Неглибокі морозостійкі фундаменти

Захист будівельних конструкцій від промерзання грунту

В зонах холодного клімату ѓрунт при  промерзанні здимається, що становить потенційну небезпеку для будівель, доріг, естакад, мостів, дамб і т.п. Зазначимо, що в Україні максимальна глибина промерзання ѓрунту для всіх кліматичних зон не перевищує1 м. У зимовий період вона залежить від його вологості, теплопровідності, теплоємності, снігового і листяного покриву та температури повітря. Для прогнозу цих явищ розроблені методики розрахунку, які ґрунтуються на індексах охолодження повітря при ѓрунті. Згадаймо Фінляндію (довгі зими з низькими температурами), де глибина промерзання ѓрунту сягає180 см.

Залежно від кліматичних умов місцевості вплив холодного повітря на ѓрунт може оцінюватися по різному. Є принаймні три способи визначення індексів охолодження повітря  – американський (США), фінський і норвезький. Найбільш  розповсюдженим є американський спосіб, коли для N холодних діб будують так звану кумулятивну криву (рис. 1). По горизонтальній осі відкладають кількості холодних днів (тижнів)  опалювального сезону, а по вертикальній – суми усереднених добових (тижневих) температур. Тобто першій добі відповідає   значення усередненої температури цієї ж доби, другій – сума двох усереднених температур першої та другої діб, третій добі – сума трьох усереднених температур і т.д. Іншими словами, кумулятивну криву будують на основі виразу

 

Sj = Σ Ti, i=1,2,….j, j=1,2,…N, де Ті=(Tmaxi – Tmini)/2.

 

Така кумулятивна крива зазвичай має максимум і мінімум. Досягнення максимуму означає настання холодів (у всі подальші дні повітря охолоджується аж до досягнення  мінімуму). Але перехід через мінімум означає поступове нагрівання повітря. Зрозуміло, що інтерес становить лише проміжок між максимумом і мінімумом, на якому повітря інтенсивно охолоджує ѓрунт.  Отже, отримані значення градусо–діб (Smax – Smin) визначають  глибину промерзання ѓрунту.На рис.1 зображена кумулятивна крива, побудована згідно з температурними даними за 20 тижнів холодної пори року (рис. 2). Тижневі дані дають змогу більш наглядно демонструвати динаміку температурних процесів. Зазначимо, що різниця  (Smax – Smin) складає приблизно 400 градусо–діб.  

Рис. 1. Кумулятивна крива за 20 тижнів  холодної пори року

Рис.2. Температура повітря (20 тижнів холодної пори року)

На рис. 3 зображена залежність глибини промерзання ѓрунту від кількості градусо–діб зимового періоду. У даному випадку під градусо–добою розуміємо усереднене значення  добової температури.

При 400 градусо–добах глибина промерзання ѓрунту становить приблизно70 см.

Рис. 3. Залежність глибини промерзання ѓрунту від градусодіб.   

Норвезький спосіб значно простіший від американського. Упродовж холодного періоду   використовуються всі усереднені добові температури, значення яких менші за нуль:

 

AFI=ΣTi, при Ti=(Tmaxi – Tmini)/2 ≤0, i=1,2,…N, де N – кількість днів холодного періоду.

 

Третім за значимістю є фінський метод. Він заснований на використанні середньомісячних температур. При цьому всі від’ємні температури місяця множаться на кількість днів місяця, коли добові температури є нижчими від нуля.

 

Вважається, що метод, розроблений у США, є найбільш дієвим і вживаним. Тепер поглянемо на проблему промерзання ѓрунту з іншого боку. Чи не можна було б застосувати такі конструкції фундаментів, при яких би зменшувалися глибина промерзання ѓрунту навколо периметра і тепловтрати будинку? Шістдесят років тому скандинавські дослідники отримали ствердну відповідь на ці запитання. Ними були впроваджені та запропоновані конструкції неглибоких морозостійких утеплених фундаментів, що стали альтернативою звичайним «повноцінним». З часом практика такого будівництва поширилася на США, Європу і Росію, а у скандинавських країнах кількість споруджених будинків з неглибокими фундаментами вже давно перевищила мільйон.  У зонах дуже холодного клімату це хороша альтернатива «повноцінним» фундаментам, які є глибшими і дорожчими. Використання неглибоких фундаментів на наших широтах є привабливим не стільки з погляду зору зменшення інвестицій, скільки зменшення тепловтрат. Методи проектування неглибоких морозостійких фундаментів (НМФ) для опалюваних будинків включені у міжнародний житловий кодекс (International Residental Code – IRC). Слід додати, що НМФ можна застосувати також для неопалюваних і частково опалюваних будинків. Від звичайного фундаменту НМФ відрізняється лише наявністю вертикальної та горизонтальної ізоляційних плит (рис. 5) і зменшеною глибиною. Вертикальна ізоляційна плита надійно ізолює краї фундаментної плити від надмірних тепловтрат. Горизонтальна ізоляція накопичує геотермальне тепло і теплові надходження знизу фундаментної плити. Під дією цього тепла лінія промерзання ѓрунту підіймається догори та усувається небезпека його здимання навіть при глибинах фундаменту до50 см(на широті України). Тому фахівці не радять надмірно утеплювати низ фундаментної плити.  Оскільки тепло при кутах будинку «тікає» інтенсивніше, то особливу увагу слід звернути на розміри кутових горизонтальних ізоляційних плит.

 

Для кліматичних зон Фінляндії глибина фундаменту може бути зменшена від 180 до100 см, а України – від 100 до50 см.  Крім того, НМФ можна застосовувати при високих рівнях ґрунтових вод. НМФ найдоцільніше використовувати на ділянках із мінімальними нахилами, коли фундаментну плиту встановлюють на рівні землі. Але не виключається використання НМФ і при нахилених ділянках, тобто при утворенні цокольного поверху на частині фундаменту. Тоді ізоляцію встановлюють з боку цокольного поверху.

Технологію спорудження НМФ також застосовна для гаражів, будинків сільсько- господарського призначення, дамб, доріг, підземних і залізничних споруд та гребель.

Юрій Дудикевич

Роман Сидорович

 

 

 

 

One thought on “Неглибокі морозостійкі фундаменти

  1. hi!,I like your writing very much! proportion we communicate extra approximately your article on AOL? I need a specialist in this area to solve my problem. May be that’s you! Taking a look ahead to look you.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*


7 + five =

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>