Промерзание почвы (В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ)
- Опубликовано 07.03.2015 01:00
Что же такое глубина промерзания? Для чего ее следует учитывать? Зимой грунт промерзает на глубину, которая зависит от климатических условий местности. Вода, содержащаяся в нем, превращается в лед, расширяясь и увеличивая объем грунта.
Этот процесс называется пучением грунта. Звучит смешно, однако, если не учесть, последствия печальные. Например, при установке нового забора эти движения воздействуют на фундамент столбов, двигая их. Сила такого воздействия настолько велика, что зачастую составляет десятки тонн на квадратный метр фундамента столба. Такие подвижки в масштабе всего участка, на котором установлены столбы-опоры вашего забора, приводят к тому, что на следующее лето вы обнаруживаете «поплывший» забор.
Увеличиваясь в объеме, грунт действует и на фундамент дома, с силой, составляющей десятки тонн на квадратный метр поверхности фундамента.
Воздействие такой силы может двигать фундамент, нарушая нормальное положение всего здания. Таким образом, промерзание грунта оказывает негативное влияние. Для того, чтобы силы пучения не действовали на основание фундамента, нужно его закладывать на глубину ниже глубины промерзания.
От чего же еще зависит глубина промерзания? Один из основных определяющих факторов – тип грунта. Глинистые грунты промерзают несколько меньше песчаных, т.к. имеют большую пористость.
В Самаре глубина промерзания почвы, состоящей из глины и суглинков составляет 160 см, а в песчаных и супесчаных почвах составляет 176 см.
Во-вторых, глубина промерзания зависит от климатических условий, а именно от среднегодовой температуры: чем она ниже, тем больше глубина промерзания.
Нормативные глубины промерзания (по данным СНиП) в сантиметрах для разных городов и типов грунта представлены в таблице:
|
Город |
Глина, суглинки |
Пески, супеси
|
|
АРХАНГЕЛЬСК |
160 |
176 |
|
ВОРКУТА |
240 |
264 |
|
АСТРАХАНЬ |
80 |
88 |
|
МОСКВА |
120 |
132 |
|
НАБЕРЕЖНЫЕ ЧЕЛНЫ |
160 |
176 |
|
ОРСК |
180 |
198 |
|
ПЕНЗА |
140 |
154 |
|
САМАРА |
160 |
176 |
|
САРАТОВ |
140 |
154 |
|
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ |
120 |
132 |
Фактические глубины промерзания на самом деле будут отличаться от нормативных, приведенных в СНиП, потому что нормативные данные приведены для самого плохого случая – отсутствие снежного покрова.
Нормативная глубина промерзания грунта, представленная в этой таблице, – это максимальная глубина. Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, и наличие снежного покрова уменьшает глубину промерзания.
Глубина промерзания – важная характеристика любого грунта, определяющая его поведение при отрицательных температурах. Пропитанная осенними дождями земля при замерзании расширяется, значительно увеличиваясь в объеме. Замерзшая влага не только увеличивает объем, заставляя выдавливаться грунт вверх, но и разрывает все связи, характеризующие почву как монолитную основу, делающие ее рыхлой и пушистой. Поскольку разрушительной силой обладает замерзающая вода, то глубина промерзания напрямую зависит от высоты грунтовых вод, и чем она выше, тем выше склонность грунта к вспучиванию. За вспучивание можно было бы не переживать если бы силы действовали равномерно по всей поверхности, поднимая дом зимой и опуская его летом. Но именно точечность воздействия, большое усилие на маленький участок, представляют опасность замерзания таких грунтов, не допуская малейшего прослабления в системе, как известно, рвется там, где тонко.
ПРОМЕРЗАНИЕ ПОЧВЫ –процесс охлаждения почвы до 0°С и ниже, сопровождаемый переходом части почвенной влаги в лед; почва затвердевает (цементируется) и приобретает свойства монолитного тела. Скорость, глубина и длительность периода сезонного промерзания почвы зависят от температуры воздуха, мощности снежного покрова и степени увлажнения почвы. Под действием этих факторов многолетняя средняя глубина промерзания почвы в большинстве земледельческих районов СССР колеблется от 20-40 см на юге до 200-250 см в Сибири, а длительность периода сезонного промерзания почвы, соответственно, от 1-2 до 6-8 месяцев. В зависимости от степени промерзания почвы определяют сроки начала (весной) и прекращения (в позднеосенний период) полевых работ.
В Кинель-Черкассах за последние 9 лет:
|
год |
Максимальное промерзание |
см |
Сход снега |
Почва оттаяла |
Продолжи- тельность |
|
| 2006 |
1декада марта |
85 |
5 апреля |
13 апреля |
145 |
|
|
2007 |
2 декада марта |
45 |
14 апреля |
14 апреля |
150 |
|
|
2008 |
1 декада февраля |
82 |
31 марта |
31 марта |
145 |
|
|
2009 |
2 декада марта |
130 |
1 апреля |
6 апреля |
115 |
|
|
2010 |
2 декада марта |
143 |
1 мая |
1 мая |
180 |
|
|
2011 |
3 декада марта |
85 |
18 апреля |
3 мая |
165 |
|
|
2012 |
2 декада марта |
86 |
9 апреля |
9 апреля |
|
|
|
2013 |
2 декада марта |
104 |
5 апреля |
7 апреля |
150 |
|
|
2014 |
2 декада марта |
46 |
4 апреля |
21 апреля |
150 |
|
|
2015 |
3 декада февраля |
86 |
|
|
|
|
|
|
Среднее Значение |
90 |
|
|
150 |
|
Самое раннее промерзание началось 3 ноября 2009 г.
Самое позднее – 11 декабря 2008 г., самое длительное – практически полгода, отмечено зимой 2009-2010 г., самое короткое – 115 дней – в 2007-2008 г.
На 4 марта 2015 года промерзание почвы составляет 89 см.
Март – первый весенний месяц, однако по погодным условиям считается чисто зимним: и снег до конца месяца лежит, и морозы могут сильные вернуться. Средняя за месяц температура воздуха, по сравнению с февралем, повышается за счет увеличения высоты солнца над горизонтом, а также продолжительности светлого времени суток, но остается еще отрицательной и составляет от –3 до –9°С. Март по температурному режиму чаще всего бывает близким к норме.
Осадки выпадают в течение 10-18 дней, и количество их за месяц изменяется от 12 до 33 мм.В 2012 году «скандинавские циклоны» засыпали Самарскую область снегом. Сумма выпавших осадков превысила норму в 2-2,7 раза, и на конец месяца высота снежного покрова была выше нормы в среднем по области на 28 см.
В первой половине месяца высота снежного покрова достигает своего наибольшего значения за зимний сезон. Ранние даты разрушения устойчивого снежного покрова приходятся на вторую половину месяца.
Переход среднесуточной температуры воздуха через 0° в сторону положительных значений в большинстве районов происходит в период с 23 по 31 марта, а на севере и востоке Самарской области – в начале апреля.
Ветры преобладают южного направления.
По сведению Гидрометцентра России, среднемесячная температура воздуха ожидается на 1,1-1,5°С выше средних многолетних значений.
Месячное количество осадков предполагается меньше нормы.
Прогноз на март предоставлен специалистами ФГБУ «Приволжское УГМС».
Н.Баранова, техник-метеоролог 2 категории М-2 Кинель-Черкассы.
Глубина промерзания грунта в Самарской области. СНиП 23-01-99. Строительная климатология
При проектировании зданий и сооружений, помимо всего прочего, принимаются во внимание и всевозможные климатические факторы той местности, где будет проходить строительство.
Инженеры-планировщики должны учитывать такие, к примеру, параметры, как уровень расположения подземных вод, структура почвы на участке и, конечно же, глубина промерзания грунта. В Самарской области, как и во всех других районах планеты, последний показатель зависит в основном от климатических условий. То есть от температур воздуха в зимний период времени, толщины снежного покрова и пр. Также глубина промерзания грунта зависит и собственно от особенностей последнего. Ведь земля на участке может быть как глинистой, так и скалистой или же песчаной.
Климат Самарской области
Находится этот регион страны в зоне влияния Азиатского континента. А в этой части света, как известно, температуры воздуха зимой и летом разнятся значительно. Однако климат в Самарской области все же не такой резко-континентальный, как в Азии. Смягчающее влияние на него, как и на большую часть европейской территории России, оказывает Атлантический океан.
Но в любом случае для климата Самарской области характерны малоснежные и довольно-таки морозные зимы.
Продолжительность же их при этом составляет обычно не менее 150 дней в году. Среднесуточная температура в Самарской области в январе колеблется в пределах -10.9 … -13.8 оС. Поэтому глубина промерзания грунта в этом регионе России значительна.
Осадки в зимнее время года по территории Самарской области распределены довольно-таки равномерно. Но все же немного больше снега выпадает в северной части этого региона. Здесь грунт в некоторых случаях может промерзать на немного меньшую, чем на остальной территории области, глубину. Но разница эта, конечно же, незначительна.
СНиП 23-01-99
Строительной климатологией называют раздел физики, рассматривающий влияние климатических факторов на здания и сооружения. При проектировании и строительстве зданий обязательно следует принимать во внимание информацию, изложенную в СНиП 23-01-99. Этот документ был разработан специалистами НИИСФ для всех регионов РФ. В 2000 году он заменил существовавший ранее свод нормативов МСН 2.
04-01-98.
В составленные в начале тысячелетия документ СНиП «Строительная климатология» изменения последний раз вносились в 2003 г. В этом своде, помимо всего прочего, приведена таблица климатических параметров для разных регионов России в холодное время года. В Самарском регионе, согласно этому документу, они такие, как в таблице ниже.
Средняя температура | Средняя влажность | Количество осадков с марта по ноябрь | Средняя скорость ветра |
От -4.3 до -8.5 оС | 84% | 176 мм | 4 м/с |
Именно эти и другие параметры, представленные в СНиП, следует принимать во внимание при проектировании зданий и сооружений в Самарской области.
Строительная климатология: глубина промерзания грунта
Это один из важнейших параметров, учитываемых при составлении проекта.
В зависимости от этого показателя в той или иной местности принимается решение не только о глубине закладки фундамента, но и о выборе самой разновидности последнего.
Собственно глубиной промерзания грунта, в Самарской области в том числе, называют наибольшую величину, при которой температура почвы равна 0 оС в период самых низких температур без снежного покрова, с учетом наблюдений в течение многих лет. В особенности важно принимать во внимание этот параметр на таких типах грунта, как суглинки и суспеси.
Почему так важно знать глубину промерзания
Как известно, при замерзании вода всегда увеличивается в объеме. Грунт же в любом случае содержит определенное количество влаги. При замерзании последней почва начинает сильно давить на подошву фундамента здания или сооружения, «стараясь» вытолкнуть его наверх. Весной же вода оттаивает, и здание вместе с основанием снова опускается вниз. В результате этих подвижек происходит постепенное разрушение фундамента и других несущих конструкций дома или сооружения.
При закладке основания постройки ниже уровня промерзания подобной проблемы не возникнет. Ведь в данном случае подошва фундамента будет располагаться на таком уровне, на котором температура грунта никогда не бывает минусовой. То есть замерзание воды попросту невозможно.
Как определить глубину промерзания грунта
Для того чтобы узнать, на какой именно отметке температура земли в той или иной местности никогда не опускается ниже 0 оС, можно воспользоваться специальными формулами. Представлены они в еще одном документе, информацию и нормативы из которого также следует учитывать при проектировании сооружений — СНиП 2.02.01-83.
Формулы этого документа достаточно сложны. А поэтому расчет по ним проводят в основном только специалисты. Частному же застройщику при нежелании нанимать для проектирования инженеров будет лучше воспользоваться и информацией, представленной в старом СНиП 2.01.01-82. В этом документе, помимо всего прочего, имеются и карты местностей РФ с указанием средних величин глубины промерзания грунта.
Формула
Производится расчет глубины промерзания грунта для Самарской области и других регионов РФ, согласно СНиП 2.02.01-82, по такой формуле:
h=√М*k.
Здесь h — искомая глубина, M — сумма абсолютных среднемесячных температур в данном конкретном регионе, k — коэффициент определенного типа почвы. Последний показатель можно узнать из специальной таблицы. Так, к примеру:
для глины или суглинков он равен 0.23;
для крупных и гравелистых песков — 0.3;
для мелких и пылеватых песков — 0.28;
для крупнообломочного грунта — 0.34.
Сама по себе эта формула достаточно проста. Однако при проектировании, согласно новому СНиП, помимо собственно показателя сезонного промерзания грунта, вычисленного с ее испльзованием, положено учитывать еще и такие факторы:
условия эксплуатации и назначение самого сооружения;
суммарная нагрузка на фундамент;
глубина оснований расположенных рядом строений;
параметры грунта;
уровень залегания грунтовых вод.
Показатели для Самарской области
Итак, при строительстве здания или сооружения в этой регионе следует или произвести расчеты глубины промерзания по формулам, или же просто воспользоваться картой. Последний способ слишком уж точным не является. Но при этом его можно назвать и самым простым. Согласно СНиП 2.01.01-82, для Самарской области уровень промерзания земли составляет 160 см. Это больше, чем, к примеру, в Калининграде (70 см) и даже в Москве (140 см), но меньше, чем в Оренбурге (180 см), Омске (200 см) и Ханты-Мансийске (240 см).
Зависимость промерзания от типа грунта
Известно, что мелкий песок промерзает обычно на меньшую глубину, чем крупный и гравелистый, и на большую, чем суглинки. Для Самарской области глубина промерзания грунта, в зависимости от его типа, будет такой:
Таким образом, ориентироваться на средний показатель по Самарскому региону в 160 см можно далеко не во всех местностях. Прежде следует определить на участке тип грунта.
В некоторых случаях подошву фундамента, возможно, нужно будет опустить пониже, а в других — поднять ее в целях экономии материала и трудовых затрат.
Учитывается ли при проектировании толщина снежного покрова
Климат на той территории, где находится Самарская область, достаточно суровый. Снега здесь выпадает не слишком много, а температура воздуха зимой опускается сильно. Собственно сам показатель глубины промерзания, как уже упоминалось, от величины снежного покрова не зависит. При проектировании он обычно не учитывается. Однако владельцам загородных домов в Самарской области в процессе их эксплуатации обращать на него внимание все же стоит. Конечно же, чем более толстый слой снега будет покрывать почву, тем на меньшую глубину она промерзнет.
В зимнее время года хозяева частных домов, вычищая снег во дворе, создают, к сожалению, зоны неравномерного промерзания грунта. Это может навредить даже фундаменту, спроектированному без учета толщины снежного покрова в конкретной местности.
Чтобы такого не произошло, стоит посадить рядом со стенами дома, к примеру, кустарники. Они будет задерживать снег над фундаментом, что снизит показатели промерзания грунта.
Мелкозаглубленные основания
Таким образом, такой показатель, как глубина промерзания грунта, на самом деле очень важен. Но строят с его учетом обычно только многоэтажные здания или важные сооружения. Частники в большинстве случаев так глубоко подошву фундамента предпочитают не располагать. Подвижки из-за весеннего пучения в одно-двухэтажных зданиях их основанию и несущим конструкциям обычно особого вреда не наносят. Но касается это только тех домов, которые построены на достаточно надежных грунтах —глинах или суглинках, скале, крупном песке. В этом случае для предотвращения разрушения фундамента из-за давления почвы используется армирование. То есть в ленту или столбы вливается сетка, собранная из металлических прутов.
Бетонные конструкции способны выдерживать огромное давление на сжатие. Но в плане растяжения они достаточно надежными, к сожалению, не являются.
