Глубина промерзания грунта тыва. Глубина промерзания грунта. Нормативы промерзания грунта

Глубина промерзания грунта является одной из основных характеристик, учитываемых при выборе конструктива фундамента строящегося дома. Но к сожалению среди частных застройщиков не редко случаются ошибки при попытках учесть значение этой характеристики. А именно: например, человек услышал, что ленточный фундамент нужно делать не выше глубины промерзания для его климатической зоны. Он заходит в интернет, вводит в поисковик фразу «какая глубина промерзания, к примеру, в Московской области» находит какую-то цифру (около 1,3-1,4 метра) и начинает копать траншею на эту глубину. При этом он не догадывается, что найденное им значение — это нормативная глубина промерзания.

Но ведь при определении геометрических характеристик фундамента нужно учитывать не нормативное значение, а расчётное, которое определяется с учётом различных коэффициентов, характеризующих такие параметры, как конструкция цокольного перекрытия в доме и средняя температура в помещении в холодное время года. Ведь сам по себе отапливаемый дом прогревает грунт вокруг себя, и промерзание по его периметру порой значительно меньше нормативной величины. И это можно будет увидеть ниже.

Чтобы узнать нормативные и расчётные значения глубины промерзания грунта в различных условиях, выберите ниже Ваши страну, регион и город и нажмите на кнопку «Определить глубину промерзания». Результаты будут представлены в виде двух таблиц. Если интересующего Вас населенного пункта в списке нет, выбирайте ближайший и желательно находящийся севернее от Вас.

Таблица 1 заполняется на основании формулы из СП 22.13330.2011 (актуализированная версия СНиП 2.02.01-83*):

d fn = d 0 ∗√M t ,

где d fn — нормативная глубина промерзания,м;

d 0 — величина, учитывающая тип грунта и равная для глин и суглинков — 0,23 м; для супесей и мелких и пылеватых песков — 0,28 м; для песков средней крупности, крупных и гравелистых — 0,30 м; для крупнообломочных грунтов — 0,34 м;

M t — безразмерный коэффициент, который определяется по СП 131.13330.2012 (актуализированная версия СНиП 23-01-99*) как сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зимний период в конкретном регионе.

Примечание: СНиП допускает использование данной формулы при глубинах промерзания до 2,5 метров. При большем промерзании, а также в высокогорных районах с резкими перепадами рельефа и нестабильными климатическими условиями значение d fn должно уточняться специальным теплотехническим расчётом. В рамках данного калькулятора мы на нём не останавливаемся.

Таблица 2 расчётных глубин промерзания (d f) заполняется на основании формулы из того же СП 22.13330.2011 (актуализированная версия СНиП 2.02.01-83*):

d f = k h ∗d fn ,

где k h — коэффициент, который учитывает тепловой режим в помещении в холодное время года. Значения его для отапливаемых помещений показаны в следующей табличке:

Для неотапливаемых помещений коэффициент k h = 1,1

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.

Такое свойство грунта, как его промерзание, - важный фактор, который следует учитывать при возведении нового жилого или промышленного объекта. Морозное пучение, скорость и глубина промерзания грунта зависят от многих составляющих:

• от самого типа породы;
• природной влажности;
• длительности холодного периода года в определенной местности;
• значений отрицательных температур;
• наличие снегового покрова;
• теплоизоляция, либо покрытие грунта.

Обладая знаниями по этому показателю, можно начинать возведение прочного и долговечного фундамента, который прослужит не один десяток лет. В противном же случае все может закончиться весьма плачевно - уже через пару лет по фундаменту пойдут трещины.

Типы грунтов

Глубина промерзания грунта в Московской области, как и в любом другом регионе страны, зависит от его типа. Согласно многолетним наблюдениям, влажные глины, как и суглинки, промерзают на 20 % меньше, чем такие типы грунтов, как супеси, пылеватые и мелкие пески. А вот крупные пески и крупнообломочные грунты промерзают больше супесей.

В различных регионах страны этот показатель разительно отличается. В одних областях грунт не промерзает и на полметра, а в других цифра может превысить и 6 метров. Максимальными значениями изобилует Забайкальский край, территории, граничащие с Монголией. Грунт там в основном песчаный и крупнообломочный.

Морозное пучение

От того, насколько глубоко промерзает грунт, зависит и его дневное вспучивание. Так, промерзание грунта в Москве приводит к 15-сантиметровому вспучиванию.

Зависит цифра морозного пучения от скорости промерзания грунта. На скорость же влияют показатели отрицательной температуры воздуха.

Еще на вспучивание влияет коэффициент фильтрации грунта, зависящий от подтока количества влаги к месту промерзания.

Если грунт замерзает при небольшой скорости, его структура становится льдистой. В нем накапливаются ледяные включения. Когда такой грунт начинает таять, значительно ухудшаются его физические свойства. Часто твердые или пластичные породы весной в результате замерзания и последующего оттаивания становятся текучими.

Глубина промерзания грунта в Московской области местами равняется 1-1,2 метра. В этих условиях в них скапливается достаточно большое количество льда. При смене температурного режима, когда холодная зима уступает место теплой весне, наступает оттепель и грунт превращается в густую вязкую кашу.

Проектирование фундамента

Основой любого дома служит фундамент. Его строительство начинается с рытья траншей или котлованов. Их глубина зависит от множества факторов, в том числе и региона, где осуществляется строительство. Так, прежде чем начать рыть траншеи, следует знать, какая глубина промерзания грунта (в Московской области, Ленинградской - не суть важно). Котлованы под фундамент всегда делают ниже уровня промерзания почв, чтобы грунтовые воды и отрицательные температуры его не разрушили. Стоимость этих работ зависит и от собственно глубины промерзания, и от типа грунта на участке, и от будущей конструкции. Специалисты также уделяют внимание используемым в строительстве материалам и их весу.

Фундамент и морозное пучение

Когда инженеры планируют возводить новый строительный объект, они подробно изучают все свойства грунта на территории. Если процесс морозного пучения приводит к подобным метаморфозам с почвой, будущий фундамент может получить серьезные повреждения.

Еще в процессе проектирования фундамента важно учитывать все особенности грунта, применять различные противопучинные мероприятия. Немаловажно и знание основных свойств породы.

Грунт в Московской области

Пренебрежение фактором промерзания грунта неизбежно приводит к разрушению фундамента здания. Следует учитывать это при возведении построек.

Какова глубина промерзания грунта в Московской области? Гидрологи и геологи, изучая многолетние изменения грунтов этого региона, пришли к выводу, что средние значения составляют один метр. Однако этот показатель не универсален. В разных районах области, как и в самом городе Москве, цифры существенно отличаются.

Основные факторы, влияющие на уровень промерзания грунта:

• высота снежного покрова в холодное время года;
• подземные и грунтовые воды;
• среднемесячная и даже среднедневная температура воздуха.

Тип грунтов также оказывает сильное влияние на этот показатель. В местах с преимущественно песчаными почвами глубина промерзания значительно больше, чем у глиняных.

Между глинами и песками располагаются супесчаные и суглинистые типы грунта. Их показатели промерзания также обладают усредненными цифрами. Среднегодовая температура на участке также влияет на глубину промерзания. Поэтому на севере и юге Московской области цифры будут разными. В любом случае при большей нормативной глубине промерзания и фундамент будет закладываться глубже.

Нормативы промерзания грунта

Люди ведут учет всех показателей. Проводятся многолетние наблюдения, которые потом отображаются в справочниках. Тем не менее время играет свою роль, грунты могут меняться под воздействием внешних факторов. Изменяется и глубина промерзания грунта в Московской области. СНиП показывает, что пределы промерзания составляют от 0,8 до 2,4 метра.

Согласно показателям:

• глины и суглинки промерзают на 1,35 метра в глубину;
• пылеватые и мелкие пески - на 1,64 метра;
• пески средние и крупные - на 1,76 метра;
• крупнообломочные грунты - на 2 метра.

Данные показатели варьируются в зависимости от района, области и города. Нормативная глубина промерзания грунтов в Москве, по мнению специалистов, составляет 1,4 метра.

Закладка фундамента

Если фундамент для одно- или двухэтажного дома требуется устанавливать на полускальной или скальной породе, то его глубина выбирается произвольно. Когда речь идет о гравелистых либо крупнообломочных грунтах, то фундамент будет закладываться минимум на 0,5 метра. Если речь идет о глинистых, пылеватых или песчаных породах, а глубина промерзания не превышает 1 метра, то минимум закладывания фундамента составляет 0,5 метра. А когда речь идет о 1,5-2,4 метра, то котлован под основание дома должен быть не меньше метра.

Часто во время строительства специалисты дополнительно устанавливают защиту основания здания от промерзания. С этой целью в грунт вокруг дома помещается теплоизоляция.

Фундамент традиционно является наиболее затратной частью бюджета строительства. Но неправильная его закладка приведет к быстрому износу и необходимости капитального ремонта. Поэтому так важно учитывать все факторы, которые могут повлиять на его износостойкость: каковы климатические условия, особенность местности, конструкция будущего здания, тип почвы и фундамента, глубина промерзания грунта. В Московской области, например, последний фактор играет важную роль. В местах со значением, равным 1 метру, фундамент закладывается минимум на 1,2-1,4 метра.

При возведении основания также нужно знать, будет ли здание использоваться и в зимний период. В холодное время года люди прогревают свой дом, а значит, фундамент в этом случае будет закладываться на 10-20 % выше расчетной глубины.

В заключение

Нормативные показатели отличаются от того, какова реальная глубина промерзания грунта в Московской области. На эту цифру оказывает влияние большое количество факторов. Время также оказывает влияние на грунт, его состав, физические и химические свойства. Изменяется со временем и глубина промерзания. Поэтому начинать строительство следует с определения всех параметров грунта и правильной закладки фундамента. Тогда он прослужит долгие годы.

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.

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.

Это один из важнейших параметров, которые необходимо учитывать при заложение фундамента. С учетом этого параметра, принимается решение о конкретной конструкции фундамента – ленточного, столбчатого, плитного, винтового и т.д.

Глубина промерзания грунта — это наибольшая величина, при которой температура почвы будет равна 0 градусам в период наиболее низких температур без снегового покрова по истории многолетних наблюдений.

Почему же так важно знать глубину промерзания

Ответ на этот вопрос следует из школьного курса физики. Всем известно, что вода при замерзании увеличивается в объеме, при этом находясь в толще грунта, она оказывает большое давление на подошву фундамента и пытается вытолкнуть его вверх.

На глубине промерзания температура земли не опускается ниже нуля градусов, следовательно вода не замерзает и не расширяется. По этой причине ленточные и столбчатые фундаменты закладывают на глубину промерзания грунта.

Как определить глубину промерзания грунта

Для частного застройщика, проще использовать старый СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика», где в приложении можно посмотреть карту глубин промерзания грунта. Часть этой карты представлена у нас на сайте чуть ниже.

Земля под фундаментами регулярно отапливаемых зданий промерзает меньше, поэтому нормативную глубину можно уменьшить на 20%. Например, расчетный уровень промерзания грунта в Екатеринбурге составляет 190 см. При условии что вы постоянно будете проживать в своем доме фундамент можно закладывать на глубину ~ 150 см.

Такой параметр как промерзания грунта особенно важен на глинах, суглинках, супесях, т.к. они наиболее подвержены силам морозного пучения.

Глубина промерзания грунта в различных городах России, см.

Если вы не нашли свой город или населенный пункт в таблице, то можно воспользоваться картой, на которой изображены примерные глубины промерзания почв.