5. Расчеты связанные с оценкой морозного пучения грунтов при сезонном промораживании оснований.
5.1. Показатели сезонного промерзания грунтов для условий строительства.
В зимний период в поверхностном слое грунтового массива происходит изменение температуры грунтов и переход поровой воды в лед при отрицательных температурах близких к 0 о С. В водонасыщенных породах в следствии увеличения объема льда при кристаллизации воды на возникает повышенное давление на незамёрзшую воду, что обеспечивает её частичное обжатие. Таким образом процесс промерзания и обжатия незамёрзшей воды развивается одновременно, их интенсивность зависит от фильтрационных показателей грунта. При повышенных значениях коэффициента фильтрации вода от фронта промерзания в большей мере обжимается, а процесс увеличения объёма грунта за счёт расширения замёрзшей воды проявляется в меньшей мере. В этой связи в песках крупных и средней крупности при малом содержании пылевато-глинистых фракций изменение объема воды промерзанием не приводит к развитию процессов пучения – поднятию поверхности грунта вызванного увеличением их объема при промерзании.
Промерзание пылевато-глинистых грунтов приводит к интенсивному проявлению процессов морозного печения. Вокруг глинистых частиц замерзает только часть воды – рыхлосвязанная и свободная вода. Прочносвязанная вода обусловлена молекулярно-ионными связями, характерезуется плотностью и температурой замерзания ниже -40 о С. Практически в глинистых грунтах часть воды всегда остается незамерзшей. Замерзание пленок рыхлолосвязанной воды обеспечивает возникновение градиентов потенциалов внутренних молекулярно ионных связей.
Толщина пленок в местах замораживания восстановится в результате перемещения влаги из незамерзшего массива. Такое перемещение влаги в грунте называют миграцией. При промерзании влага мигрирует в зоны с более низкой температурой.
В результате процессов миграции промерзание глинистых грунтов идет с увеличением влагосодержания. При наличии в ниже расположенных слоях грунта свободной воды увеличение влагосодержания может быть значительным, что обеспечивает значительное изменение объема грунта при замерзании, а после таяния значительное увеличение показателя текучести грунта и снижение его прочностных и деформационных характеристик. В зависимости от активности глинистых минералов при взаимодействии с водой, от содержания глинистых частиц и гидрогеологических условий, глинистые грунты обладают разными показателями пучения. В различных регионах с различной длительностью зимнего периода, разной величиной зимних температур в атмосфере обеспечивается различная глубина промерзания глинистых грунтов различного вида и разные показатели пучения.
Процессы миграции влаги в промерзающем грунте начинаются при достижении некоторой величины влажности — которая называется критической. Величина критической влажности грунта при проектировании строительных объектов принимается по рис 5.1.
Все глинистые грунты по степени пучинистости подразделяются на 5 групп (табл. 5.1) по параметру Rf
где — влажности глинистого грунта в пределах промерзания, соответствующие природной, на границах раскатывания и текучести; М0 безразмерный коэффициент, численно равный абсолютному значению средне — зимней температуры воздуха.
Влияние положения уровня грунтовых вод на степень морозной пучинистости грунтов уточняется по таблице 5.2.
и пределы нормативных значений числа пластичности
Значение параметра Rf×10 2 для грунта