5.4.Морозное пучение.

Морозное пучение – это процесс увеличения объема грунта вследствие замерзания воды, находившейся в грунтах до промерзания и поступившей в деятельный слой с глубины в период промерзания.

К пучинистым относятся грунты, которые при замерзании имеют относительную деформацию морозного пучения более 0,01. Относительная деформация определяется по формуле:

/

-высота образца до промерзания, см

- высота образца мерзлого грунта.

Морозному пучению подвержены пылевато-глинистые грунты(супеси, суглинки глины), пылеватые пески. Крупнообломочные грунты (щебень, галечник и гравий), крупный песок пучением не обладает.

Известно, что объем воды при замерзании увеличивается на 10%, что значительно сказывается на увеличении объема грунта. Главной причиной морозного пучения является избыточное льдовыделение, происходящее при замерзании воды, мигрирующей с глубины.

Механизм пучения можно рассмотреть на примере промерзания пылевато-глинистых грунтов. В глинистых грунтах водонасыщенных в крупных порах находится свободная вода, вокруг глинистых и пылеватых частиц в виде пленок присутствует физически связанная вода.

При понижении температуры грунта до С происходит замерзание свободной воды, в порах образуется кристаллы льда. При снижении температуры до С замерзает физическая связная вода. Кристаллы льда увеличиваются, а толщина пленок физически связной воды в зоне промерзания уменьшается. Происходит нарушение осматического равновесия, частицы грунта подтягивают физически связную воду с глубины в зону промерзания. Здесь она замерзает, происходит избыточное льдовыделение, происходит морозное пучение.

Кроме того, процесс миграции воды с глубины происходит и за счет капиллярного поднятия в зону промерзания, что характерно для тонкодисперсных грунтов и малой глубины залегания подземных вод.

Различают поверхностные и коренные пучины.

Поверхностные пучины образуются за счет замерзания воды, находящейся в балластном слое. Их величина составляет 20-40 мм, зависит от степени загрязнения балластного слоя тонкоизмельченным материалом. Для их ликвидации необходимо качественное отведение воды.

Коренные пучины развиваются в теле грунтовых насыпей, сложенных из пылевато-глинистых грунтов, и в условиях близкого к поверхности земли залегания грунтовых вод и верховодки.

Весной, когда лед в пучинах оттаивает, грунт переходит в состояние избыточного увлажнения, разжижается и выдавливается в виде грязеподобной массы. Образуются просадки пути.

Морозное пучение разрушающе действует на фундаменты промышленных и гражданских сооружений действуют нормальные и касательные силы морозного пучения. Нормальные силы возникают за счет замерзания воды под подошвой фундамента. Они действуют по нормали к подошве фундамента, стараются вытолкнуть его из грунта. Пример, мы наблюдали на подпорках крылец домиков (они не стоят на изначально запланированном месте, а перекошены). С ними борются путем заложения фундаментов в пучинистых грунтах ниже глубины сезонного промерзания. Касательные силы морозного пучения образуются при смерзании грунта с боковой поверхностью фундамента. При промерзании грунта происходит увеличение его объема, грунт поднимается и поднимает смерзшийся с ним фундамент, возникают силы, касательные по отношению к боковой поверхности фундамента. Эти силы способны разорвать фундамент в виде горизонтальных трещин, вытолкнуть фундамент легкого сооружения из грунта, приподнять из грунта опоры мостов, столбы заборов. Меры борьбы с касательными силами пучения заключаются в тщательной гидроизоляционной обработке фундаментов.