При какой температуре замерзает земля в огороде

Мои эксперименты

Я уже давно обратила внимание, что промороженные глиняные куски потом легко измельчаются и растворяются в воде. Это свойство и попыталась применить на своем глинистом участке, на котором глина местами лежала глубокими слоями. Начала я свой эксперимент с изучения глубины промерзания почвы.

Глубина промерзания

С наступлением устойчивых отрицательных температур начинается промерзание почвы. Вначале замерзает верхний ее слой, а затем промерзают и нижние слои на глубину 30-150 см.

Глубина промерзания в основном зависит от погодных и почвенных условий, а также от рельефа участка. Глубокое промерзание почв обычно бывает в малоснежную зиму с сильными морозами.

Именно в такие зимы страдает и погибает много многолетних растений, ведь многие из них не способны перенести такой удар.

Когда замерзает вода

Вода замерзает в почве при температуре ниже нуля градусов. Это связано с содержанием в ней растворимых веществ. Чем выше концентрация раствора, тем ниже температура замерзания воды.

В песчаных и суглинистых почвах вода замерзает при -4-4,5 градуса, а в торфяной, где концентрация раствора выше, только при -5.

Почвы

p< style="text-align: justify; ">Почвы на возвышенных местах промерзают глубже, чем в низинах, где больше снега. Медленнее промерзают избыточно увлажненные почвы из-за высокой теплоемкости воды, а также сухие, так как они имеют связанную воду, которая при более низких температурах превращается в лед. Плотные почвы по сравнению с рыхлыми промерзают быстрее и на большую глубину.

На дерново-подзолистых почвах во время промерзания влажность верхнего слоя увеличивается. Получается, чтобы избежать различных заболеваний и гибели луковичных и повысить жизнеспособность семян, на таких почвах посевы и посадки под зиму лучше делать на песчаных подушках или присыпать их песком. Песок снизит влажность, и кристаллов льда в почве образуется меньше. Для жизни растений это имеет большое значение, впрочем, как и размер и форма самих кристалликов, в которые превращается вода.

Улучшаю почву

Промерзание верхнего слоя при небольшой влажности способствует улучшению физических свойств почвы из-за разрыва крупных почвенных комков на мелкие при расширении пор, в которых находилась вода, кристаллами льда. Поэтому почва, перекопанная с осени, при весенней обработке хорошо крошится.

Я не успеваю перекопать осенью весь участок, поэтому пустующие гряды несколько раз зимой и весной стараюсь зачистить от снега, чтобы почва промораживалась как можно сильнее. Земля на таких грядах становится легче, она быстрее прогревается и просыхает. Стало ли на моем участке меньше глины? Я не знаю! Но больше не встречается больших пластов глины, в которые невозможно было даже воткнуть лопату. Земля стала однородной и легкой. Соответственно и урожайность повысилась.

Сейчас в моих планах избавиться от задерненных зон, которые были оставлены под плодовые деревья и кустарники. Рядом с такими зонами земля на порядок хуже. Видимо, задернение для глинистых участков неприемлемо, и для улучшения физических свойств вся почва нуждается в обработке. Но это сугубо мое мнение, а что думаете на этот счет вы? Поделитесь своим опытом, полагаю, что многим дачникам будет интересно о нем узнать.

Татьяна Истомина,
Архангельская область
г-та «Дачная» №1, 2019 г.

Глубина промерзания грунта

Глубина промерзания грунта – это максимальная величина, при которой температура почвы опускается до 0 градусов в сезон низких температур. Почвы, которые имеют отрицательные или нулевые температуры, называют мерзлым грунтом. Существуют районы, в которых в весеннее время не происходит оттаивания почв. Их относят к вечномерзлым грунтам. При измерении удельного сопротивления грунта, его показатели достигают от 2000 до 4000 Ом*м.

Грунт – это горные породы, почвы, антропогенные организации, представляющие собой сложную геологическую макросистему.

Основными причинами промерзания грунта являются влажность и понижение температуры окружающей среды. Объем воды при замерзании увеличивается примерно на 10%. Это приводит к поднятию грунтов. Количество образовавшегося льда и степень поднятия грунта зависят от температурного режима и уровня промерзания почвы. В холодный период времени года, земля вытесняет из себя фундамент, систему заземления и другие инженерные коммуникации.

Нормативная глубина промерзания грунта – это глубина, которая является средней из рекордных показателей сезонных промерзаний грунтов на открытой и не заснеженной местности. Обычно, расчеты нормативной глубины промерзания грунта основаны на наблюдениях за показателями десятилетнего срока промерзания земли на определенной территории.

Снеговой, ледяной покров, плотный растительный слой или слой из опавшей листвы, не принимают во внимание в методике расчетов.

Глубину промерзания грунта необходимо учитывать при выборе типов и размеров заземление частного дома. Влияние глубины промерзания грунтов на заземлитель негативно сказывается на его эффективности. При монтаже классического треугольника заземления, глубже чем на три метра забить уголок в землю не представляется возможным. Из этого следует, что в холодное время года из-за промерзания грунта, большая часть длины металлического уголка не способна выполнять свою функцию. Выполнив измерение сопротивления заземления, можно убедиться, что оно не соответствует нормам. Сопротивление выросло в десятки и сотни раз. Решением такой задачи является применение модульно-штыревого заземления, которое монтируют в грунт на глубину до 30 метров в один очаг. Тем самым, исключают влияние промерзания грунтов на функциональность вашей системы заземления. В среднем для частных домовладений достаточно комплекта от 6 до 12 метров. Для организации монтажа функционального заземления FE (медицинского, информационного, лабораторного и иного оборудования), глубинное заземление выступает в качестве единственного верного решения. В вечномерзлых и высокоомных грунтах применяют специальное электролитическое заземление.

Нормативная глубина промерзания грунта часто отличается от реальной глубины. Происходит это от того, что в вычислениях не принимают во внимание наличие снега на местности, и как следствие, низкую влажность почвы. Снег со льдом является хорошим источником термоизоляции. Чем выше снежный покров на территории, тем меньше глубина промерзания грунта. Следовательно, при постройке жилого помещения, которое отапливается в зимний период, глубина промерзания грунта значительно уменьшится. При строительстве отапливаемого помещения, уровень реального промерзания почвы меньше нормативного на 20-30%. Из этого следует, что существует возможность спроектировать и смонтировать заземление в подвалах домов и зданий, но только при отсутствии системы внешней молниезащиты.

В зависимости от регионов Российской Федерации, показания глубин промерзания грунтов будут различными. Они зависят от отрицательных температур и видов грунтов:

• Песчаный грунт легок в обработке, хорош в уплотнении, способен вынести большую нагрузку. Он обладает хорошей водопроницаемостью, за счет чего мало промерзает и не подвержен сезонному пучению.

• Суглинистый грунт и супесь – это смесь песка и глины. Если в суглинке количество глины находится в пределах 10-30%, то в супеси – до 10%. Вести строительство на этих грунтах непросто. За счет своей «плавучести», они хорошо справляются с любыми движениями грунтов. Супесь содержит меньше влаги, следовательно, меньше подвержена пучению. Суглинок может содержать больше воды и больше, чем супесь, подвержен пучению.

Скалистые грунты представляют собой горную породу, которая находится на поверхности или под небольшим слоем грунта. Такие грунты не склонны к промерзанию в зимний период и неспособны впитывать влагу.

Для Ленинградской области приняты следующие значения глубины промерзания грунта:

Грунт	Нормативная глубина промерзания, м
Суглинки, глины	1,16
Пылеватые и мелкие пески	1,41
Пески средние и крупные	1,51
Крупнообломочные грунты	1,71

Таблица глубины промерзания грунта России

Город	Глина, суглинок, см	Песок, супесь, см
Архангельск	160	176
Астрахань	80	88
Брянск	100	110
Волгоград	100	110
Вологда	140	154
Воркута	240	264
Воронеж	120	132
Екатеринбург	180	198
Ижевск	160	176
Казань	160	176
Кемерово	200	220
Киров	160	176
Котлас	160	176
Курск	100	110
Липецк	120	132
Магнитогорск	180	198
Москва	120	132
Набережные Челны	160	176
Нальчик	60	66
Нарьян Мар	240	264
Нижневартовск	240	264
Нижний Новгород	140	154
Новокузнецк	200	220
Новосибирск	220	242
Омск	200	220
Орел	100	110
Оренбург	160	176
Орск	180	198
Пенза	140	154
Пермь	180	198
Псков	80	88
Ростов-на-Дону	80	88
Рязань	140	154
Салехард	240	264
Самара	160	176
Санкт-Петербург	120	132
Саранск	140	154
Саратов	140	154
Серов	200	220
Смоленск	100	110
Ставрополь	60	66
Сургут	240	264
Сыктывкар	180	198
Тверь	120	132
Тобольск	200	220
Томск	220	242
Тюмень	180	198
Уфа	180	198
Ухта	200	220
Челябинск	180	198
Элиста	80	88
Ярославль	140	154

Как определить реальную глубину промерзания грунта

Промерзание грунта – природное явление, которое можно наблюдать в регионах, где столбик термометра опускается ниже 0°С. Чем холоднее зима, тем более глубокие слои земного покрова замерзают. За годы наблюдений и изучения этого физического свойства были установлены нормативы: обозначить параметр можно по таблицам, рассчитанным для каждого региона. Эта информация важна в первую очередь для строительства: уровень замерзания почвы определяет глубину закладки и типы фундаментов. Под воздействием отрицательной температуры превращается в лед не грунт, а вода в нем, существенно увеличиваясь в объеме. Одновременно растет и давление, которое может разрушить основание здания. Чтобы этого избежать, выбирают наиболее подходящий вид фундамента, его глубину.

От чего зависит глубина промерзания грунта (ГПГ)

На указанный параметр влияют природные факторы:

• максимальная низкая температура;
• длительность холодного времени года;
• наличие и толщина снежного покрова;
• температурные колебания в течение зимних месяцев;
• теплопроводность земной поверхности, которая зависит от ее структуры и состава;
• наличие теплоизолирующих слоев (мха, торфа);
• уровень грунтовых вод.

Расчеты осложняются периодическими колебаниями ряда показателей, поэтому не могут быть абсолютно достоверными.

Формула определения ГПГ

Рассчитать этот показатель можно самостоятельно – необходимо отметить отрицательную среднемесячную температуру в холодный период, приблизительно с ноября по март включительно. Средние показатели суммируются. Из модуля полученного числа вычисляют квадратный корень, результат умножают на коэффициент по типу почвенного состава:

• суглинки, земля с большим содержанием глины – 0,23;
• песчаные почвы, мелкодисперсные супеси – 0,28;
• крупнозернистые пески, гравелистые структуры – 0,3;
• структуры с включением крупнообломочных пород – 0,34.

Результат расчетов обычно получается в метрах.

Отличия между нормативным и реальным уровнем промерзания

Фактические показатели, как показывает практика, отличаются от параметров, прописанных в нормативах. На их уровень влияет наличие снега и льда, которые защищают почву от холода, одновременно оставаясь источником влаги.

Существенно уменьшают ГПГ в конкретном месте и другие факторы:

• Наличие по соседству отапливаемых построек.
• Утепление поверхности для защиты посевов и различных культурных растений.
• Наличие неподалеку кустарников (они удерживают снег, который выступает теплоизоляционным слоем, а уровень промерзания сокращается в три раза).
• Влажные глинистые почвы промерзают гораздо меньше, чем грунт с большим содержанием песка.
• Мелкозернистая структура подвергается воздействию низкой температуры в меньшей степени, чем крупнодисперсная.

В результате реальная глубина оказывается на 20-50% меньше нормативной. Но это относительные данные. Специалисты рекомендуют проводить теплотехнические расчеты для каждого конкретного региона и участка, хотя это сложное и трудоемкое решение.

Определение реальной глубины промерзания грунта на участке

Среди вариантов, используемых в реалиях средних широт и умеренного климата, где на глубину промерзания почвы влияют слишком много факторов, отмечают два способа – выкопка ямы (визуальное изучение слоев земли) и использование специального прибора мерзлотомера.

Первый метод осложняется температурным режимом проведения работ, как и состоянием земных покровов. Второй помогает определить уровень промерзания на конкретном участке независимо от числа активных факторов.

Прибор, состоящий из обсадной трубки с расположенным внутри шлангом с водой, погружается в грунт на 12 часов. Показатель ГПГ определяется по уровню льда в трубке с сантиметровой разметкой. Подобные измерения проводят исключительно в холодное время года – при устоявшейся отрицательной температуре воздуха. Мерзлотомер погружают на нормативную глубину — глубже почва обычно не замерзает.

Снизить уровень промерзания почвы помогает внесение природных теплоизолирующих составов, утепление отдельных участков по соседству, высаживание кустарников, изменение состава и качества грунта. Решить эту задачу помогает внесение торфа, используемого также для утепления садово-огородных участков. Компания «БиоГрунт» также поможет восстановить плодородие площадок после проведения строительных работ: с этой целью используется растительный грунт, состоящий из торфа и песка.

SGround.ru

Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения

Разместил Author Виталий К. Posted on 05.05.2018 31.03.2019 2

Связь пучения со скоростью, глубиной промерзания

Оглавление:

1. Введение
2. Скорость промерзания грунта
3. Глубина промерзания грунта
4. Заключение
5. Связанные статьи

1. Введение

Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия дневной поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость их промерзания.

Дневная поверхность грунта – жаргонный термин в строительной геологии, обозначающий поверхность современного рельефа. Можно заменить терминами: поверхность земли, уровень земли. В случае если на рассматриваемом участке выполнялась или будет выполняться планировка (насыпь или выемка грунта), то поверхность следует называть «уровень планировки»

Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от большого числа факторов: значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова и динамики изменения этих показателей в течении зимы, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации на конкретный участок поверхности, от смен холодной погоды на оттепели и от положения уровня грунтовых вод.

2. Скорость промерзания грунта

Увеличение объема грунта и величина подъема поверхности земли зависят от скорости промерзания, а скорость, в свою очередь, зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха и теплотехнических свойств грунта.

Экспериментально установлено, что чем меньше скорость промерзания, тем больше величина пучения и, наоборот, при больших скоростях промерзания грунт меньше увеличивается в объеме.

На величину вспучивания оказывает влияние и коэффициент фильтрации глинистого грунта, которой обусловливает подток капиллярной влаги к фронту промерзания. В образцах, замерзающих при большой скорости промерзания, визуально не наблюдается образования ледяных включений в виде прослоек и линз, следовательно, грунт незначительно ухудшает свои физические свойства при оттаивании.

При быстром промерзании в грунте не успевает накопиться влага, поступающая по капиллярам, поэтому он меньше проявляет пучение

При малой скорости промерзания грунта происходит формирование льдистой текстуры за счет постоянного притока влаги по капиллярам из нижележащих слоев талого грунта, сопровождающееся повышенным накоплением ледяных включений в нем. Такие грунты при оттаивании резко ухудшают свои физические свойства. Иногда грунты, имеющие твердую или пластичную консистенцию до промерзания, превращаются в текучее состояние после промерзания и оттаивания.

Наибольшее количество льда в грунтах природного сложения скапливается при промерзании грунта на глубину до 1-1,2 м так как на этих глубинах больше сказывается колебание отрицательной температуры наружного воздуха, например, при смене холодной погоды на оттепели, что позволяет накопить в структуре грунта больше влаги в виде льда

3. Глубина промерзания грунта

Значение глубины промерзания грунтов оказывает большое влияние на вспучивание дневной поверхности грунта. Например, в Забайкалье подъем поверхности грунта достигает 40 см при глубине промерзания суглинистого грунта 2,6-2,8 м, а сильнопучинистый суглинок в Московской области вспучивается на 15 см при глубине промерзания на 1,5 м.

Глубина промерзания грунта может в зависимости от региона РФ и локальных условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м. Максимальные значения глубины промерзания грунтов наблюдаются в Забайкалье, ближе к границе Монголии, преимущественно на песчаных и крупнообломочных грунтах и большей частью на северных склонах.

Наблюдениями за глубиной промерзания грунтов установлено, что влажные глины и суглинки промерзают заметно меньше, чем супеси, пески мелкие и пылеватые, а пески крупные и крупнообломочные грунты промерзают еще больше, чем супеси и пылеватые пески.

Чем более крупные частицы слагают грунт, тем больше будет глубина его промерзания при прочих равных условиях, однако крупнодисперсные грунты не подвержены пучению

Так как глубина промерзания зависит от действительно большого числа факторов, для начала разберемся что на этот счет говорится в нормативной литературе.

В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и типа грунта без учета всех остальных факторов (не учитывается снеговой покров, солнечная радиация, свойства и влажность грунта и пр.).

Действующий на данный момент норматив в области проектирования фундаментов — СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений гласит:

СП 22.13330.2016 п. 5.5.1 Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом: …- глубины сезонного промерзания грунтов. Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

5.5.2 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что ее следует определять в соответствии с ГОСТ 24847.

5.5.3 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение следует вычислять по формуле

, (5.3)

где d₀ — величина, принимаемая равной:

• для суглинков и глин 0,23 м;
• супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28 м;
• песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30 м;
• крупнообломочных грунтов — 0,34 м;

Мt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания. (прим. если промерзает несколько разных слоев то необходимо определять осредненное значение коэффициента d₀)

Нормативную глубину промерзания грунта d_fn в районах, где >2,5 м, а также в горных районах (где резко изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330.

5.5.4 Расчетную глубину сезонного промерзания грунта d_f, м, вычисляют по формуле

, (5.4)

где K_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений K_h=1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

d_fn — нормативная глубина промерзания, м, определяемая по 5.5.2 и 5.5.3.

1. В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетную глубину промерзания грунта для неотапливаемых сооружений следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330. Расчетную глубину промерзания следует определять теплотехническим расчетом и в случае применения постоянной теплозащиты основания, а также, если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т.п.).
2. Для зданий с нерегулярным отоплением при определении K_h за расчетную температуру воздуха принимают ее среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов в течение суток.

d_fn — нормативная глубина промерзания, определяемая по СП 22.13330.2016 не учитывает множественные факторы т.к. нормативы нацелены на получение наиболее надежного результата. Эта величина показывает насколько промерзает грунт на свободной от снега поверхности, не прогреваемой солнцем в течении всей зимы (под навесом). Реальная глубина промерзания будет меньше или такой же в зависимости от количества снега и солнечной радиации на поверхности

Для того, чтобы определить реальную глубину промерзания с учетом множества факторов, включая снеговой покров, солнечную радиацию и тепловой режим сооружения необходимо выполнить теплотехнический расчет. Теплотехнические расчеты сложны и трудоемки, а так же требуют большого количества исходных данных. Для отдельных случаев существуют упрощенные расчеты, некоторые из которых приведены в СП 25.13330. Вопросы теплотехники грунтов затрагиваются в этой статье.

4. Заключение

Для правильного учета сил морозного пучения и выбора мер по защите от его воздействия необходимо и достаточно верно определить глубину промерзания грунта. Для этого следует пользоваться расчетами, приведенными в нормативной литературе.

Учет скорости промерзания в расчетах невозможен из-за сложности определения этого показателя и его изменчивости.

Учитывать снеговой покров в надежде что он снизит глубину промерзания не следует, так как после возведения сооружения снег скорее всего будет переноситься ветром от одной части сооружения к другой и с наветренной стороны поверхность грунта будет оголена. Если же сооружение поднято над землей, то под ним будет оголенная поверхность без снега и с температурой наружного воздуха, что так же увеличит глубину промерзания.

Если глубина промерзания грунта больше 2,5 м и если среднегодовая температура в регионе отрицательная, то для определения нормативной глубины промерзания необходимо выполнять теплотехнический расчет.

Так же теплотехнический расчет следует выполнять если, например, применяется утепление грунта.

Для принятия решений по фундаментам используется расчетное значение глубины промерзания, которое в 1,1 больше нормативного для неотапливаемых сооружений и ниже нормативного для отапливаемых сооружений.

5. Связанные статьи

• Теплотехнические расчеты грунтов основания
• Выбор глубины заложения фундаментов
• Физика процесса пучения
• Что такое пучинистые грунты
• Меры борьбы с морозным пучением

2 Комментария к статье “Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения”

Александр Федорович Галкин :

Здравствуйте!
напишите, пожалуйста, список литературы, которым Вы пользовались при написании раздела.