Mrazové nadzvedávání půdy nastává v důsledku zamrzání vody v zemi, přičemž se zvětšuje objem půdy a stoupá hladina půdy. Zmrzlá zemina vyvíjí tlak na všechny struktury, které jsou v zemi nebo na jejím povrchu, deformuje je a posouvá. Jedná se o velmi nebezpečný jev pro domy a další budovy. V důsledku nabobtnání půdy se posouvají základy, přístavby, verandy, zvedají se příjezdové cesty, často se objevují praskliny ve zdech, vychýlené tkalcovské stavy a dochází i k destrukci domů.

Jaké půdy se vzdouvají

Všechny půdy, které obsahují jíl, a tedy s ním spojená voda, jsou více či méně schopné bobtnat, když zmrznou. Jsou to jíly, hlíny, písčité hlíny, jemné písky, prachovité písky a jiné písky, pokud obsahují částice prachového jílu.

Nekypřené půdy zahrnují hrubé a střední písky, ve kterých nejsou žádné pracho-jílové částice.

Jak těžká půda ovlivňuje základy a konstrukce?

Diagram vlivu zeminy na základ

Zvyšující se objem zeminy vytváří rázové síly na všechny stavební konstrukce. Tyto síly se dělí na:
normální – působí zdola nahoru na základnu nadace, zvedá ji;
tečny – třecí síly působící na svislé stěny konstrukce při pohybu zeminy nahoru nebo dolů;
kolmé – síly působící ve vodorovné rovině při roztahování zeminy a tlaku na základové zdi (půda pod domem nepromrzá, takže zevnitř neklade odpor vůči stlačení).

Co určuje intenzitu otoku

Dům rozbitý zvedáním půdy

Nárazy mohou mít různou intenzitu na různých místech povrchu, i když jsou velmi blízko. To dále zvyšuje nebezpečí jevu, protože na základ působí síly různé velikosti a směru.

Intenzita vzdouvání závisí především na stupni vlhkosti půdy a objemu zamrzající vody. Pokud je půda kolem domu v bezprostřední blízkosti základů silně navlhčena, například při odvodnění ze střechy, pak se nebezpečí zvyšuje. Často se stává, že se voda hromadí na podzim v oblasti nadace, po které následují mrazy .

Schopnost půdy akumulovat vodu přímo závisí na jejím složení. Čím více plastické hlíny je, tím vlhčí mohou být půdy. V Rusku tvoří až 75 % oblastí vhodných pro rozvoj těžká půda. Téměř všechny staré domy a další budovy, verandy, cesty potřebují v zimě ochranu před pohybem půdy.

Jaká je hlavní metoda řešení tohoto jevu

Dříve byly činěny pokusy vypořádat se s následky vzdutí půdy. Kolem konstrukcí zahloubených do půdy byly v podstatě uspořádány pískové polštáře o tloušťce 20–50 cm. Aby se písek nezanášel jílovými částicemi, byl chráněn od země skleněnými vlákny. Tyto akce však stále nebyly spolehlivé a na dlouhou dobu ztrácely účinnost.

Uspořádání izolace a slepých ploch kolem domu

Nyní je hlavní metodou boje proti mrazovému nadzvedávání půdy odstranění příčiny jevu, konkrétně zamrznutí půdy v blízkosti konstrukce. Nyní to není obtížné, protože se objevily nové izolační materiály, které jsou velmi odolné a neakumulují vodu, tj. které lze použít přímo v zemi. Jedná se o různé značky extrudované polystyrenové pěny. Součinitel tepelné vodivosti materiálu je 0,32 W/mºC (hustota 35 kg/mºC) a 0,36 W/mºC (hustota 50 kg/mºC, zejména pevnost v tlaku, používaná pod komunikacemi).

Kolem budovy je do země položen pás izolace, který zpomaluje ochlazování země mrazivým vzduchem, takže zem nezamrzá vlivem tepla země.

Při uspořádání tepelné izolace kolem budovy, přímo v blízkosti základů, vyvstávají dvě otázky:
– jakou tloušťku extrudované polystyrenové pěny použít;
– jak široký má být pás tepelné izolace?

READ
Co je to stoupačka teplé vody?

Doporučení odborníků na základě tepelně technických výpočtů nám říkají, že tloušťka extrudované polystyrenové pěny pro izolaci půdy v blízkosti domu v soukromé výstavbě by měla být alespoň 50 mm. Nad izolační vrstvou by přitom měla být zmrzlá zemina o tloušťce minimálně 200 mm.

Šířka izolačního pásu přímo sousedícího s budovou musí být minimálně hloubka promrzání zeminy v dané oblasti, v žádném případě však ne menší než 1,0 metru. Tato šířka výrazně sníží vliv tangenciálních, normálních a kolmých sil mrazového zvednutí na základy.

Jak provést izolaci půdy v blízkosti základů

Jak odolat diagramu nadzvedávání půdy

Kolem domu se udělá příkop požadované šířky, do hloubky cca 0,6 metru. Dno výkopu se vyrovná pískem o tloušťce 10–20 cm, který se zhutní vodou. Tato písková podestýlka také tvoří spád od domu minimálně 2% pro odvod vody (pěnový polystyren nepropouští vodu, je položen „zuba na zub“). Izolační desky se pokládají těsně k podkladové izolaci, nebo se do izolační vrstvy základu zhotoví vložka. Izolace je pokryta pískovým polštářem s vrstvou 20 cm nebo více, nahoře je položena dlažba o tloušťce 10 cm nebo více.Podobné schéma umožňuje vytvořit izolovanou slepou oblast kolem domu.

Ochrana proti mrazu přistavěných konstrukcí k domu

V blízkosti domu mohou být umístěny různé připojené konstrukce, například veranda se žebříkem, balkonové podpěry, lehká terasa atd. Při mrazivých vlnách se mohou pohybovat, deformovat, což způsobuje spoustu problémů. Také příjezdová cesta ke garážovým vratům může být vážně ovlivněna vzlínáním zeminy, garážová vrata nelze otevřít.

Ochrana proti mrazu se provádí následovně. Výkop se provádí do hloubky až 600 mm pod základnu konstrukce a šířky větší než konstrukce o hodnotu ne menší než je hloubka mrazu v každém směru, ale ne menší než 1 metr. Pískové a štěrkové podloží se vyrábí se sklonem k vodnímu toku (v případě potřeby) o tloušťce 300 mm a více. Podestýlka se zhutňuje zálivkou. Poté se položí izolace o tloušťce 50 mm, na kterou se vytvoří pískový polštář o tloušťce 200 mm. Na tento polštář se nalije základ pod lehkou konstrukci nebo pod lehkou konstrukci nebo příjezdovou komunikaci.

Jak vidíte, princip boje proti mrazivému zvedání půdy v každém případě zůstává stejný – používá se poměrně široký pás izolace, který zabraňuje mrazivému vzduchu ovlivňovat půdu a ohřívá se přirozeným teplem země . Podle stejného schématu je možné izolovat potrubí vedoucí do domu umístěním izolační vrstvy do výkopu o šířce do hloubky mrazu. V tomto případě je žádoucí provést široký příkop, tzn. umístěte list co nejhlouběji. Sníží se tak dopad mrazu na potrubí u vstupu do domu, kde většinou nebývají hluboké.

Porovnání metod výpočtu základů pro mrazové zvedání

Porovnání metod výpočtu základů pro mrazové zvedání

Porovnání různých metod výpočtu zdvihu

obsah

1. Dva typy nárazů – tangenciální a čelní síly mrazového zvedání

Navzdory zjevné jednoduchosti výpočtu účinků mrazu existuje při jeho provádění mnoho nuancí a kontroverzních problémů. V tomto článku jsem se pokusil uspořádat všechny dosavadní znalosti na toto téma.

V závislosti na poloze základny základu vzhledem k maximální vypočítané hloubce zamrznutí půdy působí na základ následující těžné síly:

1. Tangenciální síly mrazového zdvihu – působí na boční plochy základu, pokud je jeho základna položena pod hloubkou mrazu.

READ
K čemu slouží držák elektrody?

Diagram vlivu tečných sil mrazového zvednutí na základ kotvícího typu

2. Čelní a tangenciální síly mrazového zvednutí – ovlivňují základ, pokud je jeho základna položena nad hloubkou mrazu.

Schéma působení čelních a tangenciálních sil mrazového zvedání na základ

Podle poznámky k odstavci 6.8.10 SP 22.13330.2016 lze použít mělké základy pro výstavbu budov se sníženou odpovědností a nízkopodlažních budov se standardní hloubkou mrazu ne větší než 1,7 m. A například Průvodce, odstavec 4.22, uvádí, že hloubka zamrznutí pod základnou mělkého základu by měla být ne více než 1,0 metrua pod podrážkou pohřbeného o 0,5 nebo více – ne více než 0,5 m.

Pokud základ není vůbec zakopaný v zemi (povrchový základ) nebo je zakopaný do malé hloubky a zásypová zemina je nahrazena nevznášející, budou na něj působit pouze čelní zvedací síly:

Schéma vlivu čelních sil mrazového zvednutí

2. Základní metody výpočtů pro mrazové zvedání

Vzorce a pokyny pro výpočty pro mráz jsou uvedeny v mnoha zdrojích – regulační dokumenty, SNiP, SP, manuály a manuály. Tento článek poskytuje odkazy na některé z nich:

  • [1] „Doporučení pro snížení tangenciálních sil mrazového zvedání základů pomocí plastických maziv a silikonových emailů“ NIIOSP im. N.M. Gersevanova 1980
  • [2] Zpráva „Hlavní výsledky studie vlivu antikorozních nátěrů na únosnost pilotových základů ve zmrzlých půdách“ od JSC „Fundamentproekt“;
  • [3]série 1.411.3-11cm.13 Kovový trubkový vlas „SMOT“ (s povlakem „Reline“).
  • [4] „Směrnice pro navrhování základů a základů na těžkých půdách“ 1979;
  • [5]TSN MF-97 MO „Návrh, výpočet a instalace mělkých základů nízkopodlažních obytných budov v Moskevské oblasti“;
  • [6] „Směrnice pro navrhování podpěr a základů elektrických přenosových vedení a rozváděčů rozvoden s napětím nad 1 kV“;
  • [7] „Příručka pro navrhování základů budov a konstrukcí podle SNiP 2.02.01-83“;
  • [8]SP 22.13330.2016 “Základy budov a staveb”
  • [9]SP 25.13330.2012 „Základy a základy na permafrostových půdách“

Výpočty dopadů frontální síly mrazivého zvedání se ve většině zdrojů provádějí podle vzorce (vzorec z bodu 6.2 [4]):

  • n1 – faktor přetížení rovný 0,9;
  • n – faktor přetížení 1,1;
  • N n – standardní zatížení základu v úrovni paty základu;
  • Fф – plocha základové základny, cm2;
  • h1 – hloubka zamrznutí půdy, počítáno od základny, cm;
  • σ n – standardní hodnota normálního tlaku mrazu vytvořeného jedním centimetrem zmrzlé vrstvy půdy kgf/cm3 (podle tabulky 2 [4]).

Jak je vidět ze vzorce a tabulky, k vyrovnání čelních sil zvedání je nutné na každý 1 m1. na metr plochy základny základu aplikujte lisovací zatížení 6 až 10 tun s 1,5 cm tloušťkou mrazicí vrstvy pod základnu. Je také zřejmé, že čelní zvednutí prudce narůstá s nárůstem tloušťky vrstvy mrazivé půdy pod základnou základu a zmenšením rozměrů základny základu. Pokud je například tloušťka zamrzající půdy pod základnou základu tloušťka 15 m, vypočítá se čelní zvedací síla od 90 do XNUMX tun na metr čtvereční. metr základové základny.

Například při hloubce mrazu 1,0 m pod základnou základu a rozměrech základny 1,0 x 1,0 metru ve středně zvednutých půdách, aby se vyrovnaly čelní síly mrazového zvednutí, tlakové zatížení 22 tun ( včetně hmoty základu) musí být aplikován na základ a ve vysoce těžkých půdách – 33 tun.

Zpravidla platí, že pokud v soukromé výstavbě nebyly základy položeny pod hloubkou mrazu, jedná se o mělké základy s nízkým zatížením a budou docházet k deformacím zvedání (zvedání, zkosení). V tomto případě je nutné provést výpočty pro vzestup a relativní vztlakovou deformaci (deformaci) základny pod základem podle metody [5]. Výpočty zdvihových deformací dle [5] jsou poměrně složité, protože berou v úvahu rychlost zamrzání půdy, její návrhovou teplotu atd. Maximální návrhové hodnoty deformací by neměly překročit maximální přípustné hodnoty uvedené v tabulce. 3.1 [5], jakož i v souladu s pokyny bodu 6.8.11 SP 22.13330.2016 [8] dle tabulky v příloze D (a pozn. 6 k tabulce) analogicky s bobtnajícími zeminami (průměrný přípustný vzestup 25 % a relativní rozdíl v sedání 50 % odpovídajících mezních deformací).

READ
Co je to APV drát?

Pro výpočet mrazu je nutné nejprve určit odhadovanou hloubku promrznutí půdy.

Hloubka zamrznutí půdy se určuje v souladu s požadavky regulačních dokumentů platných v současné době v Ruské federaci na základě klimatických údajů chladného období (informace by měly být převzaty z technických průzkumů, vyžádány na nejbližších meteorologických stanicích nebo převzaty podle tabulek SP 131.13330.2012 „Stavební klimatologie“). Vzorce a pokyny pro stanovení standardní a vypočtené hloubky zamrznutí půdy jsou diskutovány v tomto článku.

Výpočty pro mrazové zvedání se nacházejí ve velkém množství regulačních dokumentů, učebnic, příruček a další literatury. Tento článek se bude zabývat 4 hlavními výpočty z různých zdrojů:

  • dle metodiky SP 22.13330.2016 „Základy budov a staveb“;
  • podle metody SP 25.13330.2012 „Základy a základy na permafrostových půdách“ – ve vztahu k rozmrzlým půdám;
  • podle metodiky „Směrnice pro navrhování základů a základů na zdvižných zeminách z roku 1979“ (obdoba, až na pár odlišností, výpočtu z „Směrnice pro navrhování podpěr a základů vedení elektrického vedení). a rozvaděče rozvoden s napětím nad 1 kV”);
  • Podle metodiky „Příručka pro navrhování základů budov a konstrukcí podle SNiP 2.02.01-83“;

První 2 dokumenty jsou aktuální normy zařazené do seznamu povinných regulačních dokumentů v oblasti stavebnictví.

Existují také další zdroje, které zde nejsou diskutovány, například: „Doporučení pro zlepšení konstrukcí a konstrukčních norem pro umělé stavby postavené na zvednutých půdách, s přihlédnutím k přírodním podmínkám BAM“, Moskva 1981.

Na závěr bude uvedena srovnávací tabulka výpočtů zvedání provedených pro stejné základy, ale s použitím různých metod. Základy jsou uvažovány 2 typy – pilíře s rovnými bočními hranami a sloupové základy s rozšířením ve spodní části – s rozvinutým základem (kotevní základy), celkem 4 standardní velikosti základů.

3. Výpočet zdvihu podle metody SP 22.13330.2016 „Základy budov a staveb“

Tento regulační dokument je ke stažení v sekci PŘEDPISY nebo přímo z tohoto odkazu. Jedná se o hlavní standard v oblasti navrhování základů (kromě oblastí permafrostu), aktuálně platný (březen 2019).

Výpočty pro zvedání jsou uvedeny v části 6.8 SP 22.13330.2016, základní vzorec pro výpočet tangenciálních těžných sil (f. 6.35):

  • — koeficient provozních podmínek, který se rovná 1,0;
  • — faktor spolehlivosti se rovná 1,1;
  • τfh — specifická tangenciální síla zvedání („zmrazovací síla“ zeminy na kontaktním povrchu zeminy a základu). Přijato podle experimentálních dat nebo podle tabulky 6.12;
  • Afh — smyková plocha na zmrzlých půdách (plocha mrazivého povrchu půdy-základ);
  • F je vypočtené konstantní zatížení působící na základ;
  • Frf – vypočtená hodnota síly, která brání vybočení základu v důsledku tření jeho bočního povrchu o rozmrzlou půdu ležící pod vypočítanou hloubkou zamrznutí.

Pro základy se svislými okraji:

  • Af — smyková plocha rozmrzlých půd (povrchová plocha kontaktu rozmrzlé půdy a základu je pod vypočítanou hloubkou zamrznutí);
  • Rf – vypočtená odolnost rozmrzlých zemin vůči smyku podél bočního povrchu základu.
READ
Jak vybrat postřikovače pro postřikovač?

Bohužel tento společný podnik mlčel o tom, jak se vypočítá přídržná síla pro základy, které mají nesvislé okraje nebo které mají rozvinutou základnu. Tyto informace je nutné získat z jiných zdrojů.

4. Výpočet zdvihu metodou SP 25.13330.2012 „Základy a základy na permafrostových půdách“

Tento dokument je ke stažení v sekci PŘEDPISY nebo přímo z tohoto odkazu.

Výpočty pro zvedání jsou uvedeny v části 7.4 SP 25.13330.2012. Základní výpočetní vzorec je přesně stejný jako v SP 22. Existují však značné rozdíly v definici složek tohoto vzorce:

  • Frf — u základů s kotevní deskou se vypočítává nikoli skutečnou kontaktní plochou zeminy a základu, ale podmíněnou plochou po obvodu kotevní desky (smyková plocha se rovná obvodu kotevní desky vynásobené tl. rozmrzlé vrstvy půdy v základu);
  • τfh – měrná tangenciální tažná síla, měřená podle tabulky 7.8 a výrazně větší než podobný ukazatel v SP 22.13330.

Výpočet podle „Doporučení pro snížení tangenciálních sil mrazového zvedání základů pomocí plastických maziv a silikonových emailů“ [1] zcela obdobné výpočtům metodou SP 25.13330.2012, včetně hodnot tangenciálních tažných sil.

5. Výpočet pro zvedání podle „Příručky pro navrhování základů a základů budov a konstrukcí podle SNiP 2.02.01-83“

Tento návod je ke stažení v sekci STANDARDY nebo přímo z tohoto odkazu. Výpočty se provádějí podle článků 2.148…2.154 příručky.

Výpočet podle „Příručky pro navrhování základů budov a konstrukcí podle SNiP 2.02.01-83“ [7] z hlediska základů bez kotevní desky je zcela obdobný výpočtu dle SP 22.13330.2016 (včetně koeficientů pro drsnost povrchu). Ale pro základy s kotevní deskou se zásadně liší od všech ostatních metod výpočtu:

— do specifické tečné síly zvedání je zaveden komplexní redukční faktor (bod 2.154 Příručky k SNiP 2.02.01-83), v závislosti na parametrech kotevní desky. Koeficient je převzat z tabulek a má zjevně nějaký empirický původ;

— tření na boční ploše pro základy kotev se považuje za oblast po obvodu kotevní desky, a nikoli za skutečnou plochu boční plochy (analogicky s SP 25.13330.2012).

6. Výpočet zvedání metodou „Průvodce návrhem základů a základů na těžených půdách, 1979“

Tento návod je ke stažení v sekci PŘEDPISY nebo přímo z tohoto odkazu.

Výpočty vlivu tangenciálních sil při mrazu se provádějí podle odstavců 4.18-4.21 tohoto návodu.

Výpočet podle metodiky „Směrnice pro navrhování základů a základů na zdvižených zeminách, 1979“ [4] velmi podobný výpočtu podle „Směrnice pro navrhování podpěr a základů elektrických přenosových vedení a rozvoden rozvoden s napětím nad 1 kV“ [6]ale v [6] τfh — specifická tangenciální síla zvedání se násobí koeficienty v závislosti na hloubce zamrznutí a v [4] bere se v úvahu pevná hodnota tohoto parametru. Tento výpočet se zásadně liší od ostatních v tom, že:

— zatížení, které tlačí základ, se také sníží o 0,9 jako přídržná síla a síla ve vyboulení se zvýší o faktor zatížení 1,1;

— specifické tangenciální těžné síly se předpokládají 100, 80 a 60 Tf/m2 pro silně, mírně a mírně zvedající se zeminy;

— hloubka, ve které se bere v úvahu zamrznutí základu se zeminou omezena na 2,0 m;

— u základů kotev (s rozšířením dole) se místo tření podél bočního povrchu vypočítá přídržná síla jako dvojnásobek hmotnosti zeminy nad přesahy podešve.

READ
Co přitahuje safír?

7. Porovnání výsledků výpočtů pro zvedání uvažovanými metodami

Pro srovnání výpočtových metod byly provedeny výpočty pro čtyři různé základy dvou typů v různých půdních podmínkách. Typy základů:

Tabulka 2. Typy základů akceptované pro výpočty

Číslo typu nadace I II III IV
typ nadace Kotva Kotva Přímý příspěvek Přímý příspěvek
Velikost průřezu sloupové části, m 0,8 × 0,8 0,8 × 0,8 0,8 × 0,8 0,8 × 0,8
Velikost podešve (deskové části) v půdorysu, m 2,4 × 2,4 2,4 × 2,4
Tloušťka podešve (deskové části), m 0.5 0.5
Hloubka založení, m 3 3.3 4 5
Standardní hloubka mrazu 2 2.2 1.5 1.5

Ve všech výpočtech se uvažují nevytápěné budovy (stavby), bez nátěru proti vztlaku a bez sklonu bočních líců základu, povrch betonu je hladký, základová půda je jílovitá s indexem tekutosti 0,3 ( nebo jemný písek). Vypočtené konstantní zatížení základu se předpokládá na 8 tun síly a je ve všech výpočtech stejné.

Výsledky výpočtu jsou shrnuty v tabulce:

Tabulka 3. Výsledky srovnání výpočtových metod

Číslo typu nadace I II III IV
Přídržná síla podle metody [8], Tc 51.42 54.76 33.47 48.51
Vyboulení podle metody [8], Tg 53.5 55.45 45.94 45.94
Přídržná síla podle metody [9], Tc 56.66 61.4 33.47 48.51
Vyboulení podle metody [9], Tg 60.54 63.19 49.37 49.37
Přídržná síla podle metody [4], Tc 54.14 59 33.26 48.17
Vyboulení podle metody [4], Tg 56.32 56.32 46.46 46.46
Přídržná síla podle metody [7], Tc 58.75 63.7 35.52 45.94
Vyboulení podle metody [7], Tg 39.36 48.35 45.94 51.92

(Pokud je přídržná síla větší než vzpěrná síla, je zajištěna stabilita základu proti účinkům mrazu a naopak)

Tabulka ukazuje, že nejpřísnější požadavky na návrh základů jsou kladeny výpočty metodou SP 25.13330.2016 „Základy a základy na permafrostových půdách“ [9].

Přitom výpočty pro rovné pilíře bez kotevní desky dávají velmi podobné výsledky, ale pro základy s kotevní deskou (podešví) jsou výsledky výpočtu výrazně odlišné. Zvláště pozoruhodný je výpočet podle „Příručky pro navrhování základů a základů budov a konstrukcí podle SNiP 2.02.01-83“ [7] – ukazuje pro základy kotev nejnižší vzpěrnou sílu a nejvyšší přídržnou sílu.

Je také zřejmé, že u pilíře bez kotevní desky i velká hloubka ponoru jen stěží zajistí stabilitu proti působení tangenciálních sil.

8. Závěr

Výpočtová metoda podle „Směrnice pro navrhování základů a základů na těžce z roku 1979“ dává vcelku adekvátní výsledky i přes podivné omezení zámrzné hloubky 2,0 metry.

Ale metodika „Příručka pro navrhování základen a základů budov a konstrukcí podle SNiP 2.02.01-83“, stejně jako mnoho výpočtů z tohoto zdroje, vyvolává pochybnosti, protože při určitých poměrech návrhových parametrů vytváří záporné mrazové vztlakové síly pro základy kotev (vztlak je vtlačí), což je teoreticky možné, ale vypadá to velmi podivně a nelogicky.

Při kritických výpočtech pro mrazové zvedání doporučuji postupovat podle metody SP 22.13330.2016, nebo SP 25.13330.2012, pokud je nutné získat nejspolehlivější výsledek. Tyto dokumenty jsou aktuálními normami a výsledky výpočtů na jejich základě uznávají všechny kontrolní orgány včetně státu. Odbornost Ruské federace.