Формула промерзания грунта. Промерзание грунта

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 о С. 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.

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 о С 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 о С, 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;

    • 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:

    суглинки — 1.54 м;

    мелкий песок и супесь — 1.88 м;

    крупный и гравелистый песок — 2.01 м.

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. Металлическая же арматура компенсирует этот недостаток. Также для увеличения срока службы мелкозаглубленные фундаменты в некоторых случаях могут и утепляться с применением, к примеру, пенополистирола или керамзита.

Глубина заложения фундамента — проектируемая величина, которая зависит от типа здания или сооружения, климатической зоны, грунтов на участке и уровня залегания подземных вод. На эту величину также оказывает влияние конструкция здания (с подвалом или без), принцип его использования (с отоплением или без), этажность и масса.

Если говорить предметно, это та величина, на которую нужно будет закопать фундамент, для того чтобы он обеспечивал стабильную опору для сооружения. Бывают они двух видов:

Согласно нормам строительства для того чтобы противостоять силам морозного пучения, подошву необходимо заглублять на 15-20 см ниже уровня промерзания для грунта. При выполнении этого условия фундамент называют «глубокого заложения» или «заглубленный».

При глубине промерзания больше 2 метров проведение земляных работ имеет очень большие объемы, велик также расход материалов и очень высока цена. В этом случае рассматривают другие типы фундаментов — свайные или , а также возможность заложения выше нормативной точки промерзания. Но это возможно только при наличии грунтов с нормальной несущей способностью, обязательном утеплении цоколя и фундамента, а также при устройстве утепленной отмостки. В этом случае глубина заложения уменьшается в разы и обычно составляет менее метра.

Иногда фундамент заливают прямо на поверхности. Это — вариант для хозпостроек, причем, скорее всего из древесины. Только она в таких условиях способна компенсировать возникающие перекосы.

Предварительные изыскания

Перед началом планирования дома, вы должны решить, в каком месту участка хотите поставить дом. Если геологические исследования уже есть, учитывайте их результаты: чтобы меньше было проблем с фундаментом, имел он минимальную стоимость, желательно выбрать самый «сухой» участок: там, где грунтовые воды находятся как можно ниже.

Далее в выбранном месте проводят геологические исследования почвы. Для этого бурят шурфы на глубину от 10 до 40 метров: зависит от строения пластов и планируемой массы здания. Скважин делают как минимум, пять: в тех, точках, где планируются углы и посередине.

Средняя стоимость такого исследования — порядка 1000 $. Если стройка планируется масштабная, сумма не сильно отразится на бюджете (средняя стоимость дома 80-100 тыс. долларов), а уберечь может от многих проблем. Так что в этом случае заказывайте исследование у профессионалов. Если же поставить хотите небольшую постройку — небольшой дом, дачу, баню, беседку или площадку с мангалом, то вполне можно сделать исследования самостоятельно.

Исследуем геологию своими руками

Для проверки геологического строения грунтов своими руками вооружаемся лопатой. Во всех пяти точках — под углами будущего строения и в середине — придется копать глубокие ямы. Размер: метр на метр, глубина — не менее 2,5 м. Стенки делаем ровные (хотя бы относительно). Выкопав яму, берем рулетку и листок бумаги, замеряем и записываем слои.

Что можно увидеть в разрезе:


Часто сложности возникают при попытках различить глиносодержащие грунты. Иногда достаточно только на них посмотреть: если преобладает песок и имеются вкрапления глины — перед вам супесь. Если преобладает глина, но есть и песок — это суглинок. Ну а глина не содержит никаких вкраплений, копается тяжело.

Есть еще один метод, который поможет вам удостоверится насколько правильно вы определили грунт. Для этого из увлаженного грунта скатывают руками валик (между ладонями, как когда-то в детском саду) и сгибают его в бублик. Если все рассыпалось — это малопластичный суглинок, если развалилось на куски — пластичный суглинок, если осталось целым — глина.

Определившись с тем, какие грунты у вас находятся на выбранном участке, можно приступать к выбору типа фундамента.

Глубина заложения фундамента в зависимости от уровня грунтовых вод

Все особенности проектирования описаны в СНиП 2.02.01-83*. Обобщенно все можно свести к следующим рекомендациям:


Как видите, в основном уровень заложения фундамента фундамента определяется наличием подземных вод и тем, насколько сильно промерзают грунты в регионе. Именно морозное пучение становится причиной проблем с фундаментами (или изменение уровня грунтовых вод).

Глубина промерзания грунтов

Чтобы примерно определить до какого уровня промерзают грунты в вашем регионе, достаточно взглянуть на расположенную ниже карту.

По этой карте можно примерно определить уровень промерзания грунтов в регионе (чтобы увеличить размер картинки, щелкните по ней правой клавишей мышки)

Но это — усредненные данные, так что для конкретной точки определить значение можно с очень большой погрешностью. Для пытливых умов приведем методику расчета глубины промерзания грунта в любой местности. Вам нужно будет знать только средние температуры за зимние месяцы (те, в которых среднемесячная температура имеет отрицательные значения). Можете посчитать сами, формула и пример расчета выложены ниже.

D fn — глубина промерзания в данном регионе,

Do — коэффициент, учитывающий типы грунта:

  • для крупнообломочных грунтов он равен 0,34;
  • для песков с хорошей несущей способностью 0,3;
  • для сыпучих песков 0,28;
  • для глин и суглинков он равен 0,23;

M t — сумма среднемесячных отрицательных температур за зиму в вашем районе. Находите статистику службы метрологии по вашему региону. Выбираете месяца, в которых среднемесячная температура ниже нуля, складываете их, находите квадратный корень (есть функция на любом калькуляторе). Результат подставляете в формулу.

Например , собираемся строиться на глине. Средние зимние температуры в регионе: -2°C, -12°C, -15°C, -10C, -4°C.

Расчет промерзания грунта будет таким:

  1. M t =2+12+15+10+4=43, находим квадратный корень из 43, он равен 6,6;
  2. D fn = 0,23*6,6= 1,52 м.

Получили, что расчетная глубина промерзания по заданным параметрам: 1,52 м. Это еще не все, учесть нужно будет ли отопление, и, если будет, какие температуры будут поддерживаться в нем.

Если здание неотапливаемое (баня, дача, стройка будет идти несколько лет), применяют повышающий коэффициент 1,1, который создаст запас прочности. В этом случае глубина заложения фундамента 1,52 м * 1,1 = 1,7 м.

Если здание будет отапливаться, грунт тоже будет получать порцию своего тепла и промерзать будет меньше. Потому при наличии отопления коэффициенты понижающие. Их можно взять из таблицы.

Коэффициенты, учитывающие наличие отопления в здании. Получается, чем теплее в доме, тем на меньшую глубину нужно заглублять фундамент (чтобы увеличить размер картинки, щелкните по ней правой клавишей мышки)

Итак, если в помещениях будет постоянно поддерживаться температура выше +20°С, полы с утеплением, то глубина заложения фундамента будет 1,52 м * 0,7 = 1,064 м. Это уже меньшие затраты, чем углубляться на 1,52 м.

В таблицах и на картах приведен средний уровень за последние 10 лет. Вообще, наверное, в расчетах стоит использовать данные за самую холодную зиму, которая была за последние 10 лет. Аномально холодные и бесснежные зимы бывают примерно с такой периодичностью. И при расчетах желательно ориентироваться на них. Ведь вас мало успокоит, если отстояв 9 лет, на 10-й ваш фундамент даст трещину из-за слишком холодной зимы.

На какую глубину копать фундамент

Вооружившись этими цифрами и результатами исследования участка, нужно подобрать несколько вариантов фундаментов. Самые популярные — и столбчатый или свайный. Большинство специалистов сходится во мнении, что при нормальной несущей способности грунта их подошва должна находиться на 15-20 см ниже глубины промерзания. Как ее посчитать, мы рассказали выше.

Глубина заложения фундамента — это уровень, на который необходимо углубить фундамент

  • Опираться подошва должна на грунт с хорошей несущей способностью.
  • Фундамент должен погружаться в несущий слой минимум на 10-15 см.
  • Желательно чтобы грунтовые воды располагались ниже. В противном случае необходимо принимать меры по отведению воды или понижению их уровня, а это требует очень больших средств.
  • Если несущий грунт находится слишком глубоко, стоит рассмотреть вариант свайного фундамента.

Выбрав несколько типов фундамента, определив для них глубину заложения, проводят ориентировочный подсчет стоимости каждого. Выбирают тот, который будет экономичнее.

Еще обратите внимание, что для уменьшения глубины заложения фундамента можно применять утепленную у. При строительстве ленточного фундамента мелкого заложения отмостка обязательна.

Мелкозаглубленный фундамент

Иногда фундамент глубокого заложения строит очень дорого. Тогда рассматривают свайный (свайно-ростверковый) или фундаменты мелкого заложения (мелкозаглубленные). Их еще называют «плавающими». Их только два вида — это монолитная плита и лента.

Плитный фундамент считается самым надежным и легко предсказуемым. У него такая конструкция, что она может получить значительные повреждения только при грубых просчетах при проектировании. Тем не менее, и его можно испортить.

Тем не менее, застройщики плитные фундаменты не любят: они считаются дорогими. На них уходит много материала (в основном арматуры) и времени (на вязку той же арматуры). Но иногда плитный фундамент получается дешевле ленточного глубокого заложения или даже свайного. Так что не сбрасывайте его сразу со счетов. Он бывает оптимальным, если строить хотят тяжелое здание на пучнистых или сыпучих грунтах.

Мелкозаглубленная лента может иметь глубину от 60 см. При этом она должна опираться на грунт с нормальной несущей способностью. Если глубина плодородного слоя больше, то глубина заложения ленточного фундамента увеличивается.

С ленточными фундаментами мелкого заложения под легкие здания все очень просто: они работают хорошо. Комбинация со срубом из бревна или бруса — это экономный и в то же время надежный вариант. Если и случаются перегибы ленты, то упругая древесина отлично с ними справляется. Почти также хорошо себя на такой основе чувствует себя каркасный дом.

Более внимательно нужно просчитывать если на мелкозаглубленном ленточном фундаменте собираются строить задние из легких строительных блоков (газобетона, пенобетона, и т.п.). Они на изменения геометрии реагируют не самым лучшим образом. Тут нужна консультация опытного и, обязательно, компетентного специалиста с большим опытом.

А вот под тяжелый дом мелокзаглубленный ленточный фундамент ставить невыгодно. Чтобы передать всю нагрузку, его нужно делать очень широким. В этом случае, скорее всего, дешевле будет плитный.

Как работает мелкозаглубленый фундамент

Этот тип используется тогда, когда бороться с силами пучения слишком дорого и не имеет смысла. В случае с фундаментами мелкого заложения с ними и не борются. Их, можно сказать, игнорируют. Просто делают так, что фундамент и дом поднимаются и опускаются вместе с вспучившимся грунтом. Потому их еще называют «плавающими».

Все что при этом необходимо — обеспечить стабильное положение и жесткую связь всех частей фундамента и элементов дома. А для этого нужен правильный расчет.

Каждую зиму грунт промерзает на некоторую глубину, при этом содержащаяся в грунте вода замерзает, превращается в лед и расширяется, тем самым, увеличивая объем грунта. Этот процесс называется пучением грунта. Увеличиваясь в объеме, грунт действует на фундамент дома, сила этого воздействия может быть очень велика и составлять десятки тонн на квадратный метр поверхности фундамента. Воздействие такой силы может двигать фундамент, нарушая нормальное положение всего здания.

Какой глубиной должен быть фундамент под дом, расчет глубины

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.

Глубина промерзания грунта зависит, во-первых, от типа грунта: глинистые грунты промерзают чуть меньше песчаных, потому что обладают большей пористостью. Пористость глины колеблется от 0,5 до 0,7, в то время как пористость песка — от 0,3 до 0,5.
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
Астрахань 80 88
Брянск 100 110
Волгоград 100 110
Вологда 140 154
Воркута 240 264
Воронеж 120 132
Екатеринбург 180 198
Ижевск 160 176
Казань 160 176
Кемерово 200 220
Киров 160 176
Котлас 160 176
Курск 100 110
Липецк 120 132
Магнитогорск 180 198
Москва 120 132
Набережные Челны 160 176
Нальчик 60 66
Нарьян Мар 240 264
Нижневартовск 240 264
Нижний Новгород 140 154
Новокузнецк 200 220
Новосибирск 220 242
Омск 200 220
Орел 100 110
Оренбург 160 176
Орск 180 198
Пенза 140 154
Пермь 180 198
Псков 80 88
Ростов-на-Дону 80 88
Рязань 140 154
Салехард 240 264
Самара 160 176
Санкт-Петербург 120 132
Саранск 140 154
Саратов 140 154
Серов 200 220
Смоленск 100 110
Ставрополь 60 66
Сургут 240 264
Сыктывкар 180 198
Тверь 120 132
Тобольск 200 220
Томск 220 242
Тюмень 180 198
Уфа 180 198
Ухта 200 220
Челябинск 180 198
Элиста 80 88
Ярославль 140 154

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. Под домом грунт так же промерзает меньше, тем более, если дом отапливается круглый год. Таким образом, реальная глубина промерзания земли может быть на 20-40% меньше нормативной.

Промерзание грунта можно уменьшить: для этого грунт вокруг дома утепляют. Лента хорошего утеплителя шириной 1,5-2 метра, уложенная вокруг дома, способна обеспечить минимальную глубину промерзания грунта, окружающего фундамент дома. Благодаря такому приему возможно заложение мелкозаглубленных фундаментов, которые закладываются на глубину выше глубины промерзания, но благодаря утеплению грунта остаются устойчивыми.

    Читайте так же:

    Силы морозного пучения грунтов

    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.

    Уровень грунтовых вод

    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.

    Пучинистый грунт

    Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению, при промерзании он значительно увеличивается в объеме. Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому закладывать фундамент на пучинистом грунте без принятия мер против пучения нельзя.

    Несущая способность грунтов

    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.

    Среднегодовая температура воздуха

    Среднегодовая температура воздуха — это среднее арифметическое значение температур за все месяцы года. От неё зависит необходимость утеплять фундамент и грунт вокруг него, а так же возможность заложения мелкозаглублённого фундамента.

    Дата публикации: 07.10.2010 14:49:25

    Вместо предислдовия.
    Умные и доброжелательныелюди указали мне не то, что данный случай должен оцениваться только в нестационарной постановке, ввиду огромной тепловой инерции земли и учитывать годовой режим изменения температур. Выполненный пример решен для стационарного теплового поля, поэтому имеет заведомо некорректные результаты, так что его следует рассматривать только как некую идеализированную модель с огромным количеством упрощений показывающий распределение температур в стационарном режиме. Так что как говорится, любые совпадения — чистая случайность…

    ***************************************************

    Как обычно, не стану приводить много конкретики по поводу принятых теплопроводностей и толщин материалов, ограничусь описанием лишь некоторых, предполагаем, что прочие элементы максимально близки к реальным конструкциям — теплофизические характеристики назначены верно, а толщины материалов адекватны реальным случаям строительной практики. Цель статьи получить рамочное представление о распределении температур на границе Здание-Грунт при различных условиях.

    Немного о том, о чем нужно сказать. Рассчитываемые схемы в данном примере содержат 3 температурные границе, 1-я это внутренний воздух помещений отапливаемого здания +20оС, 2-я это наружный воздух -10оС (-28оС), и 3-я это температура в толще грунта на определенной глубине, на которой она колеблется около некоторого постоянного значения. В данном примере принято значение этой глубины 8м и температура +10оС. Вот тут со мной кто-то может поспорить в отношении принятых параметров 3-ей границы, но спор о точных значениях не является задачей данной статьи, равно как и полученные результаты не претендуют на особую точность и возможность привязки к какому-то конкретному проектному случаю. Повторюсь, задача — получить принципиальное, рамочное представление о распределении температур, и проверить некоторые устоявшиеся представления по данному вопросу.

    Теперь непосредственно к делу. Итак тезисы, которые предстоит проверить.
    1. Грунт под отапливаемым зданием имеет положительную температуру.
    2. Нормативная глубина промерзания грунтов (тут скорее вопрос чем утверждение). Учитывается ли снежный покров грунта при приведении данных по промерзанию в геологических отчетах, ведь как правило территория вокруг дома очищается от снега, чистятся дорожки, тротуары, отмостка, парковка и пр.?

    Промерзание грунта — это процесс во времени, поэтому для расчета примем наружную температуру равную средней температуре наиболее холодного месяца -10оС. Грунт примем с приведенной лямбда = 1 на всю глубину.

    Рис.1. Расчетная схема.

    Рис.2. Изолинии температур. Схема без снежного покрова.

    В целом под зданием температура грунта положительная. Максимумы ближе к центру здания, к наружным стенам минимумы.

    Промерзание грунта в разных регионах

    Изолиния нулевых температур по горизонтали лишь касается проекции отапливаемого помещения на горизонтальную плоскость.
    Промерзание грунта вдали от здания (т.е. достижение отрицательных температур) происходит на глубине ~2.4 метра, что больше нормативного значения для выбранного условно региона (1.4-1.6м).

    Теперь добавим 400мм снега среднеплотного с лямбда 0.3.

    Рис.3. Изолинии температур. Схема со снежным покровом 400мм.

    Изолинии положительных температур вытесняют отрицательные температуры наружу, под зданием только положительные температуры.
    Промерзание грунта под снежным покровом ~1.2 метра (-0.4м снега = 0.8м промерзания грунта). Снежное "одеяло" значительно снижает глубину промерзания (почти в 3 раза).
    Видимо наличие снежного покрова, его высота и степень уплотнения является величиной не постоянной, поэтому средняя глубина промерзания находится в диапазоне полученных результатов 2-х схем, (2.4+0.8)*0.5 = 1.6 метра, что соответствует нормативному значению.

    Теперь посмотрим, что будет, если ударят сильные морозы (-28оС) и простоят достаточно долго, чтобы тепловое поле стабилизировалось, при этом снеговой покров вокруг здания отсутствует.

    Рис.4. Схема при -28 оС без снежного покрова.

    Отрицательные температуры залезают под здание, положительные прижимаются к полу отапливаемого помещения. В районе фундаментов грунты промерзают. На удалении от здания грунты промерзают на ~4.7 метра.

    См. предыдущие записи блога:
    Щитовой деревянный дом. Двойной объемный каркас.
    Остекление балконов и лоджий. Эффективность тепловой защиты.
    Стальные конструкции на кровле. Промерзание.

    Замерзание почвы – широко распространенное явление. Замерзание влаги в почве, как правило, происходит при температурах ниже 0оС, поскольку она представляет собой не чистую воду, а раствор солей различных концентраций.

    Глубина промерзания грунта (на 2018г.)

    Поэтому даже при низких температурах не вся влага находящаяся в почве, замерзает. Прочносвязанная влага и некоторая часть рыхлосвязанной влаги замерзнуть не могут вследствие влияния на них сорбционных сил. Остальная часть влаги вплоть до влаги соответствующей максимальной гигроскопичности замерзает в пределах до -10° С.

    Глубина промерзания почвы зависит от многих причин. Наиболее важная из них - толщина снегового покрова. Чем она больше, тем меньше глубина промерзания почвы. Все, что влияет на толщину снегового покрова (мощность растительного покрова, микрорельеф и т. п.), влияет на глубину промерзания почвы. Она зависит от наличия торфа и его мощности, от влажности почвы. Чем больше мощность торфа и чем выше влажность почвы, тем меньше глубина промерзания.

    Замерзание почвы начинается обычно с наступлением устойчивых отрицательных температур до образования снежного покрова. Иногда снежный покров устанавливается до наступления температур ниже 0оС и промерзание почвы начинается уже под тонким снеговым покровом. В дальнейшем мощность промерзшего слоя постепенно нарастает, достигая наибольшей величины в конце января - в феврале.

    В феврале или с начала марта, когда снеговой покров еще продолжает оставаться очень мощным или даже нарастает, глубина промерзания начинает уменьшаться вследствие оттаивания почвы снизу. Оттаивание почвы под снегом происходит за счет тепла, находящегося в нижних горизонтах почвы и передаваемого вследствие теплопроводности в верхние ее слои. Такая передача идет непрерывно, но в начале и середине зимы она не может компенсировать потерю тепла, излучаемого из-под тонкого снегового покрова и отдаваемого в сильно охлажденную атмосферу. В конце зимы, когда температуры воздуха становятся выше, а снеговой покров толще и, следовательно, потеря тепла уменьшается, тепло, идущее из нижних слоев почвы, с избытком компенсируя потерю его из верхних слоев, вызывает оттаи-вание почвы снизу.

    По Н. А. Качинскому оттаивание может идти двумя путями.

    1. Оттаивание, идущее снизу, заканчивается до того, как сойдет снег. Мерзлая прослойка исчезнет у самой поверхности почвы. Этот случай имеет место при мощном снеговом покрове и неглубоком промерзании почвы.

    2. Снеговой покров сходит до того, как полностью оттает почва. Оттаивание почвы начинается также снизу, а затем идет одновременно сверху и снизу, и мерзлая прослойка в конце исчезает на той или иной глубине.

    Для районов, где среднегодовая температура почвы близка к 0оС и ниже, характерен третий вариант оттаивания почвы – только сверху, поскольку здесь в глубоких слоях почвы отсутствует запас тепла, который мог бы вызвать оттаивание почвы снизу.

    Особое влияние на глубину снежного покрова оказывает лес. В лесу снежный покров всегда более мощный, чем на безлесных пространствах. Поэтому замерзание почвы под лесом либо не наблюдается совсем, либо бывает менее длительным и менее глубоким, причем почва успевает оттаять еще до начала таяния снега. Благодаря этому, а также более медленному таянию снега поглощение почвой талых вод в лесу идет значительно полнее, чем вне его.

    Большое влияние а глубину промерзания почвы оказывает лесная подстилка. В опытах с удалением лесной подстилки, глубина промерзания почвы резко возрастала. Существенно влияет на глубину промерзания и состав древостоя. В густых еловых древостоях, где значительное количество снега задерживается на кронах деревьев, вследствие меньшей мощности снегового покрова и большей его плотности глубина промерзания бывает всегда больше.

    Промерзание почвы имеет целый ряд неблагоприятных последствий, в частности: понижение водопроницаемости почв, а следовательно усиление поверхностного стока, снижение теплообеспеченности, вымерзание растений, задержка микробиологических и химических процессов, идущих в почве. В то же время можно отметить и положительные следствия этого процесса, в частности, благоприятное влияние на образование структуры в почве, миграция почвенных животных в нижние слои почвы под влиянием замерзания, способствующая разрыхлению почвы и улучшению ее водопроницаемости.

При начале любого капитального строительства, на стадии создания проекта, всегда учитывается глубина промерзания грунта. Это важно для расчёта материалов для создания фундамента, размер которого зависит от этого показателя. Важно, чтобы основа фундамента располагалась ниже точки замерзания воды в почве. Чем ниже этого уровня будет находиться глубина фундаментной траншеи, тем надёжнее будет всё будущее строение.

Но каждый сантиметр глубины, на которую погружается фундамент в землю, выливается в огромные суммы расходов при строительстве. Ведь здесь составляющими цены являются стоимость рытья котлована, расценки на построение самого фундамента, цены на материалы для него, их доставку к месту работ. Поэтому, чтобы избежать лишних расходов, но при этом построить надёжное здание, нужно производить точные вычисления, опираясь на данные многолетних исследований климата, схемы расположения разных видов почв по регионам и т.д. Глубина промерзания грунта в разных частях станы регулируется СНиП 23-01-99.

Факторы, влияющие на промерзание почвенного покрова

На глубину промерзания грунта по СНиП влияет не только температурный фактор, а и общеклиматический, а именно:

  • Продолжительность холодного периода
  • Количество выпавших осадков и т.д.

Все влияющие параметры подробно описаны в СНиПах.

Выдержки из СНиП

Документ «Строительная климатология» был создан для практического использования инженерами бывшего СССР, а дополнен и переработан уже в конце 90-х годов. Согласно ему, глубина промерзания грунта имеет зависимость от:

  • Особенностей конструкции строения
  • Суммарной нагрузки на основание постройки
  • Назначения сооружения
  • Глубины прокладки коммуникаций
  • Существующего и прогнозируемого ландшафта территории застройки
  • Физико-математических особенностей почвы
  • Параметров напластований
  • Карстовых полостей
  • Карманов выветривания
  • Сезонной глубины промерзания
  • Гидрогеологических особенностей местности застройки

Расчетная глубина грунтового промерзания

Расчет глубины промерзания грунта СНиПом от 2.02.01-83 регламентируется выполнять по следующей формуле: h=√М*k. Здесь h- это искомая величина, М – показатель суммы среднемесячных зимних температур в каком-либо регионе, k – коэффициент для разных видов грунта. Существует перечень типов почв, для которых такой коэффициент рассчитан:

  1. Для гравелистых песков, а также их крупных и средних фракций h равен 0,3
  2. Для суглинков и обычной глины h составляет 0,23
  3. Для песков пылеватых, мелких и для супесей значение h – 0,28
  4. Для крупнообломочного грунта h = 0,34

Среднемесячная зимняя температура (M) берётся из таблиц, составленных из данных многолетнего наблюдения за климатом в разных регионах. Эти показатели могут корректироваться на основании новой информации, но за основу берутся всегда значения из СНиПов.

Фактор морозного пучения

Морозным пучением называется свойство, определяющее параметр деформации почвы в моменты её промерзания и полного оттаивания. Прямое влияние на этот показатель оказывает количество содержащейся в грунте влаги. Увеличение её числового показателя способствует более глубокому промерзанию почвенных слоёв.

Вот, последствия некачественной инженерно-геологической работы





Здесь также важен состав почвы. Например, наиболее сильное пучение имеют глинистые и пылеватые почвы. Изменение объёма здесь может достигать у них 10%. В каменистых грунтах воды мало, соответственно деформации при пучении практически нет.

Важен и период длительности морозного сезона. Чем больше поверхность грунта испытывает на себе влияние минусовых температур, тем более глубоко она промерзает.

Созданы карты глубины промерзания грунта для разных регионов, где учтены климатические и почвенные особенности территорий.

Влияние толщины снежного покрова

Перед тем, как определить глубину промерзания грунта, определяется величина выпавших зимних осадков и толщина конечного снежного покрова. Здесь действует правило: чем больше слой снега, тем меньше будет промерзать почва. Поэтому, при проведении снегоочистительных работ, не следует оголять землю около фундаментов построек. Это может способствовать тому, что во время сильных морозов может иметь место неравномерное и значительное промерзание почвенного покрова, что может повлечь деформации фундамента.

Параметры промерзания почвы по регионам

Нормативная глубина промерзания грунта имеет региональную разбивку, которая отображена на специальных картах и занесена в таблицы. По наиболее известным территориям картина промерзания следующая.

Московская область

Глубина промерзания грунта в Московской области имеет величины в пределах от 0,5 метра до почти 2 метров . Здесь влияют все перечисленные выше факторы, доминирующим из которых является состав самой почвы. Почти 80% территории области представлены песками, суглинками, супесями. Эти составы имеют высокий коэффициент пучения.

Также стоит учитывать тот момент, что показатели для районов, расположенных севернее Москвы и южнее её сильно разнятся. Дело здесь не в близости к холодным или тёплым широтам. Являясь большим мегаполисом, столица создаёт своеобразный барьер для холодных потоков с севера, удерживая тепло с юга. Районы, которые территориально находятся на расстоянии полусотни километров друг от друга, но по разные стороны от МКАД, имеют показатели, отличающиеся в разы. Примером могут служить следующие значения:

Северные города

  • Дмитров – 160 см
  • Дубна – до 210 см
  • Клин – около 180 см

Населённые пункты, расположенные к югу от столицы

  • Подольск – 40 см
  • Серпухов – 60 см
  • Люберцы – в среднем 60 см

По границам области значения промерзания выравниваются. Поэтому, на всей территории Московской области принято брать за основу среднюю величину, которая равна 140 сантиметрам.

Глубина промерзания грунта в Москве разнится по районам города. В целом, эти величины ниже, чем средние показатели по области. Это связано с более высокой средней зимней температурой в черте города. Большая плотность отапливаемых построек, коммуникаций, наземного и подземного транспорта, населения существенно повышают температуру окружающей среды и поверхности земли. Это позволяет при строительстве брать за основу менее значительные величины при проектировании глубины фундаментов.

Ленинградская область

Средняя глубина промерзания грунта в Ленинградской области несколько выше, чем в Московской области. Этот показатель здесь составляет 1,5 метра . При том, что регион находится значительно севернее и в более сыром климате, отличие, как видно, незначительно. Это связано с доминированием на территории регионе более плотных каменистых почв. Они хуже впитывают влагу и, как следствие, меньше промерзают.

Новосибирск

Глубина промерзания грунта в Новосибирске имеет два основных показателя, привязанных к составу почвы:

  • Глины, а также суглинки могут промерзать на 2,2 метра
  • Супеси и пески, соответственно, на 2,42 метра

Такие значительные величины рассчитывались для ситуаций, когда полностью имеет место отсутствие снежного покрова, что бывает иногда случается в этом регионе. В реальности, зимы в Новосибирске не всегда малоснежные. При расчётах фундаментов зданий может учитываться также то, отапливаемые эти строения или нет. В любом индивидуальном случае, проектировщики вносят свои коррективы.

Другие города России

Для тех, кто живет в других регионах, мы подготовили таблицу, где можно посмотреть глубину промерзания грунта в таблице. В таблице представлены крупные города России и имеет все необходимые параметры. Здесь Вы найдете глубину промерзания для таких городов как: Архангельск, Вологда, Екатеринбург, Казань, Курск, Нижний Новгород, Новосибирск, Орел, Пермь, Псков и другие города

Заключение

Как видно, перед тем, как узнать глубину промерзания грунта, нужно принять во внимание множество показателей, изучить нормативные документы и карты. Для правильного расчёта всегда следует проводить исследование почв, иметь в наличии характеристики конечного сооружения, учитывать близость коммуникаций, других объектов и много другого. Это под силу только высокопрофессиональным проектным организациям с большим опытом работы. Пренебрегать услугами таких компаний не следует, поскольку ошибки могут иметь трагические последствия, чему примером многочисленные факты обрушения конструкций

Под глубиной промерзания грунта подразумевают толщину слоя земной коры, которая имеет отрицательную температуру в период наиболее холодных малоснежных зим. Нижняя граница зоны промерзания соответствует изолинии 0 градусов Цельсия. Глубина промерзания грунта в Ленинградской области составляет 1 - 1,5 м.

Учёт глубины промерзания при закладке основания и фундамента зданий

Сезонное промерзание грунтов учитывается при закладке фундамента. Нижняя граница фундамента не должна находиться выше нулевой изотермы. Желательно, чтобы она была на 15 - 20 см ниже этого уровня. Такой фундамент называют заглублённым.

Частое промерзание и последующее оттаивание пород могут приводить к их деформациям, что может сказаться на стабильности зданий и сооружений. Непромерзающие породы более стабильны, поэтому именно они и должны быть опорой для основания и фундамента.

Глубина промерзания грунта определяет и предпочтительную конструкцию фундамента. Она может быть винтовой, ленточной, столбчатой, плитной и т.д.

Факторы, влияющие на глубину промерзания

На глубину промерзания грунта оказывают влияние различные факторы. Климатический (погодный) является наиболее существенным, и именно на его основе строятся карты глубины сезонного промерзания грунта. Однако важным является и микроклиматический фактор, который зависит от рельефа местности, плотности застройки, размера населённого пункта (в городах минимальные температуры существенно выше), наличия или отсутствия древесной растительности и т.д.

Большое значение имеют свойства грунта. Различные типы пород промерзают с разной скоростью и деформируются по-разному. Рыхлые, насыщенные водой породы дадут больше деформаций при прохождении цикла промерзания-оттаивания.

Климатические условия в нашей стране таковы, что основная часть территории оказывается в зоне промерзающих грунтов, что связано с географическим положением. В Ленинградской области глубина промерзания грунта меньше, чем в среднем по России. Это объясняется расположением города вблизи западных границ РФ, где влияние тёплой Атлантики максимально.

В наиболее благоприятных условиях находится Краснодарский край: там глубина сезонного промерзания минимальна (менее 80 см). Рост глубины промерзания отмечается при движении в северо-восточном направлении, что связано с возрастанием роли Азиатского антициклона, ведущего к выхолаживанию воздуха. В Ленинградской области глубина промерзания грунта составляет 100 - 140 см, увеличиваясь в пределах данных цифр с запада на восток. В будущем глобальное изменение климата может привести к уменьшению этих показателей, однако пока зимы остаются достаточно холодными, несмотря на общий тренд потепления.

Нормативная глубина промерзания грунта (СНиП)

Нормативное промерзание грунтов - легко определяемая величина. Установленные в СНиП нормы и правила по проектированию строительных работ позволяют учесть и исключить основные факторы риска, что дает гарантию долговечности и надёжности возводимых строений. СНиП "Основание зданий и сооружений" представляет собой нормативную правовую базу, предназначенную для проектировщиков, инженеров, частных лиц, архитекторов. Она была создана усилиями геологов и инженеров ещё в советские времена, однако её продолжают успешно применять и в настоящее время. В соответствии с документами 2.02.01-83 и 23-01-99, глубина залегания проектируемого фундамента определяется, исходя из следующих факторов:

  • Конструкция и вес здания.
  • Функциональное назначение строящегося дома.
  • Общая глубина сезонного промерзания для данного региона.
  • Гидрологические и геологические условия местности.
  • Глубина залегания фундаментов у соседних зданий.
  • Особенности рельефа местности.
  • Физические характеристики грунта (плотность, пористость, наличие или отсутствие пустот, слоистость грунта и т.д.).

Расчёт глубины промерзания грунта

Глубина промерзания грунта определяется как корень квадратный из суммы среднемесячных температур при условии, что они отрицательные - М, умноженный на коэффициент - К, который является справочной величиной и зависит от типа грунта. Для глины К - 0,23, для мелкого песка - 0,28, для крупного песка - 0,3, для пород, состоящих из крупных обломков - 0,34. Крупнообломочный материал промерзает сильнее, чем мелкозернистый. Также глубина промерзания зависит от содержания воды в грунте: чем её больше, тем быстрее идёт промерзание. Степень деформации грунта определяет показатель вспучивания.

Наиболее выражено морозное вспучивание у глинистых и мелкодисперсных грунтов. В этих случаях объём породы при замерзании может возрастать до 10 процентов. Для каменистых грунтов показатель практически нулевой.

Дополнительные факторы

При расчёте глубины промерзания стоит обратить внимание и на такой показатель, как снежность зим. Наличие снега, как и отопление в доме, уменьшают скорость промерзания, поэтому в реальных условиях этот показатель меньше теоретического на 20 - 40 процентов. Можно ещё больше снизить глубину промерзания, если обложить фундамент с внешней стороны утепляющим материалом. Это позволит уменьшить глубину фундамента и затраты на его сооружение.

Глубина промерзания может увеличиться, если регулярно очищать приусадебный участок от снега, поэтому делать это не всегда рекомендуется.

В местах с особо холодным климатом глубина промерзания может быть больше двух метров. В таком случае сооружение стандартного фундамента может оказаться делом сложным и затратным. В таких случаях прибегают к возведению свайных конструкций или устанавливают неглубокий фундамент в местах, где породы не склонны деформироваться при морозе.

Для определения особенностей грунтов и геологических условий местности нанимают специалистов. Стоимость исследования составляет около 1000 долларов. Многие организации, предлагающие услуги по строительству частных коттеджей, руководствуются общими схемами и не проводят исследований. Однако это может нести риск для строений. Поэтому лучше всё же потратить некоторую сумму, чтобы потом не потерять ещё большую.

Понравилась статья? Поделитесь ей
Распечатать статью
Наверх