КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТА
STRUCTURE TO PREVENT FROST HEAVING OF SOIL

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий, конкретно к защите от выпучивания дорожных покрытий, входных крылец, пандусов и бетонных отмосток, окружающих здания.
Известна конструкция отмостки, включающая засыпку в составе грунт - песок - щебень в соотношении 1:1:1, уложенную в приямке вокруг здания, и затвердевшую на засыпке бетонную смесь.
Недостатком такой конструкции является ее недолговечность и короткий срок эксплуатации из-за разрушений в зимний период силами морозного пучения.
Известна конструкция отмостки, включающая засыпку, состоящую из слоев кварцевого песка и полиэтиленовой пленки, и затвердевшую на засыпке бетонную смесь (см. техническое решение по заявке 98120324/03, Е02D 27/32, 10.11.1998, «Способ укладки отмостки фундамента», опубл. 10.09.2000 г.)
Недостатком такой конструкции отмостки является ее недолговечность. Это объясняется тем, что за пределами отмостки грунт будет выпучиваться и будет ее поднимать вместе с непучинистыми слоями песка и пленки. Поднятие отмостки по периметру здания будет происходить неравномерно, что приведет к ее деформации и разрушению. Кроме того, применение такой засыпки в конструкции отмостки не обеспечивает сохранение положительных температур в ее основании, так как бетонная обтяжка отмостки и песок не обладают теплоизоляционными свойствами, и способствует более быстрому и сильному промораживанию грунта у фундамента здания. В результате набор отрицательных температур и их рост в основании происходит интенсивнее, чем на периферии. Это ускоряет появление сил выпучивания и их разрушающее воздействие на отмостку в зимний период времени.
Другим недостатком указанной конструкции отмостки является то, что при увлажнении песка или его кольматации глинистыми частицами засыпка промораживается как единое целое, а силы пучения воздействует на нее и лежащую на ней бетонную обтяжку как на единый монолит.
При этом срок ее эксплуатации значительно снижается.
Цель изобретения - повышение долговечности и срока эксплуатации отмостки.
Указанная цель достигается тем, что конструкция для предотвращения морозного пучения грунта, включающая бетонную отмостку, уложенную вокруг здания, и расположенную под ней засыпку, отличается тем, что засыпка выполнена в виде слоя керамзитного гравия, обернутого пленкой, при этом толщина слоя гравия определяется по формуле:
где S - толщина слоя мерзлого грунта,
и
λ - коэффициент теплопроводности теплоизолятора (керамзита),
м
λ - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта.
Пример расчета теплоизоляционного слоя по грунту (под отмосткой).
3
В качестве изолятора принята засыпка из керамзитового гравия плотностью 800 кг/м с теплопроводностью λ=0,18 Вт/м °C≈0,15 ккал/м·ч·°C в сухом состоянии [1]. Засыпка защищается от увлажнения полимерной пленкой. Теплоизоляционные свойства отмостки в запас надежности не учитываются.
<mrow><msubsup><mi>Н</mi><mi>м</mi><mi>н</mi></msubsup></mrow>
Расчет произведен с использованием формулы (7.23) справочника [2], по которой определяют глубину сезонного промерзания
при наличии на поверхности грунта изоляции
и
и
где s - толщина слоя мерзлого грунта с термическим сопротивлением, равным сопротивлению слоя теплоизоляции с коэффициентом теплопроводности λ и толщиной δ, т.е.
м
где λ - коэффициент теплопроводности промерзающего грунта (в мерзлом состоянии).
В данной формуле остальные члены обозначены:
2
t - средняя температура воздуха - грунта за зимний период;
н.з.
2
н.з
t - температура начала замерзания грунта (t и t принимаются в формуле со знаком ″плюс″);
2
τ - продолжительность зимнего периода;
2
с
н
м
м
2
н.з
q=ρ(W-W)γ+0,5 С(t-t),
где ρ - удельная теплота влаги грунта;
с
W - суммарная влажность грунта в долях единицы;
н
2
н.з
W - весовое содержание незамерзшей воды в долях единицы, определяемое при температуре 0,5 (t-t);
м
γ - объемный вес скелета мерзлого грунта;
м
С - объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоянии. Под теплоизолятором располагается слой супеси толщиной около 3,0 м.
<mrow><msubsup><mi>Н</mi><mi>м</mi><mi>н</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>s</mi></mrow>
Для определения толщины слоя теплоизоляции преобразуем формулу (7.23), исходя из того, что под слоем теплоизоляции грунт промерзать не будет, т.е. глубина промерзания
, т.к. s - толщина слоя промерзшего грунта с эквивалентными теплофизическими свойствами теплоизолятора, т.е. таким образом,
2
или, подставляя в это выражение q, получаем окончательный вид преобразованной формулы:
2
2
где t=-12,3°C (по карте значений t [3] для Новосибирска);
н.з
t=-0,3°C (для супеси);
с
W=18% (по данным изысканий) [4];
н
р
w
р
w
W=W k [2], где W=0,16 [4], k=0,28 [2].
н
Отсюда W=0,16 0,28=0,045;
2
2
τ=4400 г по карте τ для Новосибирска [3];
м
м
3
γ=1700 кг/м [4]; λ=1,7 ккал/м·ч·°C [2];
м
3
3
С=550 ккал/м·°C; ρ=80 ккал/м.
Таким образом
Так как
и
о
о
где λ=λ+ΔW=0,15 ккал/м·ч·°C +0,0034 ккал/м·ч·°C 6=0,17 ккал/м·ч·°C - коэффициент теплопроводности керамзита при объемной влажности W=6% [5], то толщина слоя теплоизоляции отсюда составит
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен фундамент и стена здания 1 с бетонной отмосткой 2, уложенной на теплоизолирующую засыпку из слоя керамзита 3, обернутого пленкой 4, при этом засыпка располагается в приямке по периметру здания 1 ниже дневной поверхности 5.
и
Устройство работает следующим образом. По периметру здания 1 на ширину отмостки 2 и высоту теплоизоляционного слоя (δ) - керамзита 3 выполняется приямок, в который укладывают полиэтиленовую пленку 4 с возможностью ее последующего отворота. Далее производят засыпку теплоизоляционного слоя из керамзита 3 и отгибают края пленки 4, расстилая ее внахлест на засыпке на уровне дневной поверхности 5. Затем выполняют бетонирование отмостки 2.
Благодаря наличию керамзита, обладающего теплоизоляционными свойствами, предотвращается промораживание грунта под отмосткой и его негативное влияние на бетон отмостки. Засыпка керамзита выполняется на проектную величину, определяемую расчетом.
Для сохранения керамзита в сухом состоянии с целью его гидроизоляции и предотвращения смерзания в зимний период керамзит обворачивают полиэтиленовой пленкой и герметизируют.
Пленка способствует сохранению теплофизических свойств керамзита. Пленку можно использовать рулонно, расстилая на поверхности откопанного вокруг здания приямка с возможностью ее отворота и укладки внахлест после проведенной засыпки керамзита, либо пакетно, изготавливая из нее мешки с последующим заполнением их керамзитом и после герметизации - монтажом в приямке по периметру здания.
В качестве теплоизолятора можно применять, например шлак, либо синтетические материалы, обладающие теплоизоляционными свойствами.
Использование описываемого устройства целесообразно при новом строительстве зданий и сооружений, а также при реконструкции эксплуатируемых.
Источники изобретения
1. ГОСТ 9757 Гравий керамзитовый.
2. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л., 1977.
3. Лукьянов В.С. и Головко М.Д. Расчет глубины промерзания грунтов. М., 1957.
4. Отчет ″Проведение инженерно-геологических и геодезических работ по определению подтопляемости и деформаций коттеджа №10 по ул. Мальцева″, ″Портал-С″. Новосибирск, 2001.
5. Микульский В.Г., Горчаков Г.И., Козлов В.В. и др. Строительные материалы. М., 1996.