Dynamik wogender Böden
Hebungsphänomene sind heimtückische und unzeremonielle Prozesse, die in feuchten tonigen, feinsandigen und staubigen Böden während ihres saisonalen Gefrierens auftreten. Sie können nicht ignoriert werden, was jedem klar ist, selbst einem Entwickler mit geringen Baukenntnissen. Viele Menschen erkannten dies, als sie im Frühjahr einen Riss in der Backsteinmauer eines Landhauses entdeckten, die schiefen Tür- und Fensteröffnungen eines Fachwerk-Landhauses sahen und einen gefährlich schiefen Zaun bemerkten.
Hebephänomene sind nicht nur große Verformungen des Bodens, sondern auch enorme Kräfte – Dutzende Tonnen, die zu großer Zerstörung führen können.
Die Schwierigkeit bei der Beurteilung der Auswirkungen von Bodenbewegungen auf Gebäude liegt in ihrer Unvorhersehbarkeit aufgrund der gleichzeitigen Wirkung mehrerer Prozesse. Um dies besser zu verstehen, beschreiben wir einige Konzepte, die mit diesem Phänomen verbunden sind.
Frost weht, wie Experten dieses Phänomen nennen, ist darauf zurückzuführen, dass feuchter Boden während des Gefriervorgangs an Volumen zunimmt.
Dies geschieht, weil das Volumen von Wasser beim Gefrieren um 12 % zunimmt (weshalb Eis auf dem Wasser schwimmt). Je mehr Wasser sich also im Boden befindet, desto stärker ist er aufgewühlt. So steigt der Wald in der Nähe von Moskau, der auf sehr wogenden Böden steht, im Winter um 5...10 cm gegenüber seinem Sommerniveau. Äußerlich ist es unsichtbar. Wenn ein Pfahl jedoch mehr als 3 m in den Boden gerammt wird, kann das Aufsteigen des Bodens im Winter anhand der auf diesem Pfahl angebrachten Markierungen verfolgt werden. Der Bodenanstieg im Wald könnte 1,5-mal größer sein, wenn es keine Schneedecke gäbe, die den Boden vor dem Gefrieren schützt.
Böden werden je nach Hebungsgrad unterteilt in:
– starke Hebung – Hebung 12 %;
– mittlere Hebung – Hebung 8 %;
– leicht hebend – 4 % hebend.
Bei einer Gefriertiefe von 1,5 m beträgt die Bodenaufwirbelung 18 cm.
Die Hebung des Bodens wird durch seine Zusammensetzung, Porosität und den Grundwasserspiegel (GWL) bestimmt. Ebenso werden tonige Böden, feine und schluffige Sande als wogende Böden und grobe Sand- und Kiesböden als nicht wogende Böden klassifiziert.
Schauen wir uns an, womit das zusammenhängt.
Erstens.
In Tonen oder Feinsanden steigt die Feuchtigkeit aufgrund der Kapillarwirkung recht hoch aus dem Grundwasserspiegel auf und wird dort gut zurückgehalten. Hier treten Benetzungskräfte zwischen Wasser und der Oberfläche von Staubpartikeln auf. In grobkörnigen Sanden steigt die Feuchtigkeit nicht auf und der Boden wird nur entsprechend dem Grundwasserspiegel feucht. Das heißt, je dünner die Bodenstruktur, desto höher steigt die Feuchtigkeit, desto logischer ist es, ihn als schwereren Boden einzustufen.
Der Wasseranstieg kann erreichen:
– 4...5 m in Lehm;
– 1...1,5 m in sandigem Lehm;
– 0,5...1 m in staubigem Sand.
Dabei hängt der Grad der Bodenaufhebung sowohl von der Kornzusammensetzung als auch vom Grundwasser- bzw. Hochwasserspiegel ab.
Leicht hebender Boden
– 0,5 m – in staubigem Sand;
– bei 1 m – in sandigem Lehm;
– 1,5 m – in Lehm;
– auf 2 m – in Ton.
Mittelschwerer Boden– wenn der Grundwasserspiegel unterhalb der berechneten Gefriertiefe liegt:
– 0,5 m – in sandigem Lehm;
– bei 1 m – in Lehm;
– 1,5 m – in Ton.
Stark aufgewühlter Boden– wenn der Grundwasserspiegel unterhalb der berechneten Gefriertiefe liegt:
– um 0,3 m – in sandigem Lehm;
– um 0,7 m – in Lehm;
– um 1,0 m – in Ton.
Übermäßig aufgewirbelter Boden– wenn der Grundwasserspiegel höher ist als bei stark aufgewühlten Böden.
Bitte beachten Sie, dass Mischungen aus grobem Sand oder Kies mit schluffigem Sand oder Ton bei wogenden Böden voll zum Tragen kommen. Liegt der Schluff-Ton-Anteil im Grobboden über 30 %, wird der Boden ebenfalls als Hebungsboden eingestuft.
Zweitens.
Der Prozess des Bodengefrierens erfolgt von oben nach unten, wobei die Grenze zwischen nassem und gefrorenem Boden mit einer bestimmten Geschwindigkeit abfällt, die hauptsächlich durch die Wetterbedingungen bestimmt wird. Feuchtigkeit, die sich in Eis verwandelt, nimmt an Volumen zu und verdrängt sich durch ihre Struktur in die unteren Schichten des Bodens. Die Hebung des Bodens wird auch dadurch bestimmt, ob die von oben herausgedrückte Feuchtigkeit Zeit hat, durch die Bodenstruktur zu sickern oder nicht, und ob der Grad der Bodenfiltration ausreicht, damit dieser Prozess mit oder ohne Hebung abläuft. Wenn grober Sand der Feuchtigkeit keinen Widerstand entgegensetzt und ungehindert abfließt, dehnt sich dieser Boden beim Gefrieren nicht aus (Abbildung 23).
Abbildung 23. Boden an der Frostgrenze:
1 – Sand; 2 – Eis; 3 – Gefriergrenze; 4 – Wasser
Was Lehm angeht, hat die Feuchtigkeit keine Zeit, durch ihn zu entweichen, und dieser Boden wird hebend. Übrigens verhält sich Erde aus grobem Sand, die in einem geschlossenen Volumen untergebracht ist, bei dem es sich um einen Tonbrunnen handeln kann, wie beim Heben (Abbildung 24).
Abbildung 24. Sand in einem geschlossenen Volumen hebt sich:
1 – Ton; 2 – Grundwasserspiegel; 3 – Gefriergrenze; 4 – Sand + Wasser; 5 – Eis + Sand; 6 – Sand
Aus diesem Grund wird der Graben unter flachen Fundamenten mit grobkörnigem Sand gefüllt, was es ermöglicht, den Feuchtigkeitsgrad entlang seines gesamten Umfangs auszugleichen und die Unebenheiten von Auftriebserscheinungen auszugleichen. Der Graben mit Sand sollte nach Möglichkeit an ein Entwässerungssystem angeschlossen werden, das das stehende Wasser unter dem Fundament ableitet.
Drittens.
Das Vorhandensein von Druck durch das Gewicht der Struktur beeinflusst auch die Manifestation von Hebephänomenen. Wenn die Bodenschicht unter der Fundamentbasis stark verdichtet ist, nimmt der Auftriebsgrad ab. Darüber hinaus ist das Volumen des verdichteten Bodens unter der Basis des Fundaments umso größer und die Hebung umso geringer, je größer der Druck pro Flächeneinheit des Fundaments ist.
Beispiel
B Region Moskau (Gefriertiefe 1,4 m) Auf mittelschwerem Boden wurde auf einem flachen Streifenfundament mit einer Verlegetiefe von 0,7 m ein relativ leichtes Holzhaus errichtet. Wenn der Boden vollständig gefriert, können die Außenwände des Hauses um fast 6 cm ansteigen (Abbildung 25, a). Wenn das Fundament unter demselben Haus mit derselben Tiefe säulenförmig ausgeführt wird, ist der Druck auf den Boden größer und seine Verdichtung stärker, weshalb der Anstieg der Wände aufgrund des Einfrierens des Bodens nicht mehr als 2... beträgt. 3 cm (Abbildung 25, b).
Abbildung 25. Der Grad der Bodenaufhebung hängt vom Druck auf den Untergrund ab:
A – unter dem Streifenfundament; B – unter einem Säulenfundament;
1 – Sandkissen; 2 – Gefriergrenze; 3 – verdichteter Boden; 4 – Streifenfundament; 5 – Säulenfundament
Unter einem flachen Streifenfundament kann es zu einer starken Verdichtung des wogenden Bodens kommen, wenn darauf ein Steinhaus mit einer Höhe von mindestens drei Stockwerken errichtet wird. In diesem Fall können wir sagen, dass die Hebungsphänomene einfach durch das Gewicht des Hauses erdrückt werden. Aber auch in diesem Fall bleiben sie bestehen und können zu Rissen in den Wänden führen. Daher sollten die Steinmauern eines Hauses auf einem solchen Fundament mit obligatorischer horizontaler Bewehrung errichtet werden.
Warum sind aufgewirbelte Böden gefährlich? Welche Prozesse laufen in ihnen ab, die Entwickler durch ihre Unvorhersehbarkeit erschrecken?
Was die Natur dieser Phänomene ist, wie man mit ihnen umgeht und wie man sie vermeidet, lässt sich verstehen, indem man die Natur der laufenden Prozesse untersucht.
Der Hauptgrund für die heimtückische Hebung von Böden ist die ungleichmäßige Hebung unter einem Gebäude
Gefriertiefe des Bodens- Dies ist nicht die berechnete Gefriertiefe und nicht die Fundamenttiefe, sondern die tatsächliche Gefriertiefe an einem bestimmten Ort, zu einer bestimmten Zeit und unter bestimmten Wetterbedingungen.
Wie bereits erwähnt, wird die Gefriertiefe durch das Gleichgewicht der Wärmekraft aus dem Erdinneren mit der Kältekraft bestimmt, die während der kalten Jahreszeit von oben in den Boden eindringt.
Wenn die Intensität der Erdwärme nicht von der Jahreszeit und dem Tag abhängt, wird der Kälteeinstrom durch Lufttemperatur und Bodenfeuchtigkeit, die Dicke der Schneedecke, ihre Dichte, Feuchtigkeit, Verschmutzung und den Grad der Erwärmung beeinflusst die Sonne, die Entwicklung des Geländes, die Architektur des Bauwerks und die Art seiner saisonalen Nutzung (Abbildung 26).
Abbildung 26. Einfrieren der Baustelle:
1 – Fundamentplatte; 2 – geschätzte Gefriertiefe; 3 – Gefriergrenze tagsüber; 4 – Nachtgefriergrenze
Die Unebenheit der Dicke der Schneedecke beeinflusst den Unterschied in der Bodenaufhebung am stärksten. Offensichtlich ist die Gefriertiefe umso höher, je dünner die Schneedecke, je niedriger die Lufttemperatur und je länger die Wirkung anhält.
Wenn wir ein Konzept wie die Frostdauer (Zeit in Stunden multipliziert mit der durchschnittlichen täglichen Lufttemperatur unter Null) einführen, kann die Gefriertiefe von Lehmböden mit durchschnittlicher Luftfeuchtigkeit in der Grafik dargestellt werden (Abbildung 27).
Abbildung 27. Abhängigkeit der Gefriertiefe von der Schneedeckendicke
Die Frostdauer für jede Region ist ein durchschnittlicher statistischer Parameter, der für einen einzelnen Entwickler sehr schwer einzuschätzen ist, weil Dies erfordert eine stündliche Überwachung der Lufttemperatur während der kalten Jahreszeit. In einer äußerst näherungsweisen Berechnung ist dies jedoch möglich.
Beispiel
Wenn die durchschnittliche tägliche Wintertemperatur etwa -15 °C beträgt und ihre Dauer 100 Tage beträgt (Frostdauer = 100 24 15 = 36000), dann beträgt die Gefriertiefe bei einer Schneedecke von 15 cm Dicke 1 m und bei einer Dicke von 1 m von 50 cm - 0,35 m.
Wenn eine dicke Schneedecke den Boden wie eine Decke bedeckt, steigt die Gefriergrenze; Gleichzeitig ändert sich sein Pegel Tag und Nacht kaum. Wenn nachts keine Schneedecke vorhanden ist, sinkt die Frostgrenze deutlich und tagsüber, wenn die Sonne wärmer wird, steigt sie an. Der Unterschied zwischen den Nacht- und Tagesniveaus der Bodengefriergrenze macht sich besonders dort bemerkbar, wo keine oder nur geringe Schneedecke vorhanden ist und der Boden sehr feucht ist. Auch das Vorhandensein eines Hauses beeinflusst die Gefriertiefe, denn das Haus stellt eine Art Wärmedämmung dar, auch wenn niemand darin wohnt (die unterirdischen Lüftungsschlitze sind im Winter geschlossen).
Der Standort, an dem das Haus steht, kann ein sehr komplexes Muster aus Gefrieren und Heben des Bodens aufweisen.
Beispielsweise kann mittelschwerer Boden entlang des Außenumfangs eines Hauses, wenn er bis zu einer Tiefe von 1,4 m gefroren ist, um fast 10 cm ansteigen, während trockenerer und wärmerer Boden unter dem mittleren Teil des Hauses fast auf Sommerniveau bleibt.
Auch rund um das Haus herrscht ungleichmäßiges Gefrieren. Näher am Frühling ist der Boden auf der Südseite des Gebäudes oft feuchter und die Schneeschicht darüber ist dünner als auf der Nordseite. Daher erwärmt sich der Boden auf der Südseite im Gegensatz zur Nordseite des Hauses tagsüber besser und gefriert nachts stärker.
Aus Erfahrung
Im Frühjahr, Mitte März, beschloss ich zu überprüfen, wie der Boden unter dem gebauten Haus „läuft“. An den Ecken des Fundaments (innen) wurden Stäbe in Gehwegplatten einbetoniert, entlang derer ich die Setzung des Fundaments durch das Gewicht des Hauses überprüfte. Auf der Nordseite stieg der Boden um 2 und 1,5 cm, auf der Südseite um 7 und 10 cm. Der Wasserspiegel im Brunnen lag zu diesem Zeitpunkt 4 m unter der Erde.
Somit manifestiert sich die Unebenheit des Gefrierens in der Region nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich. Die Gefriertiefe unterliegt saisonalen und tagesaktuellen Schwankungen in sehr großen Grenzen und kann auch in kleinen Gebieten, insbesondere in bebauten Gebieten, stark variieren.
Indem Sie an einer Stelle des Geländes große Schneeflächen räumen und an einer anderen Stelle Schneeverwehungen erzeugen, können Sie zu einer spürbaren ungleichmäßigen Vereisung des Bodens führen. Es ist bekannt, dass das Pflanzen von Sträuchern rund um das Haus den Schnee zurückhält und die Gefriertiefe um das Zwei- bis Dreifache verringert, was in der Grafik deutlich zu erkennen ist (Abbildung 27).
Das Schneeräumen von schmalen Wegen hat keinen großen Einfluss auf den Gefriergrad des Bodens. Wenn Sie sich entscheiden, eine Eislaufbahn in der Nähe Ihres Hauses zu füllen oder eine Fläche für Ihr Auto freizumachen, müssen Sie in diesem Bereich mit größeren Unebenheiten beim Gefrieren des Bodens unter dem Fundament des Hauses rechnen.
Seitliche Adhäsionskräfte gefrorener Boden mit den Seitenwänden des Fundaments ist die andere Seite der Manifestation von Hebephänomenen. Diese Kräfte sind sehr hoch und können 5 bis 7 Tonnen pro Quadratmeter der Seitenfläche des Fundaments erreichen. Ähnliche Kräfte entstehen, wenn die Oberfläche der Säule uneben ist und keine wasserabweisende Beschichtung aufweist. Bei einer so starken Haftung von gefrorenem Boden auf Beton wirkt auf einen in einer Tiefe von 1,5 m verlegten Pfeiler mit einem Durchmesser von 25 cm eine vertikale Auftriebskraft von bis zu 8 Tonnen.
Wie entstehen und wirken diese Kräfte, wie manifestieren sie sich im realen Stiftungsleben?
Nehmen wir zum Beispiel die Unterstützung eines Säulenfundaments unter einem Leuchtturm. Bei wogendem Boden wird die Tiefe der Stützen auf die berechnete Gefriertiefe eingestellt (Abbildung 28, a). Angesichts des geringen Gewichts der Struktur selbst können die Kräfte des Frosts sie anheben, und zwar auf höchst unvorhersehbare Weise.
Abbildung 28. Anheben des Fundaments durch seitliche Adhäsionskräfte:
A – Säulenfundament; B – Säulenstreifenfundament mit TISE-Technologie;
1 – Stiftungsunterstützung; 2 – gefrorener Boden; 3 – Gefriergrenze; 4 – Lufthohlraum
Zu Beginn des Winters beginnt die Frostgrenze zu sinken. Gefrorener, fester Boden greift mit starken Adhäsionskräften an der Spitze der Säule. Doch neben der Erhöhung der Adhäsionskräfte nimmt auch das Volumen des gefrorenen Bodens zu, wodurch die oberen Bodenschichten ansteigen und versuchen, die Stützen aus dem Boden zu ziehen. Das Gewicht des Hauses und die Kräfte beim Einbetten der Säule in den Boden lassen dies jedoch nicht zu, solange die gefrorene Bodenschicht dünn und die Haftfläche der Säule damit klein ist. Wenn sich die Gefrierlinie nach unten verschiebt, vergrößert sich die Haftfläche zwischen dem gefrorenen Boden und der Säule. Es kommt der Moment, in dem die Adhäsionskräfte des gefrorenen Bodens an den Seitenwänden des Fundaments das Gewicht des Hauses übersteigen. Der gefrorene Boden zieht die Säule heraus und hinterlässt einen Hohlraum darunter, der sich sofort mit Wasser und Tonpartikeln füllt. Im Laufe einer Saison kann ein solcher Pfeiler auf stark aufgewühlten Böden um 5–10 cm ansteigen. Der Anstieg der Fundamentstützen unter einem Haus erfolgt in der Regel ungleichmäßig. Nach dem Auftauen des gefrorenen Bodens kehrt der Fundamentpfeiler in der Regel nicht von selbst an seinen ursprünglichen Platz zurück. Mit jeder Jahreszeit nimmt die Unebenheit der aus dem Boden kommenden Stützen zu, das Haus kippt und verfällt. Die „Behandlung“ eines solchen Fundaments ist eine schwierige und kostspielige Aufgabe.
Diese Kraft kann um das 4...6-fache reduziert werden, indem die Oberfläche des Brunnens mit einem in den Brunnen eingelegten Dachpappenmantel geglättet wird, bevor er mit Betonmischung gefüllt wird.
Ein erdverlegtes Streifenfundament kann auf die gleiche Weise entstehen, wenn es keine glatte Seitenfläche hat und nicht durch ein schweres Haus oder Betonböden von oben belastet wird (Abbildung 4).
Die Grundregel für zurückgesetzte Streifen- und Säulenfundamente (ohne Aufweitung nach unten): Der Bau des Fundaments und die Belastung mit dem Gewicht des Hauses sollten in einer Saison abgeschlossen sein.
Der mit der TISE-Technologie hergestellte Fundamentpfeiler (Abbildung 28, b) hebt sich aufgrund der geringeren Ausdehnung des Pfeilers aufgrund der Adhäsionskräfte des hebenden gefrorenen Bodens nicht. Wenn jedoch nicht zu erwarten ist, dass das Haus in derselben Saison belastet wird, muss ein solcher Pfeiler über eine zuverlässige Verstärkung (4 Stäbe mit einem Durchmesser von 10 bis 12 mm) verfügen, die verhindert, dass der Pfeiler ausfährt vom zylindrischen getrennt wird. Die unbestrittenen Vorteile der TISE-Stütze sind ihre hohe Tragfähigkeit und die Tatsache, dass sie ohne Belastung von oben überwintern kann. Kein noch so starker Frost kann ihn heben.
Seitliche Adhäsionskräfte können für Entwickler, die ein Säulenfundament mit großem Tragfähigkeitsspielraum bauen, ein trauriger Scherz sein. Zusätzliche Grundpfeiler können tatsächlich unnötig sein.
Aus der Praxis
Auf Fundamentpfeilern wurde ein Holzhaus mit einer großen verglasten Veranda errichtet. Lehm und hohe Grundwasserstände erforderten eine Fundamentverlegung unterhalb der Frosttiefe. Der Boden der breiten Veranda erforderte eine Zwischenstütze. Fast alles wurde richtig gemacht. Allerdings stieg der Boden über den Winter um fast 10 cm an (Abbildung 29).
Abbildung 29. Zerstörung der Verandadecke durch die Adhäsionskräfte des gefrorenen Bodens an der Stütze
Der Grund für diese Zerstörung ist klar. Wenn die Wände von Haus und Veranda mit ihrem Gewicht die Adhäsionskräfte der Fundamentpfeiler mit gefrorenem Boden ausgleichen konnten, konnten leichte Bodenbalken dies nicht leisten
Was hätte getan werden sollen?
Reduzieren Sie entweder die Anzahl der zentralen Fundamentpfeiler oder deren Durchmesser deutlich. Die Haftkräfte könnten reduziert werden, indem man die Fundamentpfeiler mit mehreren Lagen Abdichtung (Teerpappe, Dachpappe) umwickelt oder eine grobe Sandschicht um den Pfeiler legt. Eine Zerstörung könnte auch durch die Schaffung eines massiven Gitterbandes vermieden werden, das diese Stützen verbindet. Eine andere Möglichkeit, die Höhe solcher Stützen zu verringern, besteht darin, sie durch ein flaches Säulenfundament zu ersetzen.
Extrusion– die greifbarste Ursache für Verformung und Zerstörung des über der Gefriertiefe gelegten Fundaments.
Wie lässt sich das erklären?
Extrusion ist erforderlich Tagegeld das Vorbeigehen der Gefriergrenze an der unteren Auflageebene des Fundaments, das viel häufiger vorkommt als das Abheben von Stützen aus seitlichen Adhäsionskräften saisonal Charakter.
Um die Natur dieser Kräfte besser zu verstehen, stellen wir uns gefrorenen Boden in Form einer Platte vor. Im Winter wird ein Haus oder ein anderes Bauwerk in dieser steinähnlichen Platte fest eingefroren.
Die wichtigsten Manifestationen dieses Prozesses sind im Frühjahr sichtbar. Auf der Südseite des Hauses ist es tagsüber recht warm (auch bei Windstille kann man dort sonnenbaden). Die Schneedecke schmolz und der Boden wurde mit Frühlingstropfen durchnässt. Dunkler Boden absorbiert Sonnenlicht gut und erwärmt sich.
In einer sternenklaren Nacht im zeitigen Frühling besonders kalt (Abbildung 30). Der Boden unter dem Dachüberstand gefriert stark. Unter einer gefrorenen Bodenplatte wächst ein Felsvorsprung, der durch die Kraft der Platte selbst den darunter liegenden Boden stark verdichtet, da sich nasser Boden beim Gefrieren ausdehnt. Die Kräfte einer solchen Bodenverdichtung sind enorm.
Abbildung 30. Gefrorene Bodenplatte bei Nacht:
1 – Platte aus gefrorenem Boden; 2 – Gefriergrenze; 3 – Richtung der Bodenverdichtung
Eine 1,5 m dicke Platte aus gefrorenem Boden mit den Maßen 10 x 10 m wiegt mehr als 200 Tonnen. Der Boden unter dem Felsvorsprung wird mit ungefähr der gleichen Kraft verdichtet. Nach einer solchen Einwirkung wird der Ton unter dem Vorsprung der „Platte“ sehr dicht und praktisch wasserdicht.
Der Tag ist gekommen. Der dunkle Boden in der Nähe des Hauses wird durch die Sonne besonders erhitzt (Abbildung 31). Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit erhöht sich auch seine Wärmeleitfähigkeit. Die Gefriergrenze steigt (unter der Kante geschieht dies besonders schnell). Mit dem Auftauen des Bodens verringert sich auch sein Volumen; der Boden unter der Stütze lockert sich und fällt beim Auftauen unter seinem Eigengewicht schichtweise ab. Im Boden bilden sich viele Risse, die von oben mit Wasser und einer Suspension aus Tonpartikeln gefüllt werden. Gleichzeitig wird das Haus durch die Adhäsionskräfte zwischen dem Fundament und der gefrorenen Bodenplatte sowie der Stütze entlang des restlichen Umfangs gehalten.
Abbildung 31. Gefrorene Bodenplatte im Laufe des Tages:
1 – Platte aus gefrorenem Boden; 2 – Gefriergrenze (Nacht); 3 – Gefriergrenze (Tag); 4 – Auftaukammer
Als die Nacht hereinbricht Mit Wasser gefüllte Hohlräume gefrieren, vergrößern ihr Volumen und verwandeln sich in sogenannte „Eislinsen“. Wenn die Amplitude des Anstiegs und Abfalls der Gefriergrenze an einem Tag 30–40 cm beträgt, nimmt die Dicke des Hohlraums um 3–4 cm zu. Mit der Vergrößerung des Linsenvolumens nimmt auch unsere Unterstützung zu . Über mehrere solcher Tage und Nächte steigt die Stütze, wenn sie nicht stark belastet ist, manchmal wie ein Wagenheber um 10–15 cm an und ruht auf sehr stark verdichtetem Boden unter der Platte.
Zurück zu unserer Platte stellen wir fest, dass das Streifenfundament die Integrität der Platte selbst verletzt. Es wird entlang der Seitenfläche des Fundaments geschnitten, da die Bitumenbeschichtung, mit der es bedeckt ist, keine gute Haftung zwischen dem Fundament und dem gefrorenen Boden herstellt. Die Platte aus gefrorenem Boden, die mit ihrem Vorsprung Druck auf den Boden ausübt, beginnt sich zu erheben, und die Bruchzone der Platte beginnt sich zu öffnen und sich mit Feuchtigkeit und Tonpartikeln zu füllen. Wenn das Band unterhalb der Gefriertiefe vergraben wird, hebt sich die Platte, ohne das Haus selbst zu beeinträchtigen. Wenn die Tiefe des Fundaments höher ist als die Gefriertiefe, hebt der Druck des gefrorenen Bodens das Fundament an und seine Zerstörung ist unvermeidlich (Abbildung 32).
Abbildung 32. Platte aus gefrorenem Boden mit einer Verwerfung entlang des Fundamentstreifens:
1 – Teller; 2 – Fehler
Es ist interessant, sich eine auf den Kopf gestellte Platte gefrorener Erde vorzustellen. Hierbei handelt es sich um eine relativ ebene Fläche, auf der nachts an manchen Stellen (wo kein Schnee liegt) Hügel wachsen, die sich tagsüber in Seen verwandeln. Wenn Sie die Platte nun wieder in ihre ursprüngliche Position bringen, entstehen genau dort, wo die Hügel waren, Eislinsen im Boden. An diesen Stellen ist der Boden unterhalb der Gefriertiefe stark verdichtet, darüber hingegen gelockert. Dieses Phänomen tritt nicht nur in bebauten Gebieten auf, sondern auch überall dort, wo es zu Ungleichmäßigkeiten in der Bodenerwärmung und in der Dicke der Schneedecke kommt. Nach diesem Schema entstehen in tonigen Böden Eislinsen, die Fachleuten wohlbekannt sind. Die Bildung von Tonlinsen in Sandböden ist von gleicher Natur, allerdings dauern diese Prozesse viel länger.
Errichtung eines flachen Fundamentpfeilers
Die Fundamentsäule wird mit gefrorenem Boden angehoben, indem täglich die Gefrierlinie an ihrer Basis vorbeigeführt wird. So läuft der Prozess ab.
Bis die Gefrierlinie des Bodens unter die Auflagefläche der Säule fällt, ist die Stütze selbst bewegungslos (Abbildung 33, a). Sobald die Gefrierlinie unter die Fundamentbasis sinkt, beginnt der „Wagenheber“ der Hubvorgänge sofort zu arbeiten. Die unter der Stütze befindliche gefrorene Bodenschicht, deren Volumen zunimmt, hebt sie an (Abbildung 33, b). Die Frostkräfte in wassergesättigten Böden sind sehr hoch und erreichen 10…15 t/m². Bei der nächsten Erwärmung taut die gefrorene Bodenschicht unter der Stütze auf und nimmt um 10 % an Volumen ab. Der Träger selbst wird durch die Kräfte seiner Haftung an der gefrorenen Bodenplatte in einer angehobenen Position gehalten. Wasser mit Bodenpartikeln sickert in den Spalt unter der Stützsohle ein (Abbildung 33, c). Mit der nächsten Verringerung der Gefriergrenze gefriert das Wasser im Hohlraum und die gefrorene Bodenschicht unter der Stütze hebt mit zunehmendem Volumen die Fundamentsäule weiter an (Abbildung 33, d).
Es ist zu beachten, dass dieser Vorgang des Anhebens der Fundamentstützen täglicher (mehrfacher) Natur ist und die Extrusion der Stützen durch Adhäsionskräfte mit gefrorenem Boden saisonal ist (einmal pro Saison).
Bei einer großen vertikalen Belastung der Säule hebt sich der durch den Druck von oben stark verdichtete Boden unter der Stütze leicht und beim Auftauen des gefrorenen Bodens wird Wasser unter der Stütze selbst durch ihre dünne Struktur herausgedrückt. In diesem Fall kommt es praktisch zu keinem Abheben der Stütze.
Abbildung 33. Anheben des Fundamentpfeilers mit wogendem Boden;
A, B – oberes Niveau der Frostgrenze; B, D – unteres Niveau der Frostgrenze;
1 – Grillband; 2 – Grundpfeiler; 3 – gefrorener Boden; 4 – obere Position der Frostgrenze; 5 – untere Position der Frostgrenze; 6 – Mischung aus Wasser und Ton; 7 – Mischung aus Eis und Ton
