Влияние климатических особенностей на глубину заложения фундамента

При промерзании грунта вода, заполняющая поры между частицами, превращаясь в лёд, расширяется и деформирует грунт, который, смерзаясь с телом фундамента, выпучивает его кверху (см. в механике грунтов раздел «Особенности структурно-неустойчивых оснований»). Такое явление в промерзающих грунтах носит название морозного пучения, а сами грунты называются пучинистыми.

Воздействие сил пучения мёрзлого грунта на фундамент при различной глубине промерзания, схематично представлено на рисунке.

Схема вариантов заглубления фундаментов в пучинистых промерзающих грунтах ниже и выше глубины промерзания грунта основания.

τ – касательные силы пучения; σ – нормальные силы пучения; d_f - расчётная глубина промерзания грунта; Δδ - пучение поверхности грунта.

Из представленного рисунка видно, что в случае заглубления фундамента ниже возможной глубины промерзания (левая схема на рисунке) на боковые поверхности фундамента будут воздействовать τ – касательные силы пучения. Суммарная величина касательных сил пучения для сильнопучиничтых грунтов может превысить вес двухэтажного здания, т.е. даже поднять здание вверх.

В случае заглубления фундамента выше возможной глубины промерзания (правая схема на рисунке) на боковые поверхности фундамента будут воздействовать как τ – касательные силы пучения, так и σ - нормальные силы пучения. Суммарная величина касательных и нормальных сил пучения для сильнопучиничтых грунтов такова, что может превысить вес даже пятиэтажного здания.

Таким образом, при определении глубины заложения фундамента в промерзающих пучинистых грунтах, необходимо стремиться к снижению негативного воздействия сил пучения, заглубляя фундаменты ниже расчётной глубины промерзания в данном районе. В некоторых случаях допустимо конструктивное решение по снятию касательных сил пучения устройством несмерзающих обмазок боковых поверхностей фундамента.

Пучению подвержены пылеватые пески, суглинки и глины – мягкопластичные и текучие.

Глинистые грунты могут практически не испытывать пучения при низком У.Г.В. (Н_УГВ ≥ d_f + 2м) и при нахождении их в твёрдом и полутвердом состоянии, т.е. при W < W_Р + 0,25Ј_Р; Ј_L < 0,25 (см. схему).

Схема низкого расположения уровня грунтовых вод относительно глубины промерзания, что при нахождении грунтов в твёрдом и полутвёрдом состоянии позволяет практически не учитывать пучение.

При такой низкой влажности (твёрдое и полутвёрдое состояние) пучение составляет примерно 1% от промерзающей толщи, что считается незначительным и в расчет не принимается. Однако при проектировании необходимо учитывать, что влажность W, определённая при изыскании, в процессе строительства может изменяться, например в результате снятие травяного покрова или нарушения естественного стока воды. Очень часто со временем влажность грунтов возрастает или поднимается У.Г.В. В этом случае непучинистые грунты могут переходить в категорию пучинистых.

Поэтому необходимо осторожно подходить к решению (определению) глубины заложения фундамента в глинистых грунтах. Если грунты пучинистые, то фундамент нужно закладывать ниже расчётной глубины промерзания.

d > d_f,

где d_f – расчетная глубина сезонного промерзания грунта – это глубина промерзания около возводимого фундамента (см. схему).

Схема определения расчётной глубины промерзания грунта около возводимого фундамента.

d_f = f (температуры помещения, высоты фундамента, конструкции пола).

d_f = k_hd_fn,

где d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта (среднее значение максимальной глубины промерзания за 10 лет под очищенной от снега поверхностью). При отсутствии многолетних наблюдений, для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, нормативное значение глубины сезонного промерзания допускается принимать по формуле (при d_fn > 2,5 м – необходим теплотехнический расчет):

d_fn = d₀(ΣM_t)^0,5,

где k_h = 0,4…1,1 – коэффициент влияния теплового режима зданий на промерзание грунта у наружных стен.
М_t - безразмерный коэффициент, числено равный сумме абсолютных значений отрицательных среднемесячных температур за зиму в данном районе.
d_о – коэффициент, зависящий от свойств грунта:

• d_о = 0,23 – глина, суглинок;
• d_о = 0,28 – супесь, мелкий песок;
• d_о = 0,30 – крупный песок, гравий.

Для Европейской территории нашей страны d_fn можно определить по карте изолиний нормативных глубин промерзания (СНиП).