9. Морозное пучение (морозоопасность) грунтов. Общие положения.

С наступлением отрицательной температуры воздуха каждый из элементарных слоев грунта находится последова­тельно в одной из следующих стадий.

Первая стадия (подготовительная) — охлаждение грунта до температуры, при кото­рой лед в нем еще не образуется.

Вторая стадия (основная) — охлаждение грунта в пределах интенсивных фазовых пе­реходов, когда происходит объемное увеличение воды при замерза­нии и перераспределение влаги (миграция). Эта стадия сопровождается морозным пучением грунта .

Третья стадия (переохлаждение) — уменьшение грунта в объеме (усадка на морозе) при дальнейшем понижении температуры.

П ереход из одной стадии замерзания в другую происходит плавно. Каждой стадии охлаждения соответствуют вполне определенные физические процессы и связанные с ними изменения состояния и свойств грунта. Главную роль при этом играют про­цессы перемещения (миграции) и кристаллизации (замерзания) воды.

Одним из наиболее важных процессов, происходящих при промерзании грунта, тре­бующих учета в проекте оснований и фундаментов, является увеличение его объема и последующая осадка-просадка при оттаивании, которые являются самой распространенной причиной де­формаций различных зданий и сооружений (особенно малонагруженных) при произ­водстве работ в зимнее время.

Морозное пучение грунта — это результат объемного расширения воды (примерно на 9%), находящейся в нем до промерзания и дополнительно мигрирующей к границе промерзания в процессе перехода воды из жидкого состояния в твердое (лед).

При замерзании даже всей поровой воды в грунте увеличение его объема не превы­шает 3...4% (закрытая система). В то же время в натуре объем грунта при его промер­зании увеличивается на 10—50 и даже 100%. Рост объема грунта при промерзании (пучении) сопровождается резким увеличением влажности грунта с образованием в нем льда в виде линз и прослоек. Пучение грунта развивается вследс­твие притока (миграции) воды к фронту промерзания из нижележащих слоев (откры­тая система).

В природных условиях, и особенно в процессе строительства, вследствие неоднород­ности состава грунтов, распределения влаги, плотности, условий промерзания и ряда других факторов морозное пучение всегда бывает неравномерным, а поэтому опасным для сооружения, так как при этом возникают и неравномерные силы мороз­ного пучения.

11. Оценка пучинистости (морозоопасности) грунтов.

Существуют три уровня оценки степени пучинистости грунтов ε_fn:

I уровень — оценка по гранулометрическому составу, позволяющая выделить лишь грунт пучинистый или непучинистый (грубая оценка).

II уровень — оценка по нескольким показателям (средней точности): грануломет­рическому составу, показателям пластичности (W_p, W_l, J_l), высоте капиллярного подъема (Н_кап) и т. п. (по эмпирическим зависимостям).

III уровень — оценка по результатам лабораторных или полевых исследований (точная оценка).

При оценке пучинистости грунта при проектировании используют обычно I или II уровни.

Согласно нормам проектирования в зависимости от вида грунта пучинистость круп­нообломочных и песчаных грунтов оценивается по показателю дисперсности D, гли­нистых грунтов — по параметру Rf .

Оценка пучинистости: 1) по показателю дисперсности D (Дисперсность Грунтов - степень раздробленности грунтов. Характеристикой степени дисперсности грунтов является его удельная поверхность): Крупнообломочные грунты и пески, содержащие пылевато-глинистые фракции, супеси с Ip≤2. Если 1≤D≤5 – слабопучинистые, D>5 – среднепучинистые.

2) по параметру Rf: Глинистые грунты (супеси с Ip>2, суглинки, глины). (ε_fn – степень морозного пучения грунта) Если 0,01<ε_fn - практически непучинистые; 0,01<ε_fn≤0,035 – слабопучинистые; 0,03<ε_fn≤0,07 – среднепучинистые; 0,07<ε_fn≤0,12 – сильнопучинистые; ε_fn>0,12 - чрезмернопучинистые.