Как определить глубину промерзания грунта: Определение реальной глубины промерзания грунта на участке

Что такое глубина промерзания грунта

Строительство начинается с фундамента, его структура зависит от важнейшего параметра – глубины промерзания грунта – наибольшего показателя, при котором почва замерзает до 0 градусов при самых низких температурах без учета снежного покрова. Увеличение объема воды деформирует грунт.

Особенности процесса

Прежде чем начинать строительство дома, нужно выяснить, что такое глубина промерзания грунта. Если фундамент недостаточно заглублен, фасад здания может покрываться направленными трещинами. Чтобы при переходе грунтовых вод в состояние льда этого избежать, закладку нужно производить ниже отметок промерзания. Вид почвы влияет на выбор типа фундамента.

Одной из причин промерзания может быть высокая влажность. Переходя в состояние льда, вода увеличивается в объеме до 10%. В результате этого зимой грунт выталкивает фундамент из себя. Весной происходит обратное, из-за таяния снега он затягивается в почву. Эти процессы повторяются каждый год и неравномерно. При этом фундамент деформируется или окончательно превращается в руины.

На глубину промерзания и на правильность закладки фундамента влияют:

• тип грунта;
• уровень грунтовых вод;
• климатические условия.

Перед планированием строительства, прежде всего, изучается структура и типология почвы. Прочная, незначительно сжимаемая почва будет оптимальным вариантом. На определенной глубине вода в ней не замерзнет и не поддастся расширению, поэтому фундамент ляжет прочно и не будет деформироваться.

Расчетная и нормативная глубина

Существует понятие глубины сезонного промерзания грунта. Его показатели отличаются между собой в разных районах. Например, глубина промерзания грунта в Московской области не одинакова с показателями в более северных или южных регионах. Среднюю величину вывели на протяжении длительных наблюдений.

Показатель определяла нормативная глубина промерзания грунта – техническая документация, регламентирующая архитектурно-строительное проектирование.

Еще одним примером может служить отапливаемое здание. При этом реальный показатель может отклоняться от нормативного до 30%. Глубина промерзания грунта для фундамента определяется по формуле: Нp = Нн * k, где:

• Нн — нормативный показатель согласно карте глубин промерзания грунтов;
• K — коэффициент, формирующийся от режима эксплуатационных мероприятий и расположения фундамента k = 0,5:1,2.

Глубина промерзания грунта для водопровода также определяется нормативными документами. Согласно существующим нормам трубы необходимо закладывать примерно на 1,6 м.

Влияние типа почвы

Важное значение играет тип грунта. Скальный является самым прочным, не подверженным размыванию и промерзанию. Фундамент можно закладывать практически на поверхности. На хрящевых почвах закладку следует производить на глубину 0,5 метров. Песчаные хорошо пропускают воду, теряют прочность и проседают. Фундамент закладывается на глубину до 0,7 метров. На торфяной почве не стоит возводить, так как из-за различных органических примесей формируется неравномерная нагрузка.

Как уменьшить показатель промерзания грунта?

Устройство фундамента предусматривает защиту основания. Все необходимые меры нужно предпринять до наступления первых холодов и после дождей. Предохранению грунта от промерзания помогут следующие меры:

• рыхление;
• теплоизоляция с использованием определенных материалов;
• химическая обработка почвы.

Вспахивание делает верхний слой рыхлым, благодаря чему образуются воздушные пустоты, что значительно отдаляет промерзание.

Хорошо предохраняет грунт от промерзания обработка химическими реагентами. Такой способ применим для небольших котлованов с песчаной и глинистой почвой. Растительность ликвидируется, и наносится необходимое количество веществ: хлористого кальция и хлористого натрия. Это увеличивает продолжительность строительного периода до 15 суток.

Утепление с использованием теплоизоляторов ¬– основной метод уменьшения глубины промерзания сезонного и другого типа грунта. При этом сопротивление теплового потока ощутимо повышается, и холод с поверхности не замораживает слои под теплоизоляционным материалом. Выбор утеплителя зависит от воспринимаемой им нагрузки.

глубина промерзания

     Когда-то я думал, что мир устроен просто. Вот и про глубину промерзания я тоже думал очень примитивно — чего ж там знать-то, что измерять? Засунул градусник в землю и смотри, наблюдай всю зиму, до куда опустится 0 °C. Конечно, как и с мироустройством, я заблуждался и о глубине промерзания! Я попытаюсь немного копнуть вглубь, показать, что же там может быть сложного и интересного. Например, присутствие 0 °C ещё не является показателем промерзания, так как грунтовая вода порой замерзает при более низких температурах. Или вот наличие большой влажности, казалось бы, уменьшит теплосопротивление и увеличит глубину промерзания — ан нет! Всё наоборот, так как при замерзании воды выделяется теплота льдообразования.

Теория

     Промерзание грунта – это переход его из одного состояния в другое с резким изменением физико-механических свойств. Это сложный процесс, протекающий по-разному для различных видов грунтов. Все грунты по особенностям их промерзания в природных условиях подразделяются на три основные группы:

  I – суглинки и глины;

  II – супеси, мелкие и пылеватые пески;

  III – средние пески, крупнозернистые и крупнообломочные грунты.

  Глубина и характер промерзания грунтов зависят от температуры воздуха, высоты снежного покрова, растительности, типа грунта, степени увлажнения его и ряда других метеорологических факторов.

   По данным наблюдений, глубина проникновения нулевой изотермы при одинаковой сумме отрицательных среднесуточных температур воздуха для различных типов грунтов разная. Например: для суглинков – 135 см; мелких и пылеватых песков – 139 см; крупнообломочных грунтов – 177 см. Неодинаковы также глубина проникновения отрицательной температуры в грунт и температура замерзания грунтов. Крупнообломочные грунты замерзают при температуре близкой к 0 °C с образованием заметной границы между талым и мерзлым грунтами. При промерзании мелкодисперсных грунтов образуется зона промерзания (слой, в котором происходят фазовые превращения воды), разделяющая полностью промерзший и талый грунты.

     Температура замерзания мелкодисперсных грунтов более низкая, чем у крупнообломочных грунтов. Это связано с тем, что мелкозернистые грунты имеют мелкие поры и повышенное количество связанной воды, которая замерзает при значительно низшей температуре, чем свободная вода.

    Грунтовая вода обычно является связанной, плотность ее более единицы, она содержит, как правило, растворимые соли, взвешенные частицы, испытывает большое давление со стороны защемленного воздуха, имеет меньшую степень подвижности, чем вода, находящаяся в свободном состоянии. Совокупность указанных свойств как раз и понижает температуру замерзания грунтовой влаги, а вместе с ней и самого грунта. Установлено, что все грунты замерзают при температуре ниже 0 °C. Существенное влияние на это оказывают вид грунта, его влажность и продолжительность действия отрицательной температуры. Например, глинистый грунт с влажностью 30 % замерзает при температуре от -1,0 °C до -2,0 °C, а песок с 10 %-ной влажностью – при температуре -0,5 °C. Это говорит о том, что глубина промерзания грунтов зависит не только от вида грунта, но и от его влажности. Чем выше теплопроводность грунта, тем больше глубина его промерзания. Влажность грунта в начальный момент способствует промерзанию так как увеличивает теплопроводность, а в дальнейшем процесс замедляется. Это связано с тем, что при замерзании воды выделяется теплота льдообразования, поэтому скорость и глубина промерзания более влажного грунта будут меньше, чем грунта с меньшей влажностью.

   Из анализа работ по определению глубины промерзания грунтов следует, что она в основном зависит от климатических, гидрологических, грунтовых и других природных условий, которые варьируются в широких пределах, поэтому и глубина промерзания не остается постоянной, а изменяется из года в год. В связи с этим глубину промерзания грунтов можно рассматривать как случайную величину, и для ее определения применять вероятностные методы.

  Применение теории вероятностей к определению глубины промерзания грунтов основано на центральной предельной теореме теории вероятностей. Установлено, что глубина промерзания грунтов подчиняется нормальному закону распределения, который вполне может быть применен для ее определения. С помощью кривых распределения (обеспеченности) можно определить глубину промерзания грунтов любой заданной обеспеченности в пределах данного периода наблюдений.

  В практике ряды наблюдений (на метеорологических станциях) за глубиной промерзания грунтов бывают короткими и не дают возможности построить надежную кривую распределения (для Беларуси ряды наблюдений составляют 20–30 лет). В связи с этим, разными авторами разработаны теоретические кривые распределения, с помощью которых можно определить величину редкой повторяемости, выходящую за пределы ряда наблюдений. К ним относят: биноминальную кривую распределения С. И. Рыбкина, трехпараметрическое Г-распределение С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля.

   Так же  применяют методику определения глубины промерзания грунтов статистическим методом, который заключается в обработке статистических данных по глубине промерзания грунтов, которые систематически ведутся на метеостанциях. Полученные наблюдения за глубиной промерзания на метеостанциях в обобщенном виде учитывают все факторы, влияющее на промерзание грунтов. В зависимости от наличия фактических данных о глубине промерзания может быть два случая, а, следовательно, и два разных подхода к определению глубины промерзания грунтов.

    Первый случай – данные наблюдений за глубиной промерзания грунта имеются, то есть в данном конкретном районе проводились наблюдения за глубиной промерзания не менее чем 10 лет.

  Второй случай – данные наблюдений за глубиной промерзания в данном районе отсутствуют (наиболее распространенный случай, особенно в дорожном строительстве). 

    Для первого случая существует целый ряд формул и номограмм, их я не буду приводить в рамках этой статьи вследствие уж очень узкой направленности и довольно большого объёма теоретической части. А вот второй случай приближает нас к более понятным картинкам.

   В основу этого подхода положены карты изолиний средней максимальной глубины промерзания грунтов и коэффициента вариации, которые составлены для Республики Беларусь и Европейской части СНГ.

       Порядок расчета следующий:

      1. По карте изолиний (см. рис. 1) находят среднюю максимальную глубину промерзания грунта под снегом Zср, а по карте изолиний (см. рис. 2) – коэффициент вариации Cv.

  2. По значению Cv и заданному проценту обеспеченности подбирается соответствующий модульный коэффициент Кs по номограмме на рис. 3.

      3.   Максимальная глубина промерзания грунта под снежным покровом заданной обеспеченности определяется по формуле Z=Ks*Zср. Следует отметить, что без снежного покрова полученное значение необходимо удвоить.

Практика

     Разработанный метод определения глубины промерзания грунтов с использованием карт изолиний, то есть второй способ, позволил произвести районирование территории Республики Беларусь по глубине промерзания. В основу районирования территории республики положены грунтовые карты, разработанные академиком АН БССР П. П. Роговым, карты изолиний глубины промерзания грунтов, данные о сумме отрицательных температур воздуха (сумма морозо-дней) и некоторые другие.

    Районирование разделило территорию Республики Беларусь на три зоны по глубине промерзания грунтов (рис. 4):    I-я – Юго-Западная. Граница ее с Запада – граница Республики Беларусь, с Востока – граница зоны проходит по городам: Вороново – Ивье – Новогрудок – Ганцевичи – Житковичи – Лельчицы;

    II-я – находится между границами I-й и III-й зон;

  III-я – Северо-Восточная. Граница ее с Востока – граница Республики Беларусь, с Запада граница проходит по городам: Шаркавщина – Глубокое – Докшицы – Борисов – Березино – Кличев – Бобруйск – Жлобин – Будо-Кошелево – Ветка.

    I-я зона характеризуется средней многолетней глубиной промерзания грунтов в пределах 45–50 см;

    II-я зона – средняя многолетняя глубина промерзания грунтов – 50–60 см;

    III-я зона –  соответственно, 60–75 см.

Указанные границы зон (см. рис. 4) приблизительно совпадают с климатическими картами: температурой воздуха в самые холодные периоды года, с высотой снежного покрова и количеством дней его стояния, с почвенно-грунтовой картой и др.

Строительные нормы РБ

    Вся теория, конечно, хороша, но в строительных нормативных документах должно быть всё прописано очень простым и понятным языком, чтобы любой инженер смог достать справочник глубин промерзания и найти нужную цифру (как в анекдоте: Физику, математику и инженеру дали задание найти объём красного мячика. Физик погрузил мяч в стакан с водой и измерилл объём вытесненной жидкости. Математик измерил диаметр мяча и рассчитал тройной интеграл. Инженер достал из стола свою «Таблицу объёмов красных резиновых мячиков» и нашёл нужное значение.)

        Главная задача обычного человека — знать, где искать этот справочник. А таковой для Беларуси называется СНБ 2.04.02 – 2000 «СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ». К нашей теме относится табличка 3.6 «Глубина промерзания»

Проверьте линию промерзания по почтовому индексу, прежде чем копать фундаменты

Строительство настилов, заборов и всего, что выше уровня земли, требует использования фундаментов для поддержки. Эти фундаменты должны быть размещены на определенной глубине, особенно если вы находитесь в районе, где земля промерзает, что может привести к тому, что ваши фундаменты и столбы вздымаются.

Эта глубина определяется линией промерзания в вашем районе, а на приведенной ниже карте показано, насколько глубоко вам нужно копать, чтобы безопасно заложить фундамент.

Содержание

1. Что такое Frost Line
2. Что такое Frost Heave?
3. Когда строить
4. Карта линии промерзания
5. Линия промерзания по почтовому индексу
6. Советы по копанию

Что такое линия промерзания

Линия промерзания — это глубина, на которой земля промерзает. Для строительных целей важно знать глубину промерзания. Водопроводные трубы всегда должны располагаться ниже линии промерзания, чтобы предотвратить их замерзание зимой.

Также важно, чтобы фундаменты здания или террасы располагались значительно ниже линии промерзания, чтобы стойки не смещались при замерзании и оттаивании грунта. Проверьте свои местные строительные нормы и правила, чтобы определить правильную глубину за линией промерзания, на которой должен сидеть фундамент.

Что такое Морозный Взрыв?

Морозное пучение – это когда земля замерзает, а затем оттаивает. Этот процесс заставляет землю и все, что в ней находится, двигаться вверх. Вы можете видеть, как это может быть вредным для любых постов или фундаментов.

Вот почему так важно помнить о линии промерзания и копать ниже нее при установке фундамента.

Когда строить

Если вы находитесь в холодной зоне и не торопитесь строить, лучше подождать до весны, чтобы начать копать. Земля оттает, и будет легче копать на нужную глубину.

Отметьте стержень на нужной глубине и держите его в пределах досягаемости от вашего строительного объекта, чтобы вы могли регулярно проводить измерения.

Карта линии заморозков

Эта карта линий заморозков дает общее представление о том, где проходит линия заморозков в вашем регионе. Если вы живете на краю линии, лучше всего следовать рекомендациям более холодной стороны, чтобы избежать каких-либо проблем.

Эта карта взята из Национального центра данных по снегу и льду и показывает карту линии мороза по всей территории Соединенных Штатов. Обратите внимание, как он опускается с глубины 72 дюйма до глубины 6 дюймов.

Максимальная глубина линии промерзания составляет 100 дюймов, как видно вблизи оконечности Миннесоты, Северной Дакоты и Аляски, вплоть до нуля дюймов во Флориде, южной Аризоне и южной Калифорнии.

Frost Line по почтовому индексу

Если карта недостаточно точна для вас. Проверьте свою линию мороза по почтовому индексу или адресу, используя эту карту Национальной метеорологической службы.

Как мы упоминали ранее, убедитесь, что вы сверились с вашими местными строительными нормами, прежде чем начать копать.

Советы по копанию

Каждый раз, когда вы копаете, лучше всего знать линию промерзания, так как вы будете знать, насколько глубоки водопроводные трубы, чтобы вы могли избежать их.

Здесь, в Лос-Анджелесе, где земля не промерзает, трубы орошения и дождевателя зарыты не очень глубоко, поэтому нужно быть особенно осторожным, копая вокруг них.

Лопата и копатель ямы для столбов — это все, что нужно, чтобы выкопать глубокую яму, но если в вашем районе есть большие камни или твердая набивка, вам также пригодится длинная монтировка.

Бур — это самый быстрый способ копать ямы, он может сэкономить вам много времени и денег, даже если арендовать его. Ручной шнек, как правило, является лучшим вариантом, так как его дешевле арендовать, с ним легче работать и маневрировать. Для длинной линии ограждения шнек на конце трактора Bobcat или ВОМ является отличным вложением, поскольку он позволяет быстро и точно копать ямы.

Тимоти Даль

Тимоти — основатель и редактор Charles & Hudson, а также бывший редактор Popular Mechanics, This Old House и Lifehacker. Его работы публиковались на Wired, Bob Vila, DIY Network и The Family Handyman. Он также является основателем номинированного на Webby проекта Built by Kids и ведущим популярного подкаста Tool Crave.

Глубина промерзания почвы

1. Дом
2. org/ListItem»> Блог
3. Глубина промерзания почвы

Одним из ключевых моментов при выборе типа, материала и глубины заложения фундамента является определение глубины промерзания грунта. Этот фактор напрямую связан с тем, насколько надежной будет конструкция всего здания, ведь от качества его фундамента зависит устойчивость и долговечность здания.

Как известно, вода при замерзании имеет свойство расширяться. В этом легко убедиться, проведя эксперимент с бутылкой воды. Если оставить его на некоторое время в морозилке, то стеклянная бутылка, скорее всего, треснет, а пластиковая потеряет форму из-за набухания льда. То же самое происходит и с водой, которая содержится в почве. И чем выше уровень влажности почвы, тем больше она склонна к вспучиванию при понижении температуры ниже нуля.

Что происходит с фундаментом здания при замерзании грунта?

Под действием расширения воды, содержащейся в грунте, фундамент здания получается примерно таким же, как и с бутылкой из нашего опыта.

От чего зависит глубина промерзания грунта?

Как мы уже говорили, чем больше почва насыщена водой, тем больше она подвержена промерзанию и набуханию. Но в первую очередь, конечно же, на глубину промерзания почвы влияет температурный режим. Благодаря геологическим изысканиям, проведенным геологами на всей территории бывшего Советского Союза, существует таблица данных, которая помогает узнать среднюю глубину промерзания в каждом конкретном регионе нашей страны. Однако геологическое строение его поверхностных слоев настолько разнообразно, что характеры грунта могут отличаться друг от друга даже на соседних участках. Поэтому глубина промерзания может быть уникальной, в зависимости от состава почвы.

Больше всего набуханию подвержены насыщенные водой осадочные породы (глины, суглинки), а меньше всего скальные. Однако нередко встречаются участки со смешанным типом грунта, где вспучивание при промерзании происходит неравномерно — и это представляет наибольшую сложность при проектировании фундаментов. Температура проектируемого здания влияет на глубину промерзания грунта. Если в доме предусмотрен, например, отапливаемый подвал, то земля будет меньше промерзать. Отапливаемые подземные помещения соседних зданий также в некоторой степени прогревают землю на строительной площадке.

Таким образом, глубина промерзания грунта не может быть одинаковой на каждом участке и должна измеряться только индивидуально.

Как проектируют фундамент в зависимости от глубины промерзания грунта?

Фундаменты зданий проектируют в соответствии со строительными нормами и правилами – СниПам, в которых приведены формулы расчета глубины закладки фундамента в зависимости от глубины промерзания грунта. Также существуют нормы и рекомендации по выбору типа и материала фундамента зданий. При невозможности по техническим причинам заложить фундамент на требуемую глубину, исходя из глубины промерзания грунта, СНиПами предусмотрен ряд мер экономии: специальные конструкции фундаментов, незамерзающие подушки их оснований, усиление грунта и уменьшение его промерзания за счет влагостойких примесей и др.

Как определить глубину промерзания грунта для строительства?

Итак, мы убедились, что для определения глубины промерзания грунта недостаточно просто взглянуть на таблицу региональных температурных показателей. Чтобы правильно спроектировать фундамент здания, необходимо провести ряд геологических изысканий в районе будущего строительства. Эти обследования включают в себя:

• анализ структурно-химического состава почвы;
• изучение физических свойств почвы;
• определение уровня грунтовых вод;
• Влияние соседних строений на температурный режим и физические характеристики грунта на строительной площадке и другие виды исследований.