Mrazovým nadzvedáváním půd se rozumí jejich vlastnost při určité kombinaci hydrotermálních podmínek v mezích sezónního zamrzání zvětšovat svůj objem vlivem sil krystalizace ledu při fázových přeměnách, obsahujících kromě ledových krystalků v půdě další vodu. .
Současné třídění zemin podle stupně mrazového vzdouvání je založeno na vlivu deformací namrzající zeminy na stabilitu základů budov a staveb. Podle této klasifikace se půdy ve svém přirozeném složení dělily na nevzduté, málo vznosné, středně vznosné a velmi vzduté. Klasifikace platila pouze pro půdy při jejich plném nasycení vodou, ale jak je známo, všechny typy půd v suchém nebo málo vlhkém stavu nevykazují při mrazu vnější známky mrazového zvednutí, a proto bylo potřeba zaměřit se na klasifikace půd podle jejich přirozené vlhkosti před mrazem a vlhkostními podmínkami.
V závislosti na granulometrickém složení, přirozené vlhkosti, hloubce hladiny podzemní vody a odhadované hloubce promrznutí půdy se půdy dělí na pět odrůd: vysoce vzdouvající, středně vzdouvající, mírně vzdouvající se, podmíněně nevzdouvající se a nevzdouvající se. Tedy prachovité písčité hlíny, hlíny a prachovité jíly plastické konzistence, pokud se hladina podzemní vody nachází ve vrstvě sezónního zamrzání nebo pod standardní hloubkou mrazu v písčitých hlínách nejvýše o 0,5 m a v jílech a jílech nejvýše 1 m patří mezi nejvíce mrazuvzdorné, vysoce nadýmavé půdy.
Mezi středně těžké písky patří prašné písky, písčité hlíny, hlíny a jíly s přirozenou vlhkostí překračující index konzistence 0,5, kdy hladina podzemní vody překračuje standardní hloubku zamrzání v prachovitých píscích nejvýše o 0,6 m, v písčitých hlínách nejvýše o 1 m, v hlínách – ne více než 1,5 ma v jílech – ne více než 2 m, podle stupně mrazu.
Do skupiny mírně těžkých zemin patří jemné a prachovité písky, písčité hlíny, hlíny a jíly žáruvzdorné konzistence a také hruboblokové zeminy s jílovitým plnivem, když hladina podzemní vody překračuje standardní hloubku zamrzání: v prachových a jemných zrnité písky ne více než 1 m, v písčitých hlínách – ne více než 1,5 m, v hlínách (s číslem plasticity menším než 0,12) – ne více než 2 m, v hlínách (s číslem plasticity větším než 0,12) – ne více než 2,5 m a v jílech (s číslem plasticity menším než 0,28) – ne více než 3 m.
Prakticky nezatěžující zeminy zahrnují: hrubé klastické zeminy s jílovitým plnivem, jemné a prachovité písky a všechny druhy jílovitých zemin pevné konzistence s přirozenou vlhkostí v období mrazů nižší než je vlhkost na hranici zvlnění při poklesu hladiny podzemní vody standardní zámrzná hloubka: v hrubých klastických, slínovitých půdách a jemnozrnných píscích o více než 1 m, v písčitých hlínách – o více než 1,5 m, v hlinitých hlínách (s číslem plasticity menším než 0,12) – o více než 2 m, v hlínách (s číslem plasticity větším než 0,12) o 2,5 m a v jílech s číslem plasticity menším než 0,28 – o více než 3 m. Tato klasifikace zemin podle stupně mrazu je obsažena v normě pro zkoušení stabilita základů pod vlivem sil mrazu nadzdvihávání základových půd.
Při určování stupně mrazového vzdouvání půd je třeba se zaměřit především na jejich přirozenou vlhkost a polohu hladiny podzemní vody po dobu odpovídající začátku promrzání půdy.
Kamenité, hrubozrnné zeminy obsahující méně než 30 % hmotnosti částic o průměru Posouzení faktorů ovlivňujících proces mrazového nadzvedávání půd
Proces mrazového nadzvedávání půd je dán řadou klimatických, geologických a umělých faktorů, které je třeba vzít v úvahu při navrhování a výstavbě budov. Za prvé, stupeň zvednutí je ovlivněn podzemní vodou, zejména nasycením půdy vodou a úrovní kapilárního vzlínání vody.
Za druhé, hloubka a rychlost zamrzání půdy v závislosti na hodnotách negativní venkovní teploty vzduchu, množství sněhové pokrývky, izolace půdy, přítomnosti povlaků, slunečního záření a změn od chladného počasí k tání.
Podzemní voda nemá vždy stabilní hladinu. Například v aluviálních uloženinách říčních údolí závisí hladina podzemní vody na kolísání hladiny vody v řece. Jarní stoupání ve vodním toku řeky nepředstavuje velké ohrožení základů, protože hladina podzemní vody klesá s poklesem vody v řece.
Pokud se půda před zamrznutím nasytí vodou, může to vést k výraznému zvednutí. V blízkosti vrstvy mrazivé půdy vysoká voda a podzemní voda zvlhčují zamrzající půdu kapilárami, vytvářejí nejpříznivější podmínky pro migraci vlhkosti na mrazovou frontu a tvorbu nadměrného hromadění ledu v půdě ve formě vrstev a čočky.
Za tloušťku vrstvy kapilárního vzlínání vody se považuje vzdálenost od hladiny podzemní vody k horizontu, kde vlhkost jílovité zeminy nepřesahuje vlhkost na valící se hranici. Tloušťka vrstvy kapilárního vzlínání se nazývá mrazuvzdorná „hrana“ nad hladinou podzemní vody. Tato hranice závisí na složení a složení půdy v přírodních podmínkách a její tloušťka se pohybuje od 0,3 do 3,5 m v závislosti na stupni disperze půdy.
Ke kapilárnímu vzlínání vody v půdách dochází vlivem povrchové energie minerálních částic půdy a závisí tedy na jejich specifickém povrchu. Například u kulatých a středně velkých písků je měrný povrch částic relativně malý, takže v těchto píscích nedochází téměř k žádnému kapilárnímu vzlínání vody a v důsledku toho nedochází k deformacím mrazem (např. jsou nekypřené půdy).
Jemné a prachovité písky mají větší rozptyl ve srovnání s pískem hrubým a díky interakci měrného povrchu minerálních částic s vodou je v přírodních podmínkách pozorován kapilární vzlínání do výšky 0,3 až 0,5 m. V písčitých hlínách je výška kapilární vzlínání dosahuje od 0,5 do 1 m, v hlínách – do 1,5 a jílů – do 3 m.
Na základě vizuálních pozorování výšky kapilárního vzlínání nad hladinou podzemní vody podél řezů a podle rozložení přirozené půdní vlhkosti v této zóně byla stanovena závislost její výšky na fyzikálních vlastnostech vzdutých zemin. Pokud jsou tyto charakteristiky k dispozici, je možné vypočítat výšku kapilárního vzlínání, která slouží jako hlavní ukazatel při klasifikaci stupně nadlehčení zemin.
Doporučuje se predikovat změny hladiny podzemní vody v závislosti na hydrogeologických poměrech staveniště, vlastnostech budovaných budov a staveb, způsobu provádění stavebních prací podle nulového cyklu a provozních podmínkách.
Poloha zóny kapilárního vzlínání vody v půdách závisí na sezónním a dlouhodobém kolísání hladiny podzemní vody, proto je třeba na základě materiálů z hydrogeologických průzkumů a předpovědí stanovit možnost změny přirozené vlhkosti půdy v sezónní mrazové vrstvě. prováděné na základě speciálních výpočtů.
Půdy, které jsou lokálně nasycené průmyslovými vodami, při mrazu nerovnoměrně bobtnají, což způsobuje vážné poškození budov a konstrukcí. Při navrhování základů a konstrukcí s mokrým technologickým postupem by měla být přijata opatření k odstranění nebo snížení následků nasycení půdy vodou.
Hloubka a rychlost promrzání půdy jsou důležitými faktory v procesu mrazu, závisí na typu půdy a její přirozené vlhkosti, negativních venkovních teplotách a délce chladného období roku.
Pozorování hloubky zamrznutí půdy prokázalo, že vlhké jíly a hlíny zamrzají asi o 20 % méně než písčité hlíny, jemné a prachovité písky a hrubé písky a hrubozrnné půdy zamrzají ještě více než písčité hlíny a prachovité písky.
Hloubka zamrznutí půdy v Moskvě a regionu se pohybuje od 1,2 do 1,5 m. Hloubka zamrznutí závisí také na sněhové pokrývce, tepelné izolaci půdy a přítomnosti povlaků.
Hloubka promrznutí půdy má velký vliv na bobtnání denního povrchu půdy. Například v moskevské oblasti bobtná o 15 cm s hloubkou mrazu 1,5 m.
Hodnoty mrazového zvednutí půd závisí na rychlosti promrzání a rychlost zase závisí na hodnotách záporné venkovní teploty vzduchu. Experimentálně bylo zjištěno, že čím nižší je rychlost zmrazování, tím větší je množství zvednutí a naopak při vysokých rychlostech zmrazování je množství zvednutí půdy menší. Velikost bobtnání je ovlivněna součinitelem filtrace jílovité půdy, který určuje proudění vlhkosti k mrazivé frontě. U vzorků, které mrznou vysokou rychlostí zmrazování, není vizuálně pozorována tvorba ledových vměstků ve formě vrstev a čoček, půda proto při rozmrazování mírně zhoršuje své fyzikální vlastnosti.
Při nízké rychlosti zamrzání půdy se vytváří ledová textura doprovázená zvýšenou akumulací ledových inkluzí v ní v důsledku migrace vody z podložních vrstev rozmrzlé půdy. Když takové půdy rozmrznou, jejich fyzikální vlastnosti se prudce zhorší. Někdy se půdy, které mají před zmrazením pevnou nebo plastickou konzistenci, po zmrazení a rozmrazení přejdou do tekutého stavu.
Největší množství ledu v přirozených půdách se hromadí při promrzání půdy do hloubky 1-1,2 m, tedy tam, kde má větší vliv kolísání negativních venkovních teplot vzduchu, například při přechodu chladného počasí na tání.
Většina domů se staví v mírných oblastech, ale to neznamená, že při výstavbě budov nevznikají problémy. Jednou z nich jsou kypřené půdy. Faktem je, že v podmínkách mrazu může základní základ budovy rychle prasknout, v důsledku čehož utrpí její integrita, a tedy i síla základu.
Existuje mnoho metod pro řešení takových problémů. Než však začnete podnikat jakékoli kroky, je nutné vzít v úvahu zvláštnosti zvedání země.
Jak dochází k zvedání
Protože hustota vody je větší než hustota ledu, během procesu mrznutí se její objem mění směrem nahoru. Na základě toho vlhkost v půdě způsobí rozpínání její hmoty. Zde se objevil koncept mrazových zvedacích sil, tedy sil ovlivňujících proces rozpínání půdy. Samotná půda se v tomto případě nazývá vzdutí.
Zdravý! Úroveň expanze půdy je obvykle 0,01. To znamená, že pokud vrchní vrstva země zamrzne do hloubky 1 m, objem půdy se zvětší o 1 cm i více.
K samotnému mrazu dochází z několika důvodů:
- Vzhledem k hloubce horní zvodně. Pokud se voda nachází blízko povrchu, pak i když je hlína nahrazena štěrkovým pískem, bude neúčinná.
- Na základě hloubky zamrznutí země během chladného období v určité oblasti.
- V závislosti na typu půdy. Nejvíce vody obsahuje hlína a hlína.
Na základě složení půdních a klimatických podmínek se rozlišují půdy vzduté a nevzduté.
Jaký je rozdíl mezi zvedajícími a nezvedajícími se základnami?
Podle GOST 25100-2011 existuje 5 skupin půd, které se liší úrovní zvedání:
- Nadměrné zvednutí (úroveň expanze půdy je více než 12 %);
- Vysoká zátěž – 12 %;
- Střední zdvih – asi 8 %;
- Nízká zátěž – asi 4 %;
- Nezvedá se – méně než 4 %.
Poslední kategorie je považována za podmíněnou, protože půda, která neobsahuje vodu, v přírodě prakticky neexistuje. Mezi takové základy patří pouze žula a hrubé horniny, ale v našich podmínkách jsou takové půdy extrémně vzácné.
Když mluvíme o tom, co je těžká půda a jak ji definovat, stojí za to vzít v úvahu její složení a hladinu podzemní vody.
Jak nezávisle určit stupeň nadzvedávání půdy
Chcete-li „doma“ zjistit, zda se na vašem místě nachází těžká půda, nejjednodušším způsobem je vykopat jámu (svislý výkop) asi 2 m hlubokou a počkat několik dní. Pokud se na dně vykopané jámy nevytvořila voda, pak je nutné vyvrtat (k tomu se používá zahradní vrták) studnu dalších 1,5 m. Když se ve studni objeví voda, vzdálenost od hladiny podzemní vody k povrchu se měří pomocí prkna.
K určení typu půdy stačí provést vizuální kontrolu půdy. Na základě těchto údajů lze vyvodit přibližné závěry o stupni rozpínání Země během chladného období.
Pokud se půda mírně zvedne, bude hladina podzemní vody pod vypočítanou hloubkou mrazu. Tato hodnota přímo závisí na typu půdy:
- prachovité písky – 0,5 m;
- písčitá hlína – ne více než 1,0 m;
- hlíny – 1,5 m;
- hlína – 2 m.
Pokud je půda klasifikována jako středně těžká, bude hladina podzemní vody pod hloubkou mrazu o:
- 0,5 m, pokud převažuje písčitá hlína;
- 1,0 m – hlíny;
- 1,5 – hlína.
Pokud je půda velmi vzdouvající, hladina podzemní vody bude nižší o:
- 0,3 m – pokud půdu tvoří převážně písčitá hlína;
- 0,7 m – hlína;
- 1,0 m – hlína.
Pokud se hlína a hlína nacházejí poměrně blízko vypočítané hloubky zamrznutí půdy, není to nejlepší základ pro mělký základ. To však neznamená, že na takových půdách nelze stavět.
Jak vyřešit problém vzdutí půdy
Existuje mnoho způsobů, jak snížit úroveň nadzvedávání půdy. Podívejme se na ty nejčastější.
Nahrazení půdy
Výměna zdvižené půdy je považována za nejnáročnější a nejdražší proces, protože zahrnuje úplné odstranění půdy umístěné na místě budoucí stavby. Poté se nasype nová zemina nebo hrubý písek a štěrk a základ se položí na nezvedající se zeminu.
Zatížení budovy
Čím je budova lehčí, tím je pravděpodobnější, že bude pod tlakem země, která během chladného období bobtná. Aby k tomu nedocházelo, doporučuje se stavět masivnější budovy. To však také vede k vážným finančním nákladům.
Konstrukce základové desky
Můžete přidat další váhu budovy a zabránit tlaku půdy instalací základové desky jako základu pro dům. Pevná monolitická deska o výšce více než 20 cm, zakopaná v zemi, bude vystavena silám mrazu, ale v tomto případě se v zimě jednoduše zvedne a zaujme svou původní polohu, když teplota vzduchu stoupne.
Technicky není vybudování základové desky obtížné (potíže mohou nastat pouze ve fázi výztuže), ale takový základ bude také drahý.
Instalace pilotových základů
Pokud chcete vyjít s malými náklady, pak nejlevnější možností by bylo nainstalovat pilotový základ. Je však třeba zvážit, že takové konstrukce jsou vhodné pouze pro domy s nízkou hmotností (rám, konstrukce ze sip panelů atd.).
Jako základní základ jsou vhodné:
- šroubové piloty, které jsou zašroubovány do půdy těsně pod úrovní mrazu;
- vyztužené konstrukce (v tomto případě je nutné připravit studny a nainstalovat tyče zabalené do střešní lepenky a do nich kovový rám).
Po instalaci pilot jsou prvky spojeny pomocí nosných desek nebo trámů (rošt), které jsou položeny po obvodu budoucí budovy a izolovány polystyrenovou pěnou nebo pěnovým polystyrenem.
Někteří stavitelé vztyčují zděné sloupové konstrukce vysoké až 60 cm na zvednutých půdách a prohlubují je asi o 15 cm, ale takové základy jsou vhodné pouze pro altány, letní kuchyně a jiné stavby, které nejsou určeny k bydlení.
Neustálé vytápění domu
Pokud porovnáme teplotu půdy umístěné pod vytápěným a nevytápěným domem, pak v prvním případě bude téměř o 20 % vyšší. V souladu s tím, pokud lidé žijí v budově po celý rok a budova je vytápěna, pak se síla zvedání sníží na minimum.
Odvodnění půdy
Aby půda nepropukla, můžete snížit obsah vody v půdě. K tomu je nutné vybudovat drenážní studnu, která bude umístěna v určité vzdálenosti od budovy. K sestavení takového systému potřebujete:
- Vykopejte kolem domu příkop.
- Umístěte do něj trubky s malými otvory po stranách. Aby mohla být voda odváděna samospádem pryč z domu, je nutné pokládat potrubí v mírném sklonu směrem k drenážní studni. Čím blíže je potrubí ke studni, tím hlouběji je položeno.
- Trubky zasypte štěrkem a zakryjte je geotextilií.
Tepelná izolace půdy
Chcete-li snížit nadzvedávání půdy, můžete vytvořit slepou oblast. Obvykle se taková konstrukce vyrábí po obvodu budovy, aby chránila základ před dešťovou vodou. Pokud však provedete silnější tepelnou izolaci slepé oblasti, bude možné v zimě snížit úroveň rozpínání země.
Chcete-li vytvořit izolovanou slepou oblast, musíte dodržovat následující doporučení:
- Šířka slepé plochy by měla být o 1-1,5 m větší než mrazivá šířka půdy.
- Jako základ pro slepou oblast se doporučuje použít písek, který je pečlivě zhutněn a rozlit vodou.
- Expandovaný polystyren nebo jakákoli jiná izolace se pokládá na písek ve vrstvě cca 10 cm.
- Nahoře je položena hydroizolace (střešní plsť).
- Na hydroizolační vrstvu se položí drcený kámen a vše se vyplní betonem.
- Před betonáží se doporučuje provést vyztužení ocelovou sítí o průměru 4 mm a velikosti buněk 15 x 15 mm.
Na závěr
Když víte, které půdy na místě převládají, můžete vypočítat úroveň jejich zvednutí; podle toho si můžete vybrat nejlepší možnost pro uspořádání základů nebo snížení množství vlhkosti v půdě. Někteří stavitelé dodatečně izolují základ, protože to také snižuje úroveň vlivu vlhkosti na betonový základ domu.
