Vliv mrazového zvedání zemin na základy budov: co to je a jak se tomu vyhnout | Rady od profíků

Když voda v mrazivých zimách zamrzne, změní se v led, jehož objem převyšuje objem, který zaujímá v kapalném stavu. V důsledku toho vznikají vícesměrná zatížení na zemi, která mají maximální hodnoty ve směrech s minimálními silami proti nim (nahoru a do stran).

Důsledkem vlivu mrazového nadzvedávání zeminy na základy staveb je vznik vztlakových sil, tečných a kolmých zatížení působících na podzemní části staveb a vedoucí k jejich deformaci (destrukci).

Pokud tyto procesy nejsou brány v úvahu ve fázi návrhu, mohou být důsledky katastrofální.

Nejvyšších hodnot dosahují v půdách, které si zadržují maximum vlhkosti a mají minimální pórovitost v celé hloubce útvaru.

Základní způsoby ochrany

Metody používané při stavebním procesu k ochraně objektu před silami mrazu berou v úvahu fyzikální vlastnosti procesu a jsou zaměřeny na možnou minimalizaci nebo úplné odstranění příčin, které jej způsobují.

Stávající možnosti ochrany lze rozdělit do tří skupin:

• Předběžný;
• Technicky proveditelné;
• Používá se při provozu zařízení.

Mezi způsoby ochrany před mrazem, patřící do první skupiny, patří povinné předběžné geotechnické průzkumy do požadované hloubky, díky nimž projektanti získají potřebné informace:

• Typ půdy v místě připravované stavby a její sklon ke zvednutí;
• hloubka mrazu;
• Hladina podzemní vody;
• Průměrné měsíční teploty;
• Tloušťka sněhové pokrývky;
• Optimální orientace objektu ke světovým stranám.

To vše nám umožňuje odpovědět na otázku, jaká je zásadní možnost výstavby navrženého zařízení na daném místě, zvolit požadovaný typ základu a optimální technologie ochrany stavby před negativním vlivem sil vznikajících mrazovým zvednutím.

Technické možnosti ochrany pilot před mrazem

Při provádění prací na půdách s vysokou pravděpodobností mrazu lze objekt ve výstavbě chránit pomocí jedné nebo více možností popsaných níže.

1. Úplná nebo částečná výměna stávající zeminy za netěžnou zeminu v místě stavebních prací.

Úplné nahrazení zeminou odolnou vůči ztížení je velmi nákladný postup a používá se velmi zřídka (pouze pokud hloubka nahrazované vrstvy nepřesahuje 2 m). Mnohem častěji je nutné po dokončení instalace základu a odstranění bednění tlumit základ od netěžných zemin a zasypat výkop vykopaný pro základ. To také pomáhá minimalizovat negativní dopady návalových sil.

V počáteční fázi základových prací, po vyhloubení příkopu do celé vypočítané hloubky, se na jeho dně vytvoří polštář, který se skládá ze směsi drceného kamene a štěrku s čistým promytým pískem. Optimální tloušťka (pro soukromý dům) je ~ 30 cm.Šířka lité vrstvy by měla být o 20-30 cm větší než uvedená velikost základu.

• rovnoměrně rozložit celkovou hmotnost konstrukce na zem;
• minimalizuje negativní dopad vertikálních vztlakových sil na podrážku způsobených mrazem.

Mělo by být zřejmé, že polštář snižuje jejich hodnotu ne proto, že je vyroben z neznečišťujících zemin. Jednoduše snižuje vrstvu posledně jmenovaného.

Příklad. Hloubka promrzání na staveništi je 1,5 m. Základ je zakopaný 1,0 m. Zbývající vrstva kypřené zeminy je 50 cm, což může vést k jejímu zvýšení na 5 cm (~ 10 %). Po vyrobení polštáře o tloušťce 30 cm zmenšíme vrstvu na 20 cm a automaticky její možné zvětšení na 2 cm.

Na jaře a na podzim se hladina podzemní vody (hloubka) zvedá. To může mít za následek, že jim bude polštář částečně nebo úplně vystaven a může se kontaminovat (zašpinit) malými částicemi obsaženými ve vodě. Migrují spolu s podzemní vodou, ucpávají dokončenou podestýlku a přivádějí ji do stavu kypření půdy. Proto po několika letech nebude schopen účinně odolávat ničivým silám vznikajícím při zvedání.

Aby k tomu nedocházelo, používá se co nejdéle speciální materiál geotextilie, která dokonale filtruje vodu a zadržuje všechny pevné suspenze.

Aby se minimalizoval vliv kolmých a tangenciálních sil na rozestavěný základ (případně na stěny suterénu) v důsledku mrazivého zdvižení, provádí se zásyp pomocí netěžkých zemin, které jsou rovněž předem chráněny geotextilií.

Taková výplň nebude přimrzat k základovým stěnám, což také snižuje sílu tangenciálního zatížení.

Dodatečným technickým řešením zaměřeným na snížení negativního vlivu kolmého a tečného zatížení (PTL) na boční stěny základu může být zvýšení jejich plynulosti.

Beton, ze kterého se základ nejčastěji staví, je velmi porézní materiál, což výrazně zvyšuje pravděpodobnost jeho promrzání s přilehlými vrstvami půdy v mrazivém období. Pro odstranění nebo minimalizaci tohoto jevu je vnější stěna základu pokryta vrstvou hydroizolačního materiálu (střešní lepenka, silná PE fólie atd.). Nejjednodušší možností je natřít povrch pomocí odpadního oleje.

2. Výroba monolitického základu s rozšířením ve spodní části konstrukce.

Dalším technologickým řešením, které chrání základ před případnou deformací silami vznikajícími mrazovým zvednutím, je použití plnohodnotné armovací klece po celé její hloubce (výšce) a délce. Tím je zajištěna tuhost a pevnost konstrukce ve všech oblastech.

Aby se zabránilo vytlačování silnými silami působícími na základnu, je základna vyrobena ve tvaru lichoběžníku (s dolním rozšířením). To znamená, že se zde tvoří platforma – kotva, která vylučuje vznik takové situace.

Tato možnost zaručuje požadovanou stabilitu základů. Lze jej však použít pouze při stavbě betonových základů.

Pokud je konstrukce vyrobena z bloků, cihel nebo přírodního kamene (což vylučuje její vnitřní vyztužení), musí být boční stěny základu zpočátku položeny pod úhlem (struktura se zužuje nahoru).

3. Prohloubení základny základu pod úroveň mrazu.

K takovému rozhodnutí dochází nejčastěji při stavbě pilotových a pilotových vrutových základů a umožňuje zcela eliminovat vliv vztlakových sil mrazového zvedání, ale výrazně zvětšuje plochu ovlivněnou PCN.

Způsoby, jak eliminovat negativní dopad posledně jmenovaného, ​​jsou diskutovány výše.

Pokud půda zamrzne do celé hloubky základu, o které se hovoří v této části, je velmi vysoká pravděpodobnost, že podpěry, které během zimy změnily svou polohu, se v teplém období nevrátí do své původní polohy. Aby se tomuto problému zabránilo, je provedeno mřížové spojení všech podpěr (pilot).

V případech, kdy mluvíme o instalaci plotových sloupků, jsou tyto sloupky dvojitě pevně svázány podél horní a spodní úrovně. To je nutné z důvodu značného zatížení pravděpodobným zvednutím (mráz), jehož hodnota může být ≤ 10 tun.

Optimálním řešením je namontovat všechny pilíře na jeden pásový monolitický základ s pečlivým vyztužením druhého.

4. Provádění odvodňovacích prací.

Čím více jsou navlhčené půdy navlhčeny, tím větší je nárůst objemu pozorovaný při zmrznutí (hustota vody je přibližně o 10 % vyšší než hustota ledu).

To automaticky zvyšuje pravděpodobnost deformací a v souladu s tím vyžaduje výrazné zvýšení požadavků na výkon prací pro zajištění bezpečnosti budovaného zařízení.

Odstranění vlhkosti pomůže snížit index zvedání, a tedy i velikost sil, které negativně ovlivňují základ. Tento postup by měl být rozdělen do složek.

V prvním případě budeme hovořit o ochraně půdy před pronikáním „nad vodu“ (atmosférické srážky, tání sněhu).

Řešením tohoto problému je vytvoření slepých ploch po celém obvodu budované budovy (beton, asfalt). Jejich šířka by měla přesahovat plochu zásypu minimálně o 200-300 mm, aby se zabránilo pronikání vlhkosti do základu.

Ve druhém, k boji proti zavlažování půdy, se provádí odvodnění základů. Tím je zajištěno snížení hladiny podzemní vody.

Klasické řešení spočívá v uložení systému drenážních (děrovaných) trubek do předem umyté a položené štěrkové vrstvy. Tento materiál částečně zadržuje půdní částice. Trubky jsou instalovány s mírnými sklony ve vypočítané hloubce, což umožňuje shromažďování vody z velké oblasti místa a směrování gravitací do speciálních studní nebo do kanalizace.

Při výběru takového řešení byste měli pochopit, že čistě štěrkový filtr nebude trvat dlouho a nezaručuje ochranu drenážních otvorů v potrubí před ucpáním malými částicemi zeminy.

Jejich čištění je velmi pracný a poměrně složitý proces, pro který jsou na místě předem instalovány speciální studny do požadované hloubky.

Pro prodloužení doby mezi plánovanými čištěními se k obalení trubek používají geotextilie. Přítomnost takového filtru vám umožní vyhnout se instalaci štěrkového filtru.

5. Uspořádání základové desky

Deskové základy se často nazývají „plovoucí“. Při pohybu zeminy se pohybuje celá deska. Proto destruktivní a deformační zatížení z mrazu neovlivňuje konstrukci postavenou na takovém základu.

Obvykle se jedná o železobetonovou monolitickou desku, mělce zakopanou nebo položenou na povrchu země (hloubka ponoru je nulová).

6. Zatížení stavěné budovy.

Jedním z řešení, jak minimalizovat nebo úplně eliminovat negativní dopad zvedání zeminy, je zvýšit hmotu budovy na hodnoty, které zatěžují základ silou převyšující vytlačovací sílu, kterou vytváří těžká zemina při zamrzání.

Proto je mnohem výhodnější stavět těžké budovy na takových půdách.

7. Izolace pilotového základu z vnější strany na zdvižných zeminách

V regionech s kladnými průměrnými ročními teplotami je přípustné použít takovou možnost, jako je izolace půdy. Použití izolace položené v zemi výrazně snižuje úroveň zamrzání. A v některých případech to úplně vylučuje.

Podstata metody. Po celém obvodu rozestavěného objektu se zemina odtěžuje ve vzdálenosti rovné zámrzné hloubce na staveništi. Hloubka se volí tak, aby položená izolace mohla být nahoře pokryta vrstvou neznečišťující zeminy o tloušťce ≥ 200 mm. A pod ním vytvořte pískový polštář alespoň 100 mm.

Tloušťka materiálu se volí s ohledem na klimatické podmínky a jeho tepelně izolační vlastnosti. Nejčastěji se k řešení problému používá pěnový plast, expandovaná hlína nebo struska.

Optimálním izolačním materiálem je extrudovaná polystyrenová pěna. Při hustotě vybrané značky 35 kg/m³ je její součinitel tepelné vodivosti 0,32 W/m°C. Při 50 kg/m³, respektive 0,36 W/m°C.

Tento materiál se vyznačuje zvýšenou pevností vůči tlakovému zatížení (doporučeno pro použití při stavbě silnic).

Použití izolace umožňuje stavět budovy na mělkých (do 500 mm) základech.

Zpravidla se na izolaci instaluje slepá oblast ≥ 100 mm.

Metody implementované za provozu

Celoroční vytápění objektu

Průměrné teploty půdy pod vytápěnou budovou jsou o ~20 % vyšší než teploty zaznamenané pod nevytápěnou budovou, což přispívá k výraznému snížení indexu zvedání.

Jako doplňkovou metodu lze použít kypření půdy do hloubky nad 350 mm a následné zavlékání do hloubky 150 mm. Tepelně izolační vlastnosti takové zeminy se zvyšují. Sněhová pokrývka může být brána v úvahu jako další vrstva izolace.

Udržování základny v trvale zmrazeném stavu

Při výstavbě v zóně permafrostu se přijímají opatření, aby půda zůstala zmrzlá po celou dobu provozu. Za tímto účelem se stavba provádí na pilotových základech.

Stále máte otázky? <br />Můžeme ti pomoct

Získejte pro vás to nejlepší řešení
úkol, kalkulace nákladů a termíny
funguje zcela zdarma.