Результат интеллектуальной деятельности: КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТА

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,

λ_и - коэффициент теплопроводности теплоизолятора (керамзита),

λ_м - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта.

Пример расчета теплоизоляционного слоя по грунту (под отмосткой).

В качестве изолятора принята засыпка из керамзитового гравия плотностью 800 кг/м³ 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.

Расчет произведен с использованием формулы (7.23) справочника [2], по которой определяют глубину сезонного промерзания при наличии на поверхности грунта изоляции

где s - толщина слоя мерзлого грунта с термическим сопротивлением, равным сопротивлению слоя теплоизоляции с коэффициентом теплопроводности λ_и и толщиной δ_и, т.е.

где λ_м - коэффициент теплопроводности промерзающего грунта (в мерзлом состоянии).

В данной формуле остальные члены обозначены:

t₂ - средняя температура воздуха - грунта за зимний период;

t_н.з. - температура начала замерзания грунта (t₂ и t_н.з принимаются в формуле со знаком ″плюс″);

τ₂ - продолжительность зимнего периода;

q₂=ρ(W_с-W_н)γ_м+0,5 С_м(t₂-t_н.з),

где ρ - удельная теплота влаги грунта;

W_с - суммарная влажность грунта в долях единицы;

W_н - весовое содержание незамерзшей воды в долях единицы, определяемое при температуре 0,5 (t₂-t_н.з);

γ_м - объемный вес скелета мерзлого грунта;

С_м - объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоянии. Под теплоизолятором располагается слой супеси толщиной около 3,0 м.

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,

или, подставляя в это выражение q₂, получаем окончательный вид преобразованной формулы:

где t₂=-12,3°C (по карте значений t₂ [3] для Новосибирска);

t_н.з=-0,3°C (для супеси);

W_с=18% (по данным изысканий) [4];

W_н=W_р k_w [2], где W_р=0,16 [4], k_w=0,28 [2].

Отсюда W_н=0,16 0,28=0,045;

τ₂=4400 г по карте τ₂ для Новосибирска [3];

γ_м=1700 кг/м³ [4]; λ_м=1,7 ккал/м·ч·°C [2];

С_м=550 ккал/м³·°C; ρ=80 ккал/м³.

Таким образом

Так как

где λ_и=λ+ΔW_о=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_о=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.

Устройство работает следующим образом. По периметру здания 1 на ширину отмостки 2 и высоту теплоизоляционного слоя (δ_и) - 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.