При какой температуре замерзает почва

Обновлено: 05.10.2024

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.

Значит влажный грунт промерзнет на меньшую глубину при прочих равных условиях, больше энергии на перевод воды в лёд отдаётся. Поэтому сад рекомендуют полить осенью? — 2 года назад

Home Земледелие Условия жизни сельскохозяйственных растений Действие низких температур на почву и растения

Действие низких температур на почву и растения

С наступлением устойчивых отрицательных температур начинается промерзание почвы. Вначале замерзает верхний ее слой, а затем и нижние на 30—150 см. Глубина промерзания в основном зависит от погодных и почвенных условий, а также и от рельефа. Глубокое промерзание почв обычно бывает в малоснежную с сильными морозами зиму.

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

Например, в песчаных и суглинистых почвах вода замерзает при минус 4—4,5°, а в торфяной, где выше концентрация раствора, только при минус 5°.

Почвы на возвышенных местах промерзают глубже, чем в низинах, где больше снега. Равнины занимают среднее положение. Чем выше степень дисперсности почвы и чем сильнее действие поверхностных явлений, тем дольше она не промерзает. Медленнее промерзают избыточно увлажненные почвы вследствие высокой теплоемкости воды, а также сухие, так как они имеют связанную воду, которая превращается в лед при более низких температурах. Плотные почвы по сравнению с рыхлыми промерзают быстрее и на большую глубину.

На дерново-подзолистых почвах вследствие подтягивания влаги (во время промерзания) влажность верхнего слоя увеличивается до полной влагоемкости. Кристаллы льда растут в почве также в результате конденсации парообразной влаги, притекающей из нижних горизонтов почвы. Передвижение ее в парообразной форме связано с разностью в упругости водяных паров верхнего и нижнего слоев почвы.

Промерзание верхнего слоя при влажности ниже полной влагоемкости способствует улучшению физических свойств почвы вследствие разрыва крупных почвенных комков на мелкие при расширении пор, в которых находилась вода, кристаллами льда. Поэтому почва, вспаханная с осени, при весенней обработке хорошо крошится.

Снеговой и растительный покров, а также лесная подстилка замедляют промерзание почвы.

Замерзание и оттаивание почвы оказывают значительное влияние на перезимовку озимых зерновых культур и клевера. С этими явлениями связано образование ледяной корки, вымочек, выпревание и выпирание корней растений. Они также могут пострадать от быстрого и глубокого промерзания почвы.

Для жизни растений большое значение имеет количество образовавшихся кристаллов льда в почве и их структура, которая зависит от температуры, влажности, плотности и других условий почвы.

В Беларуси, Прибалтийских республиках и прилегающих областях РФ больше всего гибнут озимые от вымокания, выпревания, снежной плесени и очень редко от вымерзания и высыхания.

Уровни промерзания грунтов в разных регионах

Уровни промерзания грунтов (УПГ), которые вы видите в приведённой таблице – это усреднённые данные, полученные в результате длительных наблюдений. Именно они берутся за основу при проектировании фундаментов и выполнении теплотехнических расчётов.

В этой статье мы расскажем, как меняются физические свойства грунтов при замерзании, что происходит с ними при оттаивании. Вы узнаете о явлении морозного пучения, и о том, как оно влияет на заглублённые конструкции. Тем, кто решил самостоятельно заняться строительством, данная информация, вкупе с нашими рекомендациями, поможет избежать многих ошибок.

Особенности сезонного промерзания

Грунт, в котором полностью или частично замёрзла вода, и который при этом имеет нулевую или отрицательную температуру, считается мёрзлым. Верхние слои, замерзающие каждый год, а затем оттаивающие, называются сезонно-мёрзлыми, или деятельными. Замёрзшие грунты, которые залегают глубже этих слоев, и не оттаивают никогда, являются вечномёрзлыми.

Как меняются свойства грунтов при замерзании и оттаивании

Деятельные (промерзающие) слои грунта, систематически пребывают в четырёх разных фазах. Сначала это минеральные частицы, затем лёд, потом вода – и последняя стадия: газ.

И вот какими критериями характеризуется данная система:

Удельный вес твёрдых частиц минерального происхождения
Объёмный вес – имеется в виду ненарушенная структура грунта
Суммарная влажность
Пропорциональное количество воды (незамёрзшей), по отношению к весу грунта, пребывающего в сухом состоянии.

При проведении исследований, эти величины определяют опытным путём.

Использование этих данных позволяет вычислить и другие свойства грунта, а так же выяснить содержание в нём отдельных компонентов:

Температура, при которой почва начинает промерзать, неодинакова. Например: водонасыщенные суглинки и супеси, а так же гравелистые и песчаные грунты, замерзают при нулевой температуре. Для глин и суглинков, находящихся в пластичном состоянии, требуется -0,3 градуса. Твёрдые глины замерзают при более низкой температуре -1 градус.
Понятно, что процесс промерзания связан с переохлаждением воды, имеющейся в грунте. При кристаллизации влаги, в результате скрытого выделения тепла, её температура сначала резко возрастает. В дальнейшем, процесс продолжается уже при незначительно снижающейся, либо постоянной температуре. Какая-то часть воды, заключённая в поры грунта, и вовсе остаётся незамёрзшей.

При замерзании воды, твёрдые частицы грунта цементируются между собой – а вот степень цементации может быть разной. Незначительно цементируемые грунты называют сыпучими; если в них содержится незамёрзшая вода – пластичными; ну а если вода полностью превратилась в лёд – твёрдыми.
Интенсивность промерзания так же оказывает своё влияние на структуру грунта. При многостороннем промерзании грунтов, насыщенных водой, их структура получается ячеистой. При постоянной подпитке воды, а соответственно, одностороннем промерзании, грунт становится слоистым.
Ну а если скорость промерзания превосходит скорость превращения воды в кристаллы, образуется твёрдая монолитная текстура. Именно этот вид грунтов обладает наибольшей прочностью, будучи мёрзлым, и сохраняет это непревзойдённое качество при оттаивании. У слоистых и ячеистых структур, при оттаивании прочность резко значительно снижается – причём, она становится ниже, чем до замерзания.

В деятельном слое грунта, влага, которая осталась незамёрзшей, движется к промерзающему фронту. Именно это и способствует увеличению объёма в верхних слоях, и соответственно, провоцирует морозное пучение. Это явление и является основной головной болью для строителей.

Раз грунт пучит, а затем он даёт осадку, то расположенные в нём конструкции подвергаются воздействию определённых сил, и могут деформироваться. Именно поэтому, при устройстве фундаментов так важно ориентироваться на УПГ, и закладывать их подошву ниже границы промерзающего слоя.

Об этом мы ещё поговорим более подробно, а пока рассмотрим, как осуществляется разработка грунта в зимнее время.

Способы защиты грунта от промерзания

Очень важно при строительстве в зимний период, защищать деятельный слой от замерзания. Не нуждаются в этом только гравелистые, крупнообломочные и скальные грунты. Все прочие варианты, при низких температурах требуют утепления, которое производится путём задержания снега, рыхления грунта, его обваловки, утепляющей засыпки, либо устройства электрообогрева.

И это далеко не полный перечень способов защиты грунтов от промерзания, используемых в строительстве. Данные мероприятия должны осуществляться осенью, до того, как наступят первые заморозки. Если же речь идёт не поверхности земли, а о днищах котлованов или траншей, то меры по их предохранению должны быть приняты сразу после того, как вынут грунт. О некоторых из применяемых сегодня способов, мы вкратце расскажем далее.

Рыхление и утепление

Изменение структуры грунта путём его разрыхления, которое может быть произведено на глубину до полутора метров, является одним из наиболее эффективных способов защиты грунта. При этом на поверхности почвы образуются гребни, которые задерживают снег. Он, кстати, не хуже покрывала укрывает землю, и не даёт ей промерзать.

Даже в самую холодную зиму, глубинная отметка промерзания разрыхлённого грунта вдвое меньше, чем плотного. Поэтому метод рыхления применяют перед разработкой супесей и суглинков, осуществляемой во второй половине зимы. Сначала грунт на поверхности будущего котлована рыхлят и разбрасывают экскаватором.

Затем, роют глубокую траншею в отвал, которая при последующей проходке засыпается грунтом от новой траншеи. Последняя проходка, которая располагается уже за пределами котлована, полностью засыпается. Разрыхленный грунт задерживает снег, и когда зимой приступают к строительству, он легко вынимается, так как на поверхности всего лишь мёрзлая корка.
Если нужно защитить от замерзания небольшие поверхности, то для этой цели используют натуральные теплоизоляционные материалы: солому, опилки, листья, шлак. В последнее время строители всё чаще отдают предпочтение быстротвердеющему пенному полистиролу. Обилие пор в пене способствует наилучшей теплоизоляции поверхности. Слой в 40-50 см, способен отдалить начало замерзания на пару месяцев – а там и весна.

В южных регионах, и некоторых районах средней полосы, где температура на поверхности грунта зимой не опускается ниже -15 градусов, часто используют способ химической защиты. Для этой цели используют технические соли (хлористый калий или натрий). Их укладывают на поверхность, либо углубляют на 10-15 см.
При наличии плотных глинистых грунтов, растворы этих солей даже инъецируют в грунт. Однако стоит заметить, что соли способны агрессивно воздействовать на заглубляемые конструкции, увеличивают электропроводность грунтов. А потому применение этого способа для защиты грунтов от замерзания-оттаивания, ограничено.

Нужно помнить, что строительство, осуществляемое в зимнее время без соответствующей подготовки грунта, чревато последствиями. Именно поэтому, частные дома возводят, как правило, летом, и стараются до холодов подвести здание под крышу.

Особенности устройства фундаментов

Чтобы избежать воздействия сил пучения на фундамент, крайне важно правильно определить глубину его заложения. При проектировании зданий и сооружений учитывается всё: тип и структура грунта, его несущая способность, особенности климата местности. А ещё, отметку промерзания грунта обязательно сопоставляют с уровнем залегания грунтовых вод (см. Как узнать уровень грунтовых вод на участке: инструкция), так как тот участок, где они пересекаются, является наиболее опасным в плане морозного пучения.

От чего зависит отметка заглубления

Единственный вид грунтов, который, не требует заглубления фундаментов – это скальный. Он практически не промерзает, так как не содержит воды. Во всех остальных случаях фундамент должен заглубляться, а на какую именно отметку – это уже зависит от конкретных гидрогеологических условий местности.

Там, где поблизости нет грунтовой воды, а так же на песчаных грунтах, в которых она не задерживается на поверхности и быстро уходит вглубь, ленточные фундаменты заглубляют не менее чем на 70 см. Во всех остальных типах грунтов, основание фундамента должно располагаться как минимум на 20 см ниже отметки промерзания.

То есть, если УПГ в данной местности составляет 1,7м, то фундамент нужно заглублять на 1,9-2м. при таком расположении, сопротивление грунта уравнивается давлением на него фундамента. В противном случае, силы вспучивания способны вытолкнуть фундамент на поверхность. А вообще, судить об отметке заложения фундамента, опираясь на некие усреднённые показатели нельзя.

В каждом конкретном случае, требуется всесторонняя оценка ситуации, и это в том числе касается и частного строительства. Грунты условно делят на слабые, и с нормальной несущей способностью. Соответственно, первые не могут служить надёжным основанием для зданий и сооружений, а вторые могут. Хотя конечно, эти определения относительны.

Что нужно учитывать при заложении фундамента

В природе практически не бывает однородного грунта, так как породы в нём залегают слоями. Чаще всего, не считая, конечно, скального грунта, только верхние слои отличаются малой несущей способностью. Именно они и меняют свой объём и прочностные характеристики под воздействием климатических факторов.

Обратите внимание! Нередко в песках присутствуют примеси глинистых частиц, которые оказывают большое влияние на поведение грунта. Глина имеет свойство размокать, и поэтому насыщенные ею грунты становятся подвижными, теряют свою несущую способность.

Если же грунт сам по себе глинистый, то его свойства зависят от количества содержащихся в нём грубых песчаных или гравийных вкраплений. Чем больше таких примесей, тем выше прочность грунта, и вероятность его перехода в пластичное состояние снижается. Подобной угрозы нет и тогда, когда пласт глины достаточно толстый.
Такой грунт очень прочен, и обладает определённой водоупорностью. Если грунтовые воды залегают ниже такого пласта, то подняться близко к поверхности они уже не смогут. Но на практике, чаще приходится иметь дело с неоднородными грунтами, в которых глинистые пласты чередуются с песком или крупнообломочными породами.
Лепестковые прослойки глины имеют самую низкую прочность – они не просто деформируются, но и длительное время остаются в таком состоянии. Тонкий слой не может служить надёжным основанием для фундамента, и его подошву нужно закладывать хоть и не намного, но ниже. Иначе результат будет тем же, что и на песке: строение кренится, конструкции деформируются.

Кстати, промерзание грунта, находящегося под основанием дома, и примыкающего к фундаменту, зависит ещё и от того, насколько тёплым будет подвал или подпольная часть строения. Если там нет сквозняков, подвал отапливается, а на первом этаже предусмотрены тёплые полы, то грунт под зданием точно не будет промерзать.

Опытные садоводы, которые всерьез заботятся о плодородии почвы на своих участках, задумываются, что для этого нужно сделать или, наоборот, чего лучше не делать. Раньше считалось, что после праздника Покрова (14 октября) нужно прекращать всякие манипуляции с почвой, и это предостережение имеет под собой весьма разумные идеи. Почва с нарушенной структурой, а перекопка на некоторое время нарушает систему водных и воздушных каналов, замерзая (промерзая) может быть подвержена ветровой и водной эрозии. Склоны в этой связи являются зоной повышенного риска.

Промерзание почвы зимой

Садоводы часто радуются промерзанию почвы, полагая, что вредители погибают, и на следующий сезон не будут беспокоить. Это так, но погибают и полезные насекомые, так что проблем это не решит.

Большая часть почв России в холодное время года замерзает:

почвенная влага переходит в лед,
земля затвердевает (цементируется) и приобретает свойства монолитного тела.

Скорость, глубина и длительность почвенного промерзания напрямую зависят от температуры воздуха, мощности снежного покрова и степени увлажнения почвы. Влияет на этот процесс и рельеф участка. В среднем почвы у нас промерзают на глубину 20—40 см на юге страны и 200—250 см в Сибири (подробнее о почвах в Новосибирской области и особенности почв на Дальнем востоке ). Длительность периода сезонного промерзания колеблется соответственно от 1—2 до 6—8 месяцев.

Что нужно знать про промерзание почвы

Этот процесс естественный и вредит почве только в том случае, если ее структура нарушена.
Промерзание почвы на большую глубину без снежного покрова или при его недостатке плохо влияет на культурные растения, которые в этот момент зимуют.
Промерзание почвы останавливает все микробиологические процессы, но физические процессы могут протекать, и их нужно учитывать.
Процессы промерзания и оттаивания можно ускорять и замедлять.

Подготовка почвы к зиме

Не нарушайте почвенный покров в преддверии постоянных морозов. Перекопку, внесение удобрений осенью , уборку мусора с участка необходимо провести до морозов.
Не оставляйте почву открытой (без мульчи и растительности). Лучший вариант – провести посев сидератов (например, горчицы) после уборки основной культуры.
Если снега мало, нужно стараться его удержать на поверхности почвы (подробнее о снегозадержании ).
Позаботьтесь о дренаже. Нужно почистить или организовать дренажные канавы для отвода излишка воды.
Работы над почвой возобновляйте только после полного оттаивания и без риска ее замерзания вновь. Убедитесь, что почва действительно оттаяла полностью, иначе, любыми работами вы навредите ее структуре.

Дополнительно об осенних подготовках почвы к зиме и будущему сезону читайте в статьях:

Оттаивание почвы после зимы

Оттаивание почвы весной должно в идеале проходить также последовательно, как происходило ее замерзание. Помешать этому может неравномерное распределение тепла по поверхности вследствие ее неровности и нахождения под разным углом к источнику тепла. Также поверхность почвы может поглощать меньше тепла из-за отражения света. Скопившаяся влага на поверхности препятствует проникновению тепла вглубь. Весной рекомендуется проводить безотвальную обработку земли .

Корректируя эти моменты, вы сможете подготовить почву к работе весной в более ранние сроки.

Читайте также: