WarmFires.ru

При постройке автомобильных и железных дорог даже в крайне заболоченных местностях никто никакие глубоко-заглубленные фундаменты не воздвигает. Если грунт держит человека (при давлении на грунт 0,1 кг/см2), то грунт выдержит и десятитонный автомобиль (или, к примеру, баню), если только автомобиль стоит на прочной бетонной плите площадью 10 м2, равномерно распределяющей вес автомобиля на грунт так, чтобы давление на грунт составляло те же 0,1 кг/см2. Если бы плиты не было, то шины автомобиля действовали бы на грунт с давлением 10-20 кг/см2. Высоковлажная глина, к примеру, такое давление не выдержит (потечет с просадкой автомобиля в грунт). Сухая же глина выдержит.

Зимний глинистый грунт, насыщенный водой, под плитой пучится (расширяется). Плита приподнимается вверх (плавает) и, что более неприятно, приподнимается неравномерно, вследствие чего может разломиться под собственным весом и весом автомобиля (рис. 4). Поэтому бетонную плиту следует усиливать (увеличением толщины, армированием, повышением прочности бетона), а саму плиту помещать на подсыпку из непучинистого материала, выполняющего роль как утеплителя грунтов, так и распределителя веса дороги и автомобилей на как можно большую площадь.

Рис. 4. Коробление (с возможным разломом) бетонной фундаментной плиты (1), уложенной на пучинистый грунт (2), за счёт неравномерного промерзания и неоднородного пучения смёрзнувшегося грунта (3).

Рис. 5. Принцип устройства плавающего фундамента. 1 - материковый грунт, 2 -дренаж, 3 - песчаная подушка (песчаный фундамент), 4 - слой экстру знойного пено-полистирола (или пенобетона, пеностекла, керамзита и т. п.), 5 - фундаментная плита (или лента, кольцо), 6 - цоколь, 7 - гидроизоляция утеплителя.

Основными причинами разрушения плавающих фундаментов зимой - это неоднородный грунт и неоднородное промерзание. Силы морозного пучения действуют на плавающие плиты иначе, чем на глубокозаглублённые столбы. Силы N (рис. 4), приподнимающие плиту, достигают 10 кг/см2 и обусловлены комплексом причин, каждая из которых не до конца изучена и имеет неясности. Во-первых, это уже упомянутое увеличение объёма грунта при его замерзании. Во-вторых, при циклических замерзаниях и оттаиваниях грунта, особенно местных (например, под домами), характерных для раннего весеннего периода, происходят циклические местные размораживания нижней границы мёрзлого грунта с обрушением оттаявшей земли и образованием водных линз за счёт заполнения пустот водой. При последующих замерзаниях водные линзы расширяются с образованием ледяных линз, которые цикл за циклом растут до значительных толщин (по крайней мере, до нескольких сантиметров) и как домкрат приподнимают над собой грунт. Такие ледяные линзы являются причиной образования известных глинистых линз (слоев) в промерзаемых водонасыщенных песчаных грунтах, поскольку вода, заполняющая циклически образуемые пустоты, увлекает за собой мелкие глинистые частицы, содержащиеся в песчаном грунте (Р.Н. Яковлев). В-третьих, мёрзлый грунт способен «всасывать» в себя влагу из нижележащих немёрзлых слоев грунта и вследствие этого расширяться. Природа «всасывания» (термокристаллизационного течения тонких незамерзающих прослоек воды) заключается в следующем. Между твёрдой поверхностью (например, частицы глины) и льдом располагается тонкая прослойка жидкой воды, которая не может кристаллизоваться (превратиться в лёд), поскольку находится не только под влиянием поверхностных сил кристаллической решётки льда, но и кристаллической решётки твёрдой поверхности частицы глины. А если жидкая вода находится между двумя плотно прилегающими поверхностями, то разорвать (раздвинуть) поверхности трудно, а значит давление воды между поверхностями в прослойке меньше, чем в открытой плёнке. Поэтому вода стремится затечь в прослойку (хотя в случае водоотталкивающих покрытий вода, наоборот, вытесняется из прослойки). Скорость затекания воды мала, так как толщина прослойки мала и обуславливает большое вязкостное сопротивление течению. При температурах минус 15-20°С толщина прослойки уже не превышает толщины монослоя молекул воды, и вода уже течь не может. Поэтому процессы затекания (всасывания) характерны именно для температур, близких к температуре замерзания воды 0°С, то есть на фронте промерзания грунта. Так что вода не вытекает из замерзающего глинистого грунта, а, наоборот, всасывается, что и объясняет явление морозного пучения (Б.В. Дерягин, Н.В. Чураев, В.М. Мулл ер. Поверхностные силы, М.: Наука, 1987). В-четвёртых, грунт промерзает зимой вначале под краями плиты (например, в случае гаражей), причём промерзает с расширением во все стороны (сжимая пластичный грунт под плитой). Затем промерзает грунт под серединой плиты, но с расширением только в одну сторону (вверх). Поэтому грунт под плитой поднимается выше, чем по краям, и плита может разломиться. Весной же вначале оттаивает грунт под краями плиты, и плита разламывается ещё сильней. Летом весь грунт под плитой оттаивает, и разломившаяся плита вновь приобретает более-менее ровную форму за счёт опускания грунта в середине плиты.