При какой температуре замерзает земля в огороде

Какая земля промерзает быстрее, сухая или влажная и почему?

Вопрос имеет практическое значение. Обнаружил, что почва на огороде начала замерзать, и она очень сухая, ни снега, ни дождя перед внезапно наступившим похолоданием не было. Поскольку снега нет, то нужно знать, как глубоко промерзнет грунт за неделю или две, потом холод отступить, либо подвалит снега.

Конечно сухая промерзает быстрее. Это очень легко вычислить. Допустим, на Ваш участок (сухая земля) и на участок соседа (влажная, или даже мокрая земля) принесло холодный воздух (одинаковой температуры). Он начинает забирать тепло от земли, согреваться, и уступает место следующей порции. Передаче тепла от более глубоких слоёв, препятствует первый слой земли. Пусть, в первом приближении теплопроводность сухой и влажной земли даже одинакова, и снижение температуры (промерзание) идёт одинаково. Но вот на пути попался влажный участок. Влага в нём сначала должна замёрзнуть, т.е. на это "тратится" некоторое количество холода. За это время сухая земля успеет промёрзнуть на большую глубину.

От чего зависит температура почвы кратко

От температуры почвы зависят поступление воды в корни растений, минеральное питание, рост и дыхание корней.

С температурой почвы связаны скорость и интенсивность почвенных процессов, определяющих ее плодородие. К ним относятся разложение и гумификация растительных остатков, структурообразование, передвижение почвенных растворов, обменные реакции между твердой и жидкой фазами. Температура почвы влияет на состав почвенного воздуха, а также на температуру приземного слоя воздуха. Большая теплоемкость, медленное накопление энергии и постепенная теплоотдача обеспечивают относительную стабильность температурного режима почвы для роста и развития растений, отсутствие резких колебаний температуры.

Тепловой (температурный) режим почв — это изменение температуры на разных глубинах почвенного профиля в разные сроки. Различают суточный и годовой ход температуры почвы. Каждый тип почвы имеет свой характерный ход температуры на разных глубинах. Основной показатель теплового режима почвы — средняя температура на глубине 20 см.

Суточная динамика температуры почвы наиболее выражена в слое 0—50 см, причем колебания температуры на поверхности почв максимальны. Днем тепловой поток направлен сверху вниз, ночью — снизу вверх. Глубже 0,5 м колебания суточных температур практически затухают. Годовой ход температуры почв имеет большую амплитуду колебаний, чем суточный, и распространяется на глубину до 3—4 м. На глубине 6 м годовая температура колеблется меньше, чем на 1 °С. Равновесие между температурой приземного воздуха и почвы устанавливается с запозданием, которое возрастает с глубиной. Максимум температуры на глубине 3 м устанавливается на несколько месяцев позже, чем на поверхности.

Температурный режим почв связан с географическим положением и тепловыми свойствами. На годовой ход температуры почв оказывают влияние растительный покров, экспозиция склона, мощность снежного покрова, влажность. В зависимости от значений среднегодовой температуры, длительности и глубины промерзания почвы выделяются четыре типа теплового (температурного) режима почвы: мерзлотный, длительно-сезонно-промерзающий, сезонно-промерзающий и непромерзающий.

Мерзлотный тип температурного режима

Среднегодовая температура почвы на глубине 0—20 см — отрицательная. Сезонное промерзание почвы достигает глубины многолетнемерзлых пород (многолетней мерзлоты). Сумма активных температур не превышает 1 500°. Для мерзлотного типа характерна высокая континентальность почвенного климата — от резко континентального (амплитуда колебания температуры почвы до 40°) до умеренно континентального (с амплитудой до 16°). Примером мерзлотного типа температурного режима являются термоизоплеты (линии, соединяющие точки с одинаковой температурой) криоаридной почвы Якутии.

Многолетняя мерзлота является постоянным источником низких температур почвы. Она служит водоупором для талых вод и основным ограничителем мощности корнеобитаемого слоя. В России почвы с мерзлотным типом теплового режима занимают громадные территории — около 10 млн км 2 . Мерзлотный тип почв наблюдается в ряде провинций евроазиатской полярной и восточно-сибирской мерзлотно-таежной областей.

Длительно-сезонно-промерзающий тип

В этом типе почв среднегодовая температура положительная. Глубина проникновения отрицательных температур в почву не меньше 1 м, длительность промерзания на глубине 0,2 м составляет более 5 мес. Этот тип температурного режима характерен главным образом для почв таежной зоны. На рисунке изображены термоизоплеты подзолисто-глеевой почвы, типичные для длительно-сезонно-промерзающего типа. Слишком низкая температура почвы делает физически влажную почву физиологически сухой. Особенно этот эффект проявляется при резко континентальном климате и близком залегании многолетней мерзлоты. Почвы с низкой теплопроводностью (глинистые и торфяные) оттаивают медленнее и на меньшую глубину; песчаные и щебнистые — быстрее и на большую глубину.

Сезонно-промерзающий тип

Среднегодовые значения температуры почвы положительные. Температура самого теплого месяца на глубине 0,2 метра колеблется от +20 до +30 °С, длительность промерзания менее 5 мес. Этот тип температурного режима характерен для почв лесной, лесостепной и степной зон. Для сезонно-промерзающего типа температурного режима почв среднетаежной подзоны типичны термоизоплеты подзолистой почвы.

Непромерзающий тип

Почвы не промерзают. Среднегодовая температура изменяется от +8° до +20°. Этот тип встречается в Приазовско-Предкавказской провинции чернозёмов, а также в субтропиках. Характерным примером непромерзающего типа температурного режима могут служить термоизоплеты почвы зоны влажных субтропических лесов.

Почвенный климат леса по сравнению с полем мягче. Зимой он теплее, а летом прохладнее, суточная амплитуда температур сглаживается. Это связано с экранированием почвы кронами деревьев от солнечных лучей, наличием рыхлой лесной подстилки, обладающей низкой теплопроводностью, а также более длительным залеганием снежного покрова под пологом леса. Особенности температурного режима лесных почв оказывают влияние на интенсивность дыхания почвы и минерализации органического вещества.

Основной источник тепла в почве – лучистая солнечная энергия, которая поглощается поверхностью почвы и превращается в тепловую энергию и только в незначительной степени внутреннее тепло Земли и теплота, выделяющаяся при окислительных процессах и разложении органических веществ.

Тепловой режим почвы совместно с водным и воздушными режимами оказывает большое влияние на:

1) почвообразовательный процесс – скорость выветривания минералов, растворение минеральных веществ и газов, контролирует фазовые переходы в системе почва – почвенный раствор – почвенный воздух;

2) плодородие почвы – численность и активность микроорганизмов, процессы минерализации, гумификации и другие биохимические процессы;

3) жизнедеятельность и продуктивность растений – прорастание семян, развитие корневой системы, скорость поступления питательных элементов и воды, ростовые процессы, транспирация воды.

Оптимальная температура для большинства биохимических процессов почвы 25 – 30 °С.

§1. Тепловые свойства почвы

Тепловое состояние почвы характеризуется показателями температуры ее генетических горизонтов. Совокупность свойств, обусловливающих способность почв поглощать и перемещать в своей толще тепловую энергию, называются тепловыми свойствами. К ним относятся: теплопоглотительная способность (теплопоглощение), теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглощение – способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца, характеризуется величиной альбедо. Альбедо – количество солнечной радиации, отраженное поверхностью почвы по отношению к общей солнечной радиации, достигающей поверхности почвы, выраженное в %. Чем меньше альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации. Альбедо зависит от: 1) цвета, 2) влажности, 3) структурного состояния, 4) содержания гумуса, 5) выровненности поверхности почвы, 6) растительного покрова. Высокогумусированные почвы имеют темную окраску. Поэтому ими поглощается энергии на 10 – 15 % больше, чем светлоокрашенными. По сравнению с песчаными почвами глинистые имеют большую теплопоглотительную способностью. Сухие почвы отражают лучистую энергию на 5 – 11 % больше, чем влажные, бесструктурные с гладкой поверхностью отражают лучи больше, чем оструктуренные с шероховатой поверхностью. Почвы участков, имеющих наклон к югу, поглощают солнечного тепла больше, чем почвы склонов, обращенных на север. Растительный покров, наоборот, уменьшает теплопоглощение.

Теплоемкость – это способность почвы вмещать в себя и удерживать то или иное количество тепла. Измеряется количеством тепла в калориях, необходимого для нагревания 1см 3 или 1 г почвы на 1 °С, в связи с чем различают объемную и удельную теплоемкость почв (первая больше второй).

Составные части почвы имеют различную теплоемкость: удельная теплоемкость воды наивысшая – 1,0, гумуса – 0,477, глины – 0,233, кварца – 0,198 и наименьшая теплоемкость у почвенного воздуха.

Следовательно, теплоемкость почвы зависит от: ● минералогического состава; ● гранулометрического состава; ● пористости и содержания воды и воздуха; ● содержания органического вещества.

Теплота, поступающая на поверхность почв, под действием градиента температур перераспределяется в почвенном профиле. Этот процесс называется теплообменом и зависит от теплопроводности.

Теплопроводность – это способность почв проводить тепло от более нагретых слоев к более холодным. Измеряется количеством тепла в калориях, которое проходит за 1 с через 1 см 2 слоя почвы толщиной 1 см. Она зависит от: ● минералогического и гранулометрического состава; ● содержания воздуха и влажности; ● плотности почвы; ● теплопроводности составных частей почвы.

Чем крупнее механические элементы, тем больше теплопроводность. Так, теплопроводность крупнозернистого песка при одинаковой пористости и влажности в 2 раза больше, чем фракции крупной пыли. Наименьшей теплопроводностью обладает воздух, затем – гумус, несколько лучшей – вода, наибольшей – минеральная часть почвы. По теплопроводности твердая фаза почвы примерно в 100 раз превышает воздух, в 28 раз воду. Поэтому рыхлая, сухая, высокогумусированная почва имеет более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотная, влажная, с небольшим количеством гумуса, тем хуже она проводит тепло, т.е. тем длительнее удерживается в ней аккумулированная солнечная теплота.

На низких влажных местах с большим количеством органики слабая теплопроводность часто провоцирует заморозки на поверхности почвы весной и осенью, а сильно заторфованные почвы северных широт способствуют подъему уровня вечной мерзлоты и продвижению ее в более южные районы. Сухие поверхностные слои южных почв являются своеобразным экраном, предохраняющим внутренние слои от перегрева (поверхность черноземов летом в полдень достигает 40 – 50 о С, песков в Каракумах – 70 – 80 о С).

§2. Тепловой режим почв и его регулирование

Совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла называется тепловым режимом почвы. Он формируется под влиянием климата (потока солнечной радиации, условий увлажнения, континентальности и др.), а также условий рельефа, растительности и снежного покрова. Основным показателем теплового режима почвы, который характеризует ее тепловое состояние, является температура почвы.

Температура почвы определяется притоком солнечной радиации и тепловыми свойствами самой почвы. В связи с суточной и годичной цикличностью в поступлении радиации Солнца для температуры почвенного профиля характерна суточная и годовая периодичность.

Наибольшие суточные колебания температуры наблюдаются на поверхности почвы и имеют синусоидальный характер. Максимальная температура поверхности почвы наблюдается около 13 ч, минимальная – ночью. С глубиной суточная амплитуда изменений температуры значительно снижается и затухает на глубине около 50 см. Скорость передачи тепла вглубь профиля замедляется, поэтому максимум и минимум суточных температур на разных глубинах почвы наступает в разное время. В среднем имеет место запаздывание в 2 – 3 ч на каждые 10 см глубины. В связи с особенностями каждого типа почв на фоне общего характера суточного хода температур каждому из типов присущи свои особенности.

Годовая динамика температуры зависит от природной зоны, имеет большую амплитуду колебаний и выражена на большей глубине, чем суточные. Наиболее резкие годовые колебания температуры происходят на поверхности почв, с глубиной они затухают. Зона активной выраженности сезонной динамики ограничена 3 – 4 метровым слоем, на глубине 6 м годовая температура колеблется менее чем на 1 о С.

Годовой ход температуры характеризуется проявлением двух периодов: летнего с потоком тепла от верхних горизонтов к нижним (период нагревания почвы) и зимнего – с потоком тепла от нижних к верхним (период охлаждения почвы). В умеренных широтах максимум среднесуточной температуры поверхности почвы наблюдается обычно в июле – августе, а минимум – в январе – феврале. Летом самая высокая температура отмечается в верхних горизонтах, с глубиной она снижается; зимой верхние горизонты имеют наименьшую температуру, а с глубиной она повышается. Вследствие инерционности теплопереноса в почвенной толще установление максимальной температуры почв отстает от максимума температур воздуха (на глубине 3 м максимум устанавливается на несколько месяцев позже, чем на поверхности).

Большое влияние на годовое изменение температуры почвы оказывает растительность, она предохраняет поверхность почвы от резких колебаний температуры. В районах с холодными зимами и выпадением снега значение для формирования температурного режима имеют промерзание почвы, мощность и длительность сохранения снежного покрова (чем он мощнее, рыхлее и чем длительнее сохраняется, тем больше утепляет почву и снижает глубину ее промерзания). Почва начинает замерзать при температуре несколько ниже 0 °С, поскольку в почвенном растворе всегда содержатся растворимые вещества, понижающие температуру замерзания. Под снегом почва промерзает на незначительную глубину, а в бесснежные зимы или при сдувании снега ветром почва может промерзать на глубину 0,7 – 0,9 м и более. Вот почему снегозадержание проводят не только для накопления влаги в почве, но и для сохранения тепла.

Влияние деятельности человека на промерзание почвы связано с изменением состояния растительного покрова, условий увлажнения на территории. Уничтожение растительности (вырубка леса и пр.) уменьшает накопление снега и способствует увеличению глубины промерзания.

Каждый почвенный тип в соответствии с зональностью поступления солнечной радиации, распространением растительности характеризуется определенным температурным режимом. В настоящее время принята следующая систематика тепловых режимов почвы (В.Н. Димо, 1972):

1) мерзлотный тип характерен для территорий с многолетней мерзлотой, где среднегодовая температура профиля почвы отрицательная, преобладает процесс охлаждения. Сезонное промерзание и оттаивание наблюдается до верхней границы многолетнемерзлых пород. Распространен в Евроазиатской полярной и Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной почвенных областях.

2) длительно сезоннопромерзающий тип характерен для областей, где преобладает положительная среднегодовая температура почвенного профиля, длительность промерзания не менее 5 месяцев. Глубина проникновения отрицательных температур не менее 1 м, но до многолетнемерзлотных пород не доходит (их может и не быть).

3) сезоннопромерзающий тип отличается положительной годовой температурой; вечная мерзлота отсутствует, промерзание почвы продолжается не более 4 – 5 мес.

4) непромерзающий тип имеет положительную среднегодовую температуру по профилю, промерзание почв не проявляются даже в самый холодный месяц. Наблюдается в областях субтропических, тропических поясов, теплая европейская часть умеренного пояса.

При определении тепловых условий почвы определяют: сумму температур выше 10 о С в горизонте почвы 0 – 20 см, длительность вегетационного периода (выше 10 о С) на той же глубине, длительность и глубину промерзания.

Существенное изменение в характер теплового режима почвы вносит их распашка. Температурный режим становиться более контрастным. Так, на пахотном типичном черноземе под пропашными культурами суточная амплитуда достигает 35 – 57 о С, в то время как на целине не более 18 – 23 о С. В холодное полугодие они охлаждаются быстрее и глубже, а сам период с отрицательными температурами на 20 – 30 дней длиннее, чем у целинных.

Под разными культурами температурный режим пахотных почв также различается.

Регулирование теплового режима почв. Регулирование теплового режима имеет важное значение для обеспечения оптимальных условий роста растений. Улучшение теплового режима почв основывается на осуществлении приемов, регулирующих приток солнечной радиации, и приемов, ослабляющих или повышающих ее потери за счет теплоотдачи в атмосферу. В летнее время в северных районах с повышенным увлажнением почв и меньшим притоком солнечной радиации эти мероприятия преследуют цель повышения температуры почвы, в южных засушливых – понижение.

Различают агротехнические, агромелиоративные и агрометеорологические приемы регулирования теплового режима почв. К агротехническим приемам относят прикатывание, гребневание, оставление стерни, мульчирование; к агромелиоративным – орошение, осушение, лесные полосы, борьбу с засухой; к агрометеорологическим – борьбу с заморозками, меры по снижению излучения тепла из почвы и др.

К приемам, регулирующим приток солнечного тепла к поверхности почвы, относятся затенение почвы растительностью, мульчей, рыхление и прикатывание поверхности почвы, гребневые и грядковые посевы.

Растительный покров затеняет поверхность почвы, ослабляет приток к ней солнечного тепла и способствует понижению температуры. Поэтому в жарких районах ряд культур (табак, кофе) возделывают под пологом древесных пород (в затенении). В этих же целях создают кулисы из высокостебельных растений и устраивают легкие навесы.

В летний период лесные полосы понижают температуру почвы не только в самой полосе, но и в межполосном пространстве, что способствует большей устойчивости посевов к действию суховеев. В зимнее время способствуют накоплению снега, который утепляет почву, уменьшает скорость ветра и тем самым снижает вертикальный обмен приземного слоя воздуха с атмосферой.

Гребневание способствует лучшему прогреванию почвы, усиливает теплообмен воздуха с почвой, повышает устойчивость растений к заморозкам. Прикатывание повышает среднесуточную температуру на 3 – 5 °С в 10 см слое, залегающем ниже уплотненной прослойки. Мульчирование поверхности почвы торфом, соломой и другими материалами широко применяют для регулирования температуры почвы, особенно в овощеводстве. Белое покрытие применяют для снижения избыточного нагревания почвы и, наоборот, темные материалы (черная бумага, темная торфяная крошка) способствуют большему притоку тепла. Любое мульчирующее покрытие заметно снижает испарение, а следовательно, и расход тепла. При мульчировании сглаживаются суточные колебания температуры почвы. Органические удобрения повышают температуру почвы.

Рыхление поверхностного слоя способствуют более быстрому обмену тепла в почве. Шероховатая поверхность обработанной почвы днем сильнее поглощает солнечную энергию, но ночью больше ее и излучает по сравнению с плотной поверхностью. Рыхление почвы увеличивает ее теплопроводность и уменьшает альбедо. Этот прием способствует снижению температуры почвы днем и сохранению тепла ночью.

Все агромелиоративные мероприятия, изменяющие водный режим, так или иначе меняют и температурный режим почв. В южных районах орошение предохраняет почву от перегрева. В северных районах для более интенсивного прогревания почв весной используют дренаж почв. Осушение торфяных почв приводит к повышению температуры верхних горизонтов в дневные часы летом и несколько снижает ночью по сравнению с неосушенными почвами. В районах северного земледелия при осушении торфяных почв заметно ухудшается их прогревание в весенне-летний период, так как улучшается аэрация и снижается теплопроводность. Поэтому на некоторой глубине осушенных почв длительно сохраняются мерзлотные прослойки, что замедляет развитие активных микробиологических процессов.

Действенным приемом регулирования теплового режима в холодный период являются снежные мелиорации, которые одновременно являются и важным средством накопления в почве влаги. Его широко применяют в засушливых и континентальных районах Земли – на юге и юго-востоке Украины, России, в Западной Сибири, Северном Казахстане и других регионах, где снежный покров обычно невелик, а сильные морозы при небольшом снежном покрове могут сильно повредить посевы озимых, плодово-ягодные и другие культуры. Снегозадержание проводят с помощью лесных полос, кулис, высокой стерни, щитов и др.

Приемы регулирования теплового режима осуществляют с учетом почвенно-климатических и погодных условий и особенностей растений.

Температура почвы и температура воздуха. Все о температуре почвы

Разные культуры можно высаживать дедовским способом: в одно и то же время каждый год. Однако климат меняется, соответственно, и температура почвы становится другой. Каждому растению для развития требуются свои условия, и первое на что надо обращать внимание – это состояние почвы.

В нашей статье объясним подробно, когда семя готово прорасти в земле и как узнать, что пора заняться посадкой; что понадобится для измерения температуры почвы и как быть, если нет нужных приборов под рукой; по каким народным приметам можно ориентироваться, что пришло время высаживать растения.

Тепловые характеристики почвы

Температура почвы очень важна для посадки, поскольку от этого показателя зависит поступление влаги и минерального питания к корням, рост и дыхание растения. Зимой культуры не высаживают именно потому, что в мороз перестают происходить процессы почвообразования. В прогретой до определенного показателя почвенной среде вновь начинается передвижение воды, возобновляют свою деятельность микробы и так далее. На температуру почвы влияют географическое положение местности и высота над уровнем моря, также имеют значение и свойства самого грунта: его механический состав, состояние влажности, другие свойства.

Глинистая почва при влажном климате летом будет не такой теплой, как почва с легким механическим составом, а вот в зимний период песчаная земля промерзнет сильнее, нежели более связные почвы. Увлажненная земля летом холоднее, чем сухая. Структурный грунт за счет лучшего воздухообмена быстрее прогреется весной, чем бесструктурный. Температура наружного слоя земли всегда более высокая по сравнению с корнеобитаемым слоем.

При какой температуре воздуха почва прогреется до 10 градусов. Подводим итоги Сентябрьского стоп-кадра в 2020/2020 учебном году

В измерении температуры почвы приняли участие Петрозаводск и Санкт-Петербург, Москва и Ижевск, республика Татарстан, Ростовская область и Астраханская область.

Из участников с высокой температурой воздуха в день стоп-кадра начнём анализ с анкеты Черки-Гришинской школы. При температуре воздуха 26°С поверхность воздуха прогрелась до 29°С. При этом, когда они измерили температуру воздуха на глубине 10 см, перепад оказался достаточно значительным – 18°С. На глубине 20 см уже всего 14°С.

У группы Лазорики из станицы Мелиховская исходные данные вроде бы похожи. Высокая температура воздуха – 30°С, температура поверхности почвы – 31°С. А вот дальше начинаются странности: на глубине 10 см – 31°С, а на глубине 20 см – 30°С. Вроде бы интуитивно понятно, что почва прогревается медленно и под слоем земли холоднее, чем на поверхности земли. Человек пользовался этим свойством, выкапывая погреба. Мне кажется, что в этом случае стоило бы уточнить, насколько точно группа Лазорики соблюдала протокол исследования.

А вот из результатов участников из пгт. Красные Баррикады можно понять одну из причин, возникающих при измерении погрешностей. Посмотрите на фотографию, которую они разместили в анкете.

Такую же картину можно видеть и у других участников проекта, работавших с цифровыми датчиками температуры.

Меня очень заинтересовали. Это единственная анкета, в которой отмечено, что чем глубже, тем температура почвы выше, хотя разница небольшая. Впрочем и температура воздуха в Петербурге ниже, чем у большинства остальных участников. Вывод, который сделал учащийся с ником alice30701, совпадает с выводами, которые делали мои собственные учащиеся в стоп-кадрах прошлого года. Осенью почва быстрее остывает с поверхности, а на глубине ещё хранит тепло. Весной, наоборот, чем глубже, тем холоднее, потому что почва постепенно прогревается, начиная с поверхности. (Об этом можно прочесть в статье ниже, посвящённой анализу мартовского стоп-кадра прошлого учебного года).

Соотношение температуры воздуха и почвы. Тепловой режим почв

Теплово́й режи́м почв — совокупность и последовательность всех явлений поступления, перемещения, аккумуляции и расхода тепла в почве на протяжении определенного отрезка времени (так различают суточный и годовой тепловой режимы). Основным показателем теплового режима является температура почвы (на разных глубинах почвенного профиля). Она зависит от климата, рельефа, растительного и снежного покрова, тепловых свойств почвы.

Тепловой режим обусловлен преимущественно радиационным балансом , который зависит от соотношения энергии солнечной радиации , поглощенной почвой, и теплового излучения. Некоторое значение в теплообмене имеют экзо- и эндотермические реакции, протекающие в почве при процессах химического, физико-химического и биохимического характера, а также внутренняя тепловая энергия Земли. Однако два последних фактора оказывают незначительное влияние на термический режим почвы. Количество тепла, приходящее изнутри земного шара к поверхности почвы, составляет всего 55 кал (230 Дж)/см² в год.

Радиационный баланс изменяется в зависимости от широты местности и времени года. В тундре он равен 10-20 ккал (42-84 кДж)/см², в южной тайге — 30-40 (126—167), в черноземной зоне — 30-50 (126—209), а в тропиках превышает 75 ккал (314 кДж)/см² в год.

И величина радиационного баланса, и дальнейшее преобразование фактически поступившего в почву тепла теснейшим образом связаны с тепловыми свойствами почвы: теплоемкостью и теплопроводностью. Однако наиболее крупные изменения в тепловом режиме почв определяются различиями общеклиматических условий. чаще всего о тепловом режиме судят по её температурному режиму. Температурный режим графически изображается в виде термоизоплет — кривых, соединяющих точки одинаковых температур.

Температурный режим почв следует за температурным режимом приземного слоя, но отстает от него. Средние годовые температуры почвы возрастают с севера на юг и с востока на запад. В пределах России и сопредельных государств среднегодовая температура почвы изменяется в пределах от −12 до +20°С. Выделяются 2 области — положительных и отрицательных среднегодовых температур почвы на глубине 20 см. Геоизотерма 0°С проходит по диагонали с северо-запада на юго-восток. Область отрицательных среднегодовых температур на глубине 20 см в основном совпадает с областью распространения многолетнемерзлых пород.

Типы температурного режима почв — по классификации В. Н. Димо выделяются следующие Т. т. р. п.:

Разные культуры можно высаживать дедовским способом: в одно и то же время каждый год. Однако климат меняется, соответственно, и температура почвы становится другой. Каждому растению для развития требуются свои условия, и первое на что надо обращать внимание – это состояние почвы.

В нашей статье объясним подробно, когда семя готово прорасти в земле и как узнать, что пора заняться посадкой; что понадобится для измерения температуры почвы и как быть, если нет нужных приборов под рукой; по каким народным приметам можно ориентироваться, что пришло время высаживать растения.

Тепловые характеристики почвы

Температура почвы очень важна для посадки, поскольку от этого показателя зависит поступление влаги и минерального питания к корням, рост и дыхание растения. Зимой культуры не высаживают именно потому, что в мороз перестают происходить процессы почвообразования. В прогретой до определенного показателя почвенной среде вновь начинается передвижение воды, возобновляют свою деятельность микробы и так далее. На температуру почвы влияют географическое положение местности и высота над уровнем моря, также имеют значение и свойства самого грунта: его механический состав, состояние влажности, другие свойства.

Глинистая почва при влажном климате летом будет не такой теплой, как почва с легким механическим составом, а вот в зимний период песчаная земля промерзнет сильнее, нежели более связные почвы. Увлажненная земля летом холоднее, чем сухая. Структурный грунт за счет лучшего воздухообмена быстрее прогреется весной, чем бесструктурный. Температура наружного слоя земли всегда более высокая по сравнению с корнеобитаемым слоем.

Тут действует следующий принцип: чем больше вглубь, тем температура больше выравнивается и не подвергается сильному нагреванию днем и охлаждению ночью – это характерно лишь для поверхности почвы.

Виды тепловых режимов

Тепловой режим грунта определяется основным источником, который поступает в почву – солнечной энергией. Годовой ход колебаний температуры составляет 12 месяцев, суточный – 24 часа. При увеличении глубины в арифметической прогрессии амплитуда снижается в геометрической прогрессии. Суточные и годовые колебания почвенной температуры чем дальше от поверхности, тем больше сглаживаются, а на определенной глубине колебания и вовсе прекращаются. Так, в среднем на глубине 1 метра устанавливается постоянная суточная температура. Для средних широт этот показатель немного меньше – 70 см.

Запаздывание температуры на глубине прямо пропорционально расстоянию. Распределение происходит следующим образом: суточное изменение происходит в среднем за 2,5-3,5 часа на каждые 10 сантиметров глубины, а годовые – за 20-30 суток на каждые 100 см.

Температура для посадки растений

Для высадки рассады и семян большинства растений нужно, чтобы температура воздуха была выше, чем температура почвы. Только картофель можно высаживать практически при одинаковых температурных режимах: 15-18 градусах тепла на улице и при 10-15 градусах в почве. В средней полосе это первая половина мая, а вот в южных районах период посадки наступает гораздо раньше. Если взять среднее значение температуры почвы для всех культур, то это примерно 12-18 градусов днем и 5-8 градусов в ночное время. Чтобы узнать, достаточно ли прогрелась почва, измерять минимальную температуру нужно утром до рассвета и желательно это делать на глубине высева семян или посадки сеянцев.

К теплолюбивым культурам относят баклажан, кабачок, огурец, перец болгарский, томаты, тыкву. Их нужно сажать при нагреве почвы до 15-18 градусов. Посадку всех видов капусты (брокколи, цветную, пекинскую, белокочанную) можно начинать при 7-10 градусах в почве. Лучше распечатать себе справочную таблицу и иметь под рукой такую памятку. Некоторые ориентируются на лунный календарь, а другие определяют температуру почвы, полагаясь на народные приметы.

Так, зацвела черемуха – можно высаживать картофель. Если береза развернула листочки, почва достаточно нагрелась для высева ранних овощей: редиса, моркови и других.

Как определить?

Данные о температуре почвы нужны не только для сельского хозяйства, но и для решения ряда других задач: строительства, эксплуатации дорог, подземных коммуникационных систем и так далее. В этих случаях актуальность измерения температуры грунта возникает летом. В промышленных целях делают это при помощи специальных датчиков. В домашних условиях температуру почвы измеряют специальными термометрами с длинным щупом. С таким прибором очень легко и быстро можно узнать результат, как говорится, воткнул и все.

Однако особенный градусник для измерения температуры почвы не так уж необходим, ведь для этого подходит даже спиртовой термометр. Надо выкопать яму на глубину 10 сантиметров, установить в ней термометр, присыпать сверху землей. Спустя минут 10 получите результат текущей температуры почвы. В оборудованных теплицах имеются специальные автоматические приборы для таких показаний. Если же их нет, то померить температуру в теплице можно таким же образом, что и в открытом грунте.

Есть еще один способ узнать, насколько прогрелась почва: вкапывают на глубину 10 сантиметров пол-литровую банку с водой. Накрывают ее крышкой и окучивают землей. Через 30 минут разгребают сосуд, открывают его и опускают в него аквариумный термометр. Чтобы получить реальную температуру, процедуру проверки надо производить ранним утром и желательно измерять в разных концах огорода или участка.

Ну и не забывайте о том, что прорастание семян и развитие растений зависят также и от температуры снаружи, а не только в почве.

В следующем видео вас ждет замер температуры почвы с помощью электронного термометра.

При какой температуре промерзает земля

Замерзание почвы – широко распространенное явление. Замерзание влаги в почве, как правило, происходит при температурах ниже 0 о С, поскольку она представляет собой не чистую воду, а раствор солей различных концентраций. Поэтому даже при низких температурах не вся влага находящаяся в почве, замерзает. Прочносвязанная влага и некоторая часть рыхлосвязанной влаги замерзнуть не могут вследствие влияния на них сорбционных сил. Остальная часть влаги вплоть до влаги соответствующей максимальной гигроскопичности замерзает в пределах до —10° С.

Глубина промерзания почвы зависит от многих причин. Наиболее важная из них — толщина снегового покрова. Чем она больше, тем меньше глубина промерзания почвы. Все, что влияет на толщину снегового покрова (мощность растительного покрова, микрорельеф и т. п.), влияет на глубину промерзания почвы. Она зависит от наличия торфа и его мощности, от влажности почвы. Чем больше мощность торфа и чем выше влажность почвы, тем меньше глубина промерзания.

Замерзание почвы начинается обычно с наступлением устойчивых отрицательных температур до образования снежного покрова. Иногда снежный покров устанавливается до наступления температур ниже 0 о С и промерзание почвы начинается уже под тонким снеговым покровом. В дальнейшем мощность промерзшего слоя постепенно нарастает, достигая наибольшей величины в конце января — в феврале.

В феврале или с начала марта, когда снеговой покров еще продолжает оставаться очень мощным или даже нарастает, глубина промерзания начинает уменьшаться вследствие оттаивания почвы снизу. Оттаивание почвы под снегом происходит за счет тепла, находящегося в нижних горизонтах почвы и передаваемого вследствие теплопроводности в верхние ее слои. Такая передача идет непрерывно, но в начале и середине зимы она не может компенсировать потерю тепла, излучаемого из-под тонкого снегового покрова и отдаваемого в сильно охлажденную атмосферу. В конце зимы, когда температуры воздуха становятся выше, а снеговой покров толще и, следовательно, потеря тепла уменьшается, тепло, идущее из нижних слоев почвы, с избытком компенсируя потерю его из верхних слоев, вызывает оттаи­вание почвы снизу.

По Н. А. Качинскому оттаивание может идти двумя путями.

1. Оттаивание, идущее снизу, заканчивается до того, как сойдет снег. Мерзлая прослойка исчезнет у самой поверхности почвы. Этот случай имеет место при мощном снеговом покрове и неглубоком промерзании почвы.

2. Снеговой покров сходит до того, как полностью оттает почва. Оттаивание почвы начинается также снизу, а затем идет одновременно сверху и снизу, и мерзлая прослойка в конце исчезает на той или иной глубине.

Для районов, где среднегодовая температура почвы близка к 0 о С и ниже, характерен третий вариант оттаивания почвы – только сверху, поскольку здесь в глубоких слоях почвы отсутствует запас тепла, который мог бы вызвать оттаивание почвы снизу.

Особое влияние на глубину снежного покрова оказывает лес. В лесу снежный покров всегда более мощный, чем на безлесных пространствах. Поэтому замерзание почвы под лесом либо не наблюдается совсем, либо бывает менее длительным и менее глубоким, причем почва успевает оттаять еще до начала таяния снега. Благодаря этому, а также более медленному таянию снега поглощение почвой талых вод в лесу идет значительно полнее, чем вне его.

Большое влияние а глубину промерзания почвы оказывает лесная подстилка. В опытах с удалением лесной подстилки, глубина промерзания почвы резко возрастала. Существенно влияет на глубину промерзания и состав древостоя. В густых еловых древостоях, где значительное количество снега задерживается на кронах деревьев, вследствие меньшей мощности снегового покрова и большей его плотности глубина промерзания бывает всегда больше.

Промерзание почвы имеет целый ряд неблагоприятных последствий, в частности: понижение водопроницаемости почв, а следовательно усиление поверхностного стока, снижение теплообеспеченности, вымерзание растений, задержка микробиологических и химических процессов, идущих в почве. В то же время можно отметить и положительные следствия этого процесса, в частности, благоприятное влияние на образование структуры в почве, миграция почвенных животных в нижние слои почвы под влиянием замерзания, способствующая разрыхлению почвы и улучшению ее водопроницаемости.

SGround.ru

Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов

Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения

• Home
• Все статьи
• Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения

Связь пучения со скоростью, глубиной промерзания

Оглавление:

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

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.

Какая температура под снегом почвы и воздуха

Первый снег всегда приносит радость и детишкам, и взрослым. Да и в последующие дни выпадение этих осадков никого не оставляет равнодушным. Ребятня забрасывает друг дружку снежками, строят сказочные замки, взрослые становятся на лыжи. Но задумывался ли кто-то над вопросами: «А от чего зависит влажность снега? Почему в одни дни можно слепить снежок, а в другие – снег становится рассыпчатым и ни в какую не хочет сбиваться в шарик?» А ведь ответ лежит на поверхности: все это зависит от влажности и температуры воздуха и почвы под снегом. А вот от чего зависят эти показатели?

Температура почвы под снегом.

Снег, как хороший теплоизолятор, оказывает большое влияние на защиту почвы от промерзания. И чем рыхлее снег, тем сильнее будет почвозащита от воздействия низких температур. Но значение это не однозначное и может отличаться один показатель от другого не только от дальности регионов, но и в пределах одной области или района и зависит от температуры земного покрова в момент выпадения снега. Если снег ложится на глубоко промерзшую почву, а высота снежного покрова не велика, то температура почвы под снегом, на его поверхности и температура воздуха над ним будут почти идентичны. В то же время если в этих районах высота снега достигает 15-20 см., то разница между температурой почвы и снежной поверхности будет составлять 6-8 градусов; при этом поверхность земли будет теплее. С другой стороны, если снег выпадает на непромерзлую землю, а глубина снежного «покрывала» достаточно велика, то температура земли под снегом будет приблизительно от нуля до -0,5 градусов. Это говорит о том, что снег, как плохой проводник тепла, отражающий ультрафиолетовые лучи солнца, надежно защищает верхний слой земли от остывания. В то же время поверхность почвы не может иметь плюсовую температуру, так как в этом случае снег при соприкосновении с землей будет таять.

Опыты ученых показали, что при температуре воздуха -25…-28 градусов и высоте снежного покрова 25 – 30 см температура земли не опускается ниже -10 гр., а на глубине 35 – 40 см – ниже -5 гр. В то же время при температуре воздуха -45 гр. и высотой снега до 1,50 м и при условии, что снег довольно рыхлый, температура почвы не опускается ниже -8 гр. Это еще раз доказывает то, что снег, как надежный щит, закрывает землю от замерзания.

Что теплее – снег или воздух?

Температура снежного покрова зависит как от его толщины, так и от температуры воздуха над ним, а так же и от температуры почвы. Земля, накапливая летом тепло, с наступлением холодов остывает медленно. Снег, как отличный теплоизолятор, покрывая землю, сохраняет это тепло даже в самые сильные морозы. Поэтому температура снега зависит от толщи снежного «покрывала» и температуры воздуха над ним. Если снег прикрыл землю на 10-15 см, то его температура и температура воздуха будут практически одинаковы. В том случае, когда снег ложится глубиной до 120 – 150 см, разница температур может изменяться как непосредственно самого снежного покрова, так и в отношении к температуре воздуха. Снег наверху будет холоднее, чем у поверхности земли, так как забирая у нее тепло, он начинает сам прогреваться. В то же время на поверхность снега оказывает влияние морозный воздух, остужая его. Поэтому на глубине приблизительно 45-50 см его температура будет выше, чем на поверхности приблизительно на 1,5 – 2 гр., а у самой земли – на 4-6 гр. При этом температура воздуха на расстоянии до 1 м будет такая же, как и температура снежного покрова. В то же время на высоте от 1,50 м и выше показатель этот будет значительно ниже.

Согласно опытам ученых температура воздуха, так же как и снега зависит и от времени суток. Наблюдая за исследованиями, они сделали вывод, что наиболее высокая температура снега (-0,5 гр.) наблюдается днем от 13:00 до 15:00, а наиболее низкая (-10) в период с 02:00 до 03:00. В этот же период температура воздуха днем поднималась до +6 гр., а ночью опускалась до –15 гр. Таким образом можно сделать вывод, что температура снега контролируется тремя показателями – температурой воздуха, глубиной снежного покрова и температурой почвы. Изучив эти показатели, можно делать прогнозы во многих отраслях народного хозяйства.

Влияние снега на окружающую среду.

Снег, укрывая землю, сохраняет ее тепло, защищает от замерзания почвы. А это очень важный фактор в первую очередь для сельского хозяйства и в первую очередь для сохранения озимых культур. Посеянные осенью и проросшие зерновые под снежным покровом спокойно переносят даже лютые морозы, в то время, как в местах, где снега нет, а мороз сковывает землю они вымерзают. То же происходит и с садовыми растениями. В бесснежные зимы почва промерзает, что способствует растрескиванию и вымерзанию корней, «ожогам» на коре деревьев.

В то же время резкие перепады температур могут оказать и отрицательное влияние как на природу, так и на деятельность человека. Так при часом изменении температуры воздуха от + до – снег при положительных температурах начинает таять, а затем при ее снижении – подмерзать, что способствует появлению подмерзшей корки. Наст усложняет пользование зимними пастбищами. Талые воды смывают плодородный слой земли, что часто приводит к эрозии почвы. Скопившись в низине, они способствуют вымоканию озимых. Но в настоящее время люди научились контролировать уровень снега. Так, в районах, где снега выпадает мало, на полях ставят специальные щиты, которые задерживают снег. А в местах, где скопляется много талой воды – прорывают водоотводящие каналы.

И все же, невзирая на все отрицательные факторы, мы всегда радуемся этим белым, пушистым звездочкам. Снова и снова с улыбкой следим за детворой, спускающейся на санках со снежной горки, делаем прекрасные фотографии заснеженных деревьев, вместе с малышами лепим снежную бабу. И смеемся, смеемся, смеемся…

Глубина промерзания грунта — таблица

Промерзание грунта – это сложный процесс замерзания грунта, который протекает по разному в каждом конкретном типе грунта. В природных условиях по особенностям промерзания земляного покрова можно выделить 3 типа:

• Суглинки и глина;
• Пески, супеси;
• Средние пески, крупнообмолочные и крупнозернистые грунты.

Температура 0 градусов влияет на замерзание крупнообломочных грунтов, когда заметны границы талого и мерзлого грунта. У мелкодисперсных грунтов температура замерзания гораздо ниже, чем у предыдущих, и все потому, что мелкозернистые покровы состоят из мелких пор и большого количества воды.

Описание грунтов для строительства

Не стоит лишний раз упоминать, что основа дома составляет 20% от общей стоимости, поэтому так важно на данном этапе не допустить ошибок, которые потом будет сложно исправить. Если вы строите легкий коттедж, то подойдет любой тип почвы, за исключением торфяников и ила.

Самым лучшим грунтом для строительства являются скалистый гравельный, и крупные и средние пески, где возможна минимальная глубина заложения фундамента и глубина промерзания грунта оптимальна. Особенность скального грунта в том, что он не сжимается, не размывается водой, не пучинится и не промерзает. Поэтому закладку можно проводить прямо на поверхности, но все зависит от конструктивных особенностей здания.

Основа фундамента – грунт

Наиболее важно определить степень залегания грунтовых вод и глубину промерзания на мелких и пылеватых песках, супесях и суглинках. Определить такую землю просто: опустите кусок земли в воду, если он легко распадется, тогда почва будет проседать под домом при намокании.

Глубина промерзания грунта зависит от географического положения местности. Усредненная глубина для регионов, приблизительно такая:

• Псков, Волгоград, Смоленск, Великие Луки – 1,2 м.
• Пенза, Кострома, Саратов, Вологда – 1,5 м.
• Москва, Санкт-Петербург, Воронеж, Новгород – 1,4 м.

Стоит сказать, что за глубиной промерзания почвы ведутся наблюдения специальными службами, которые выводят данные на специальные карты. Определение глубины промерзания основывается на влажности грунта, географической расположенности, воздействии отрицательных температур, влажности и прочих данных.

Глубина промерзания грунта зависит и от толщины снежного покрова. Чем он будет толще, тем больше тепла сохраниться под землей. Именно поэтому чистка участка от снега имеет двойную роль. Там, где вы будете складывать сугробы, величина промерзания уменьшается, а при расчистке снега увеличивается. Чтобы сохранить свой фундамент от чрезмерного промерзания, сформируйте вокруг него сугроб, который потом откинете во время весеннего таяния.

SGround.ru

Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения

Связь пучения со скоростью, глубиной промерзания

Оглавление:

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.