미국 북부의 대부분의 지역에서는 겨울철에 땅이 몇 피트 깊이까지 얼어 붙습니다. 이러한 지상 동결은 건물 위 또는 근처에있는 건물이 무너질 수 있습니다. 관련된 힘은 경부 하 구조에 매우 파괴적 일 수 있으며 주요 구조에 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.
Frost Heave의 작동 원리
물이 얼음으로 변할 때 발생하는 부피 증가는 처음에는 서리가 쌓이는 원인으로 생각되었지만 이제는 얼음 분리로 알려진 현상이 기본 메커니즘으로 인식되고 있습니다.
가까운 슬래브 및 기초 계약자 찾기
물은 얼지 않은 토양에서 얼음층을 형성하기 위해 부착되는 동결 영역으로 끌어와 토양 입자를 떼어 내고 토양 표면을 부풀게합니다. 신체적 제약 없이는 발생할 수있는 부풀림의 양에 명백한 제한이 없습니다. (단 3 주 만에 지하층 아래에서 4 인치를 초과하는 움직임이 기록되었습니다.)
건물 하중 형태의 구속이있는 경우, 상승 압력이 구속을 극복 할 수도 있고 극복하지 못할 수도 있지만 매우 높을 수 있습니다. 19 톤 / 평방 피트가 측정되었으며 뗏목에 7 층 철근 콘크리트 프레임 건물이 있습니다. 파운데이션은 2 인치 이상 들어 올리는 것으로 관찰되었습니다.
토양이 기초 표면에 얼 때 '고정'이라고하는 다른 형태의 서리 작용이 발생합니다. 동결 영역의 바닥에서 발생하는 상승 압력은 동결 결합을 통해 기초로 전달되어 상당한 수직 변위가 가능한 상승력을 생성합니다. 콘크리트 블록으로 지어진 경우 지하실 벽은 장력으로 인해 파손될 수 있으며 서리 침투 깊이 근처의 수평 모르타르 조인트에서 일부가 손상 될 수 있습니다.
제어 요인
서리 작용이 발생하려면 세 가지 기본 조건이 충족되어야합니다. 토양은 서리에 민감한 물이 충분한 양으로 제공되어야하며 냉각 조건으로 인해 토양과 물이 얼어 야합니다. 이러한 조건 중 하나를 제거 할 수 있으면 서리가 발생하지 않습니다.
서리 민감성은 토양 입자의 크기 분포와 관련이 있습니다. 일반적으로 모래와 자갈과 같은 거친 입자의 토양은 들러 붙지 않는 반면, 점토, 미사 및 매우 고운 모래는 거친 토양에 작은 비율로 존재하더라도 얼음 렌즈의 성장을 지원합니다. 기초에 영향을 미치는 서리에 취약한 토양을 제거하고 더 거친 재료로 대체 할 수있는 경우 서리가 쌓이지 않습니다.
얼음 렌즈의 성장이 일어나는 얼어 붙은면으로 이동하기 위해서는 얼지 않은 토양에 물이 있어야합니다. 따라서 얼음 렌즈의 위치와 관련하여 높은 지하수 테이블은 서리 작용에 유리합니다. 적절한 배수가 규정 된 경우 물이 서리에 취약한 토양의 동결 영역에 도달하는 것을 방지 할 수 있습니다.
동결 깊이는 주로 토양 표면의 열 손실률에 의해 결정됩니다. 토양의 열적 특성 외에도 이러한 열 손실은 태양 복사, 적설량, 바람 및 공기 온도와 같은 기후 변수에 따라 달라지며, 이는 가장 중요합니다. 열 손실을 방지하거나 줄일 수있는 경우 서리에 민감한 토양은 동결 온도를 경험하지 않을 수 있습니다.
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동결 지수 및 동결 깊이
기온 기록은 도일 개념을 사용하여 지상 결빙의 심각도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. (일일 평균 기온이 31F이면 1 도일입니다.) '빙결 지수'는 단순히 주어진 겨울 동안의 빙결 일수의 누적 합계입니다.
프로스트 액션과 기초
서리 손상을 방지하기위한 기초 설계에 대한 기존의 접근 방식은지지 표면 아래의 토양이 얼지 않도록 예상되는 최대 서리 침투 깊이 이상으로 기초를 배치하는 것입니다. 그러나이 조치만으로는 굴착이 서리에 취약한 토양으로 다시 채워지면 동결로 인한 손상을 초래할 수있는 경우 반드시 서리 손상을 방지 할 수는 없습니다. 기초를 배치해야하는 깊이는 일반적으로 건물 조례에 포함 된 현지 경험에 의해 결정되지만 이러한 정보가없는 경우 이전 차트에 표시된 상관 관계를 사용할 수 있습니다.
본질적으로 서리에 취약한 토양은 배수가 잘되지 않으며 지하수의 유입을 막을 수 있지만 동결되지 않은 토양에서 사용할 수있는 물의 양은 종종 상당한 양을 생성하기에 충분합니다. 가능하면 서리에 취약한 토양을 제거하고 배수하기 쉬운 거친 입상 재료로 교체하는 것이 좋습니다. 또한 기초 주변에 배수 타일을 제공하는 것을 포함하여 좋은 배수 관행을 따라야합니다.
배수의 중요성
좋은 배수는 모든 기초에서 중요하며 FPSF도 예외는 아닙니다. 단열재는 건조한 토양 조건에서 더 잘 수행됩니다.
건물에서 경사를 치우는 것과 같은 건전한 배수 관행을 통해 과도한 습기로부터 접지 단열재를 적절히 보호해야합니다. 단열재는 항상 지하수 면보다 위에 위치해야합니다. 배수를 개선하고 수평 날개 단열재를 배치 할 수있는 매끄러운 표면을 제공하려면 자갈, 모래 또는 유사한 재료 층을 사용하는 것이 좋습니다. 비가 열 FPSF 설계에는 최소 6 인치 드레인 레이어가 필요합니다. 건축 법규에서 요구하는 12 인치 최소 기초 깊이를 넘어서 FPSF 설계에 필요한 추가 기초 깊이는 자갈, 모래 또는 쇄석과 같은 압축되고 서리에 취약한 채우기 재료로 구성 될 수 있습니다. 또한 자유 배수 되메우기를 추가하면성에 발생 가능성을 최소화하거나 제거하는 데 도움이됩니다.
