают развитие. Особенно неблагоприятно воздействие морозобойных трещин на линейные сооружения (трубопроводы, подземные кабели и др.) – оно приводит к их разрушению.

Рис. 3. Схема перемещения частицы грунта, находящейся на поверхности откоса

Иной вид криогенных процессов — растрескивание мёрзлых пород. Из-за разницы отрицательных температур в различных частях мёрзлых пород они раскалываются. При сезонном промерзании пород глубина образующихся трещин не превышает мощности сезонно-мёрзлого слоя. Однако в многолетнемёрзлых породах такие трещины могут проникать на глубину до 3 – 4 м и более.

Если по какой-либо причине (потепление климата, деятельность человека) глубина сезонного оттаивания достигает сильнольдистых грунтов или подземных льдов, то они тоже начинают оттаивать. Появляется вода, которая, нагреваясь на солнце, повышает температуру находящихся под ней пород, и они продолжают оттаивать дальше. Причём эти породы постепенно уплотняются за счёт вытаявшего льда. Так образуются термокарстовые озёра. При определённых условиях под таким озером может протаять вся толща мёрзлых пород насквозь.

На откосах крутизной 1:1,5 и 1:2, кроме солифлюкции, весной наблюдается образование поверхностных оползней (сползание части слоя сезонного оттаивания). Они вызываются следующими причинами. При промерзании грунта происходит миграция влаги в верхние горизонты деятельного слоя. В результате верхняя его часть переувлажняется. В процессе оттаивания переувлажненные грунты легко сползают по слою еще мерзлого грунта. Этому способствует наличие прослоев и линз льда, совпадающих по направлению с направлением откоса. Исследования, выполненные Н. К. Захаровым в ЛИСИ, показали, что в процессе оттаивания суглинков их сопротивление сдвигу может уменьшаться примерно на 50 %.

Таким образом, в пределах деятельного слоя протекает одновременно много процессов, которые необходимо учитывать при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов.

Б.И. Далматов Механика грунтов, основания и фундаменты. Ленинград. Стройиздат. 1988 г.

А.Б. Фадеев Инженерная геология и гидрогеология. Учебное пособие для студентов строительных специальностей. Санкт-Петербург. 2007 г.

В.П. Ананьев, А.Д. Потапов Инженерная геология. М.: Высшая школа, 2002, 2005 г.

В.О. Орлов Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. Л: СИ, 1977 г.

Введение
1. Причина криогенного пучения грунтов
2. Формы пучения, их региональная и зональная приуроченность
3. Криогенное пучение грунтов и его воздействия на сооружения
4. Мероприятия по предупреждению морозного пучения грунтов оснований и выпучивания фундаментов
5. Заключение
6. Список литературы

Файлы: 1 файл

Процессы пучения.doc

3. Криогенное пучение грунтов и его воздействия на сооружения

Процессы пучения обусловливают объемное деформирование многих влажных дисперсных горных пород, почв и грунтов, выражающееся в увеличении объема и неравномерном поднятии их поверхности вследствие замерзания воды и образования ледяных включений. При замерзании насыщенная водой масса значительно увеличивается в объеме, начинает давить на находящиеся в грунте конструкции и выталкивать их из земли.

Напряженно-деформированное состояние грунта при морозном пучении обусловливает недопустимые перемещения и серьезные повреждения промышленно-гражданских зданий, гидротехнических, мелиоративных сооружений, разрушение покрытий автомобильных дорог и аэродромов, искривление рельсо-шпальной решетки железнодорожной колеи, смещение опор мостов, линий электропередач, трубопроводов и других инженерных сооружений. Особенно широко деформации сооружений имеют место в районах глубокого сезонного промерзания грунтов, а также на территории с многолетнемерзлыми породами, где в условиях преимущественного распространения сильнопучинистых пылеватых грунтов воздействующие на сооружения силы пучения достигают значительных величин (Рекомендации…, 1986).

В дорожной практике морозное пучение грунтов приводит к образованию так называемых пучин, т.е. локальных взбугриваний земляного полотна, под которыми нередко понимают не только деформации грунтов при зимнем промерзании, но и потерю ими несущей способности весной вследствие осадки и переувлажнения оттаивающего грунта - основания.

Деформации криогенного пучения - результат воздействия на конструкцию так называемых нормальных и касательных сил. Первые возникают под подошвой фундамента в результате замерзания и увеличения объема пучинистого грунта, вторые - из-за вертикального смещения грунта, примерзшего к боковым поверхностям фундамента или к стенам подвала. Кроме того, увеличившийся в объеме замерзший грунт начинает давить перпендикулярно поверхности стен подвалов, вызывая деформацию фундаментов в горизонтальном направлении.

4. Мероприятия по предупреждению морозного пучения грунтов оснований и выпучивания фундаментов

Противопучинные мероприятия для зданий и сооружений назначаются в том случае, если устойчивость сооружения, рассчитываемая на действие сил пучения, не обеспечивается нагрузкой от сооружения и силами заанкеривания фундамента в талых или мерзлых грунтах, а также в случае необходимости уменьшения деформаций пучения или их полной ликвидации (Рекомендации…, 1986).

Возможны противопучинные мероприятия следующих видов: инженерно-мелиоративные (тепломелиорация и гидромелиорация); строительно-конструктивные; физико-химические (засоление, гидрофобизация грунтов и др.); комбинированные.

Тепломелиорация сводится к созданию в грунте в период промерзания температурного градиента горизонтального направления, что позволяет: уменьшить или устранить промерзание грунта; повысить температуру мерзлого грунта, уменьшая тем самым значения касательных сил пучения; снизить интенсивность пучения грунта вследствие развития миграции влаги в сторону от фундамента.

В качестве мероприятий тепловой мелиорации проводят устройство термолокализаторов - теплоизоляционного слоя, обеспечивающих местное утепление грунта фундамента посредством теплоизоляции.

Гидромелиоративные мероприятия, применяемые против пучения грунтов, зависят от условий источника увлажнения, рельефа местности и геологических особенностей грунта, характеризуемых их фильтрационной способностью. Эти мероприятия сводятся: к понижению уровня грунтовых вод и осушению грунтов в пределах сезонномерзлого слоя; к предохранению грунтов от насыщения поверхностными (атмосферными и производственными) водами.

Осушение грунтов строительной площадки за счет понижения УПВ осуществляется посредством устройства водосборных канав, лотков, траншей (открытого и закрытого типа), дренажей (мелкого и глубокого заложения), дренажных песчаных прослоек и т.п.

Строительно-конструктивные противопучинные мероприятия предусматривают повышение эффективности работы конструкций фундаментов и сооружений в морозоопасных грунтах. Эти мероприятия предназначаются: для снижения величины усилий, выпучивающих фундаменты; для заанкеривания фундаментов в талых или мерзлых грунтах, залегающих глубже СТС или СМС; для приспособления фундаментов и надземной части сооружения к неравномерным деформациям пучинистых грунтов.

С целью снижения величины касательных сил пучения рекомендуется: проектировать сооружения на столбчатых и свайных фундаментах; уменьшать количество отдельно стоящих опор фундаментов с целью увеличения нагрузки на каждую опору; уменьшать сечение столбчатых фундаментов и свай в пределах слоя промерзающего пучащегося грунта; устраивать у железобетонных фундаментов наклонные боковые грани (до 1 - 2°), обеспечивающие в пределах слоя промерзающего пучащегося грунта увеличение сопротивления фундамента действию касательных сил пучения.

Физико-химические мероприятия стабилизации морозоопасных промерзающих грунтов, применяемые в настоящее время в основном сводятся: к специальной обработке грунта вяжущими, благодаря которым грунт становится водостойким и теряет свои пучинистые свойства; к насыщению грунта солевыми растворами, понижающими его температуру замерзания и тем самым способствующими уменьшению глубины промерзания грунта

Гидрофобизация грунтов, т.е. придание грунту водоотталкивающих свойств, производится посредством обработки его небольшим количеством вяжущего.

В качестве вяжущего могут применяться: жидкие нефтяные битумы, жидкие каменноугольные дегти, торфяные и древесные дегти, фурфурол-анилиновые смолы* и другие материалы.

Засоление грунтов относится к противопучинным мероприятиям кратковременного действия (срок действия 1 - 2 года), если грунты не защищены от воздействия поверхностных и грунтовых вод. Наиболее пригодны для засоления грунты малыми коэффициентами фильтрации. Засоление песчаных и супесчаных грунтов нецелесообразно вследствие быстрого вымывания из них солей. При строительстве по принципу использования грунтов основания в мерзлом состоянии засоление грунтов деятельного слоя не рекомендуется во избежание нарушения температурного режима основания.

Дня засоления грунтов применяют хлористый натрий, кальций и магний. Наиболее эффективными солями считаются хлористый натрий и кальций, понижающие температуру замерзания ниже - 20°С.

Перспективным физическим методом борьбы с морозным пучением грунтов может быть метод стабилизации грунтов посредством введения в них добавок противопучинных компенсирующих веществ (ПКД), обладающих определенными объемно-деформационными свойствами. Применение ПКД способно компенсировать пучение грунта при замерзании и его просадочность при оттаивании.

В качестве ПКД могут быть использованы полимеры следующих групп:

1) жесткие полимеры, имеющие большой коэффициент объемного расширения, изменяющие свой объем в соответствии с изменением температуры окружающего грунта;

2) высокоэластичные полимеры (типа резин), способные обратимо деформироваться при многократно действующем периодическом давлении;

3) полимеры, обладающие одновременно свойствами соединений первой и второй групп.

Криогенное пучение влияет на литогенез мерзлых отложений, на особенности рельефа и микрорельефа области распространения мерзлых пород , в силу своей динамичности развития существенно воздействуют на инженерные сооружения.

Недоучет морозного пучения грунтов в строительстве, а также несвоевременное назначение противопучинных мероприятий наносят огромный ущерб народному хозяйству: снижают сроки и ухудшают условия эксплуатации сооружений, вызывают непроизводительные затраты труда, строительных материалов и финансовых средств.

Необходимость учета и предупреждения воздействий промерзающих грунтов на фундаменты и конструкции зданий и сооружений (что сопряжено с оценкой деформаций и сил морозного пучения) является одним из основных условий обеспечения устойчивости, эксплуатационной пригодности и долговечности сооружений, возводимых в районах сезонного промерзания грунтов.

1. Каплянская Ф.А., Тарноградский В.Д. Средний и нижний плейстоцен низовий Иртыша. – Л.: Недра, 1974. – 160 с.

2. Кудрявцев В.А., Гарагуля Л.С., Кондратьева К.А., Романовский Н.Н., Максимова Л.Н., Чижов А.Б. Методика мерзлотной съемки. – М.: Изд-во МГУ, 1979. – 358 с.

3. Мельников В.П., Федоров К.М, Вольф А.А., Спесивцев В.И. Анализ возможного сценария образования природных ледяных бугров на шельфе Печерского моря // Криосфера Земли. – 1998. –Т. II, № 4. – С. 51–57.

4. Рекомендации по учету и предупреждению деформаций и сил морозного пучения грунтов. - М. : Стройиздат, 1986. - 72 с.

5. Романовский Н.Н. Основы криогенеза литосферы. – М.: МГУ, 1993. – 335 с.

6. Тютюнов И.А. Фазовые превращения воды в грунтах, природа ее миграции и пучения // Доклады на межд. конф. по мерзлотоведению. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. – С. 71–80.

Сезонные механические колебания, вызванные промерзанием земли в холодное время года, называется пучением грунта. Изучение данного процесса очень актуально при проектировании и возведении фундаментов, так как подвижки грунтов у основания строения при неверных расчетах могут быть критичными для целостности конструкций.

Промерзая, грунт начинает увеличиваться под действием расширения находящейся в нем влаги. И чем больше содержание воды в почве, тем больше вероятность ее пучения во время заморозков. При этом стоит учитывать, что из-за разнообразия типов грунтов, они по разному подвержены механическим изменениям.

Механизм увеличения объема грунта

Пучение грунта — это изменение его объема, происходящее в следствии замерзания содержащихся в слоях грунтовых вод. Другими словами, расширение обуславливается тем, что номинальная плотность воды в жидком состоянии составляет 1000 килограмм на кубометр, тогда как плотность льда — 917 килограмм на кубометр. То есть, согласно законам физики, при переходе из жидкого состояния в твердое объем воды увеличивается ориентировочно на 9%. В результате это расширения влага оказывает давление на почву и грунт движется вверх, поскольку в обратном направлении движение невозможно из-за высокой плотности ниже расположенных слоев.

Таблица: Классификация пучинистости разных видов грунтов согласно ГОСТ № 25100.

Твердая глинистая почва.
Гравелистые грунты не насыщенные водой.
Пески крупных и средние.
Грунты с большим содержанием горных пород.

Глинистая почва средней плотности.
Мелко-песчаные грунты.
Пылеватая глинистая почва с вкраплением горных пород в пределах 10-30% от массы глины.

Пластичная глинистая почва.
Глинистая почва, суглинок и супесь с вкраплением горных пород свыше 30% от массы.

Мягкопластичная глининистая почва.
Мелкие и пылеватые песчаные грунты с высоким уровнем грунтовых вод.

Изменение объемов грунта может происходить не только зимой. Например, этот процесс вполне можно наблюдать и в переходных периодах, когда нет сильных морозов. Подвижки происходят, когда одна сторона строения находится под постоянным воздействием лучей солнца, а другая — в тени. А если при этом еще и идут дожди, переувлажняющие почву, и ночью начинает холодать, то резкий перепад температуры приведет к промерзанию скопившейся в земле жидкости. Это может повторяться многократно и приводить к износу фундамента и строения, установленного на нем. Весной, в результате такого воздействия, дом может подвергаться усадке на несколько сантиметров. Зимой последствия могут быть более критичными, а износ здания будет происходить быстрее и с большими повреждениями, так как сила промерзания в этот период выше.

Факторы, способствующие пучению грунта

Основные факторы влияющие на процесс расширения грунта:

Насыщенность водой. Чем выше уровень грунтовых вод на участке, тем более сильно проявляет себя пучение. Необходимо понижать уровень грунтовых вод если это возможно.
Количество осадков.
Глубина залегания подземных вод.
Температура и длительность заморозков.
Важно учитывать глубину промерзания грунта, которая во всех регионах разная.
Влажность воздуха.
Рельеф участка.
Тип грунта на участке. Это немаловажный фактор, так как сила морозного давления зависит от состава почвы и ее способности удерживать влагу.

Таблица: Глубина заложения фундамента с учетом видов грунта.

Показатель давления грунта и его влияние на фундамент

Данный показатель означает давление паутинистого грунта, в частности — на фундамент постройки. Лед в земле может достигать огромных масс, которые способны вымещать фундамент на поверхность.

Выделяют два вида типа выталкивающего воздействия на основание дома:

Вертикальное выталкивающее воздействие. Оно происходит вследствие пучения слоев почвы, расположенных под основанием здания.
Касательноевыталкивающее воздействие, происходящее вследствие пучения грунта, контактирующего с боковыми стенками фундамента.

Вертикальная сила наносит меньше вреда фундаменту. Деформации незначительные, и их можно заранее предотвратить. Для этого необходимо использовать для устройства фундамента только качественные компоненты, и делать основание строения ниже глубины промерзания.

При воздействии касательной силы, грунт не просто поднимается вверх, но и расслаивается. Это может повлечь полноценное разрушение здания, стоящего на нем. Особенно опасно такое явление, если дом имеет небольшую массу.

Схематически воздействие выталкивающих сил на основание дома представлено в следующей таблице:

А — давление фундамента на грунт. Б — сопротивление грунта. В — выталкивающие силы. Г — касательные боковые силы. УГВ — уровень грунтовых вод. УПГ — уровень промерзания грунта.

Неправильный способ закладки фундамента. Фундамент, заложенный выше уровня промерзания грунта, выталкивают силы вспучивания, поднимая его на высоту (а).	Правильный способ закладки фундамента. Фундамент, заложенный ниже уровня промерзания грунта, не испытывает давления промерзлого грунта.

Видео по теме:

Если грунт на вашем участке подвержен сезонным подвижкам, то при строительстве на такой основе нужно позаботиться о дальнейшей безопасности целостности конструкций. Для этого нужно соблюдать несколько базовых правил:

Необходимо знать тип грунта.
Знать глубину промерзания для вашего региона.
Заглублять основание ниже глубины промерзания для борьбы с выталкивающими силами.
Минимизировать касательные боковые силы. Этого можно добиться обмазкой фундамента специальными составами или уменьшением площади бокового контакта (свайные фундаменты).
Подбирать оптимальный тип фундамента исходя из проекта дома и свойств почвы на участке.
Проводить дополнительные мероприятия по утеплению участков близлежащих к фундаменту. В данном случае утепляется грунт вокруг дома, что предотвращает промерзание.
Бороться с искусственным переувлажнением почвы. Для этого сооружается отмостка для защиты основания дома от осадков. Можно также использовать дренажную систему (более дорогостоящее решение).

Любой из этих способов эффективен в борьбе с морозным пучением грунта. А их комбинация только усилит эффект. Начиная строительство дома, заранее позаботьтесь об этом и минимизируйте нежелательные последствий от возможных деформаций фундамента.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

архитектурно-строительный университет
Кафедра геотехники
Отчет по геологической практике на тему:

студентка гр. 2ПГС IV

шифр 06-367
Санкт-Петербург

2010 г . Содержание

Процессы, происходящие в деятельном слое (сезонного промерзания

и оттаивания):

а. Колебания температуры

б. Морозное пучение

в. Перемещение влаги

г. Грунтовые наледи и растрескивание пород

Процессы, происходящие в деятельном слое

(сезонного промерзания и оттаивания)
К ним относятся: значительные колебания температуры; промерзание и оттаивание грунтов; морозное пучение грунтов; миграция влаги к фронту промерзания; перемещение влаги под действием гидравлического градиента; образование морозобойных трещин; сползание грунта по склонам (солифлюкция); поверхностные оползни.
Колебания температуры
Колебания температуры по глубине деятельного слоя 1 и слоя вечномерзлого грунта 2 (рис. 1) легко зафиксировать, измеряя температуру на разных глубинах в течение года в скважине результаты измерений приведены на рисунке, римскими цифрами указаны месяцы). Наибольшие колебания температуры испытывает самый верхний слой. С глубиной колебания уменьшаются, и ниже некоторой границы 3 температура практически постоянна. Эту границу называют границей нулевых амплитуд сезонных колебаний температуры.

Рис. 1. Распределение температуры в пределах толщины

сливающегося деятельного слоя и слоя вечномерзлого грунта

(за начало координат принята температура начала замерзания грунта)
График колебаний температуры демонстрирует и ход промерзания и оттаивания грунтов, залегающих выше границы оттаивания 4. Согласно наблюдениям, грунт промерзает преимущественно сверху. Однако при сливающемся деятельном слое имеет место небольшое промерзание грунта и снизу, от верхней границы вечномерзлого грунта. Оттаивание грунта происходит только сверху.
Морозное пучение
Под морозным (криогенным) пучением понимается внутриобъемное деформирование промерзающих влажных почв, нескальных горных пород и грунтов, приводящее к увеличению их объема вследствие кристаллизации в них воды и разуплотнения минеральной составляющей при образовании ледяных включений в виде прослойков, линз, поликристаллов и т.д.

В ходе промерзания влажных пылевато-глинистых грунтов и пылеватых мелких песков, как правило, происходит морозное пучение грунта, которое является следствием увеличения объема воды при переходе ее в лед и миграции влаги из нижних горизонтов к фронту промерзания. Морозное пучение в случае сливающегося деятельного слоя весьма ограничено и чаще всего не превышает 3 % его толщины. Однако если происходит движение надмерзлотной грунтовой воды или деятельный слой не промерзает до верхней границы слоя вечномерзлого грунта, то морозное пучение может достигать десятков процентов толщины этого слоя и оказывать значительное влияние на конструкции, расположенные в пределах его интенсивного воздействия. Эти конструкции в ходе промерзания поднимаются силами пучения вверх, весной же они не могут перемещаться вниз вместе с оседающим грунтом, который оттаивает сверху, так как удерживаются еще не стаявшей частью деятельного слоя, а иногда и слоем вечномерзлого грунта. Следствием этого является выпучивание конструкций, заглубленных в грунт (столбов, фундаментов и др.).

Одно из явлений, широко распространённое в пределах криолитозоны, — это многолетние бугры пучения. Образовываться они могут по-разному. Так, например, при промерзании талых торфяников зимой к ним начинает мигрировать вода из талых пород. Она тут же замерзает, превращаясь в объёмистый шлир льда. Торфяник приподнимается, на нём образуется бугор, постоянно увеличивающийся, поскольку вода всё продолжает поступать. Скорость роста таких бугров составляет до 10—30 см в год. Они достигают в высоту от 2—3 до 20 м , а в основании — от нескольких десятков до сотен метров. Такой бугор пучения называют миграционным, т.к. он образовался в результате миграции влаги.

Морозное пучение резко изменяет физико-механические свойства грунтов при оттаивании. Эти изменения пропорциональны интенсивности пучения. При оттаивании мерзлых грунтов, подвергшихся пучению, повышается водопроницаемость и сжимаемость оттаявшего грунта, значительно понижается его несущая способность, что приводит к осадке сооружений, а на железных и автомобильных дорогах - к весенним просадкам земляного полотна, сопровождаемым разжижением и выплесками грунта, образованием бугров выпирания, смещением откосов, кюветов и т.п.
Перемещение влаги
Перемещение влаги под действием гидравлического градиента свойственно надмерзлотным, межмерзлотным и подмерзлотным грунтовым водам.
Надмерзлотные грунтовые воды, обычно перемещающиеся только при уклоне местности, приурочены к слоям песка, супеси и других хорошо фильтрующих грунтов При несливающемся деятельном слое они могут находиться в слое талого грунта. Эти воды оказывают существенное влияние на миграцию влаги к фронту промерзания и способствуют морозному пучению грунтов деятельного слоя.
Межмерзлотные подземные воды находятся между двух слоев вечномерзлого грунта. Обычно они служат путями для выхода подмерзлотных вод на поверхность земли или в деятельный слой.

Подмерзлотные подземные воды, расположенные под слоем вечномерзлого грунта, имеют значение при устройстве фундаментов только в случае выхода вод через талики в деятельный слой и питания ими надмерзлотных вод.

Рис. 2. Схема образования грунтовой наледи на склоне местности
1 – промерзший слой грунта; 2 – водоносный непромерзший слой грунта;

3 – перемещающиеся по склону грунтовые воды;

4 – слой вечномерзлого грунта; 5 – грунтовая наледь
Грунтовые наледи и растрескивание пород
При наличии подземных вод всех видов создаются условия для образования грунтовых наледей. Даже при небольшом уклоне местности надмерзлотные воды перемещаются вниз по склону (рис. 2). Если грунт, например под дорогой, промерзнет до верхней границы вечномерзлого грунта раньше, чем на остальной территории, покрытой растительностью и снегом, то между промерзшим слоем и слоем вечномерзлого грунта в непромерзшем слое будут скапливаться грунтовые воды с повышением давления. Под действием этого давления промерзший слой может быть поднят и сломан в слабом месте. После этого вода начнет вытекать через трещину, образуя грунтовую наледь. В некоторых случаях разрыва промерзшего слоя не происходит, но он поднимается вверх в виде холма, и под ним образуется линза льда.

Рис. 3. Схема перемещения частицы грунта, находящейся на поверхности откоса
Иной вид криогенных процессов — растрескивание мёрзлых пород. Из-за разницы отрицательных температур в различных частях мёрзлых пород они раскалываются. При сезонном промерзании пород глубина образующихся трещин не превышает мощности сезонно-мёрзлого слоя. Однако в многолетнемёрзлых породах такие трещины могут проникать на глубину до 3 – 4 м и более.

На откосах крутизной 1:1,5 и 1:2, кроме солифлюкции, весной наблюдается образование поверхностных оползней (сползание части слоя сезонного оттаивания). Они вызываются следующими причинами. При промерзании грунта происходит миграция влаги в верхние горизонты деятельного слоя. В результате верхняя его часть переувлажняется. В процессе оттаивания переувлажненные грунты легко сползают по слою еще мерзлого грунта . Этому способствует наличие прослоев и линз льда, совпадающих по направлению с направлением откоса. Исследования, выполненные Н. К. Захаровым в ЛИСИ, показали, что в процессе оттаивания суглинков их сопротивление сдвигу может уменьшаться примерно на 50 %.

Список литературы
1. Б.И. Далматов Механика грунтов, основания и фундаменты . Ленинград. Стройиздат. 1988 г .

2. А.Б. Фадеев Инженерная геология и гидрогеология. Учебное пособие для студентов строительных специальностей. Санкт-Петербург. 2007 г .

3. В.П. Ананьев, А.Д. Потапов Инженерная геология. М.: Высшая школа, 2002, 2005 г .

5. В.О. Орлов Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. Л: СИ, 1977 г .

Читайте также: