Проектирование фундаментов на вечномерзлых грунтах требует особого внимания к их физико-механическим свойствам, так как под воздействием сезонных температурных колебаний могут происходить изменения в структуре и объеме грунта. Важно учитывать возможные деформации, связанные с таянием и замерзанием, что может привести к неравномерному оседанию или даже повреждению строительных конструкций.
Для обеспечения надежности фундаментов необходимо применять специальные методы, такие как замораживание грунта, использование глубоких свай или платформ, а также системы дренажа для контроля уровня грунтовых вод. Рекомендуется также проводить тщательные геотехнические исследования перед началом проектирования, чтобы учитывать специфические условия каждого конкретного участка.
Возведение фундамента в условиях вечной мерзлоты
Игошина, Е. Д. Возведение фундамента в условиях вечной мерзлоты / Е. Д. Игошина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 21 (311). — С. 563-566. — URL: https://moluch.ru/archive/311/70351/ (дата обращения: 27.12.2024).
Вечная мерзлота покрывает около 22,8 млн км2 земли, (примерно 24 % суши — Северное полушарие). Это явление характерно не только в Арктике и Субарктике, но и за их пределами.
Определение «вечная мерзлота» стоит рассматривать как долговременное существование мерзлых толщ.
На сегодняшний день основными вопросами, связанными с изучением проектирования и возведения зданий в условиях вечной мерзлоты, можно назвать:
– расчеты параметров противооползневых удерживающих конструкций, стабилизирующих солифлюкционные склоны на территориях с вечномерзлыми грунтами;
– проектирование свайных фундаментов на солифлюкционных склонах;
– расчеты скоростей оттаивания массивов вечномерзлых и оттаивающих грунтов и устойчивости склонов и сооружений на территориях с такими грунтами при различных техногенных воздействиях;
– проектирование островных (ледовых и земляных) сооружений на мелководном арктическом шельфе;
– проектирование оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов;
– предоставление информации о прочностных и деформационных характеристиках крупнообломочных мерзлых и оттаивающих грунтов различных регионов, определенных в полевых условиях.
Нормативы РФ (ГОСТ 25100–96, СП 25.13330.2012), многолетнемерзлыми грунтами называют грунты, находящиеся в условиях природного залегания в мерзлом состоянии (непрерывно и без оттаивания в течение многих десятилетий, столетий).
При проектировании и возведении зданий и фундаментов под них на вечномерзлых грунтах, необходимо определить тип применения мерзлых грунтов (I или II принцип, СП 25.13330.2012. Исходя из этого, применяя «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах», а также СП 25.13330.2012, необходимо выполнять соответствующие расчеты).
Проектирование зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах основывается исходя из следующих показателей:
– инженерно-геологических изысканий, (c геокриологическими и гидрогеологическими изысканиями, при учете конструктивных и технологических особенностей возводимых зданий, теплового режима, взаимодействия с грунтами оснований и возможных изменений геокриологических условий в результате строительства и эксплуатации сооружений и освоения территории, устанавливаемых по данным инженерных изысканий.
В пределах северной строительно-климатической зоны для возведения несущих и ограждающих конструкций, необходимо применение материалов, удовлетворяющих требованиям долговременного сохранения нормативной несущей способности и эксплуатации без потери свойств, (исходя из характеристик класса ответственности объекта).
При проектировании и возведении оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах, принимаются во внимание следующие условия:
– условия строительства, характерные для данного региона
– требования к охране окружающей среды
– имеющийся опыт проектирования, возведения и эксплуатации объектов в условиях данного типа климата
– влияние проектируемых зданий и сооружений на существующую застройку
– сохранение температурных характеристик вечномерзлых грунтов, а также недопущение действий, ведущих к деформационным изменениям уже построенных зданий.
Для сдачи в эксплуатацию возведенного объекта, необходимо положительное заключение приемочной комиссии, проверяющей состояние грунтов оснований, конструкций фундаментов на соответствие проектным решениям. Помимо этого, необходимо выполнение комплекса работ по геотехническому мониторингу (ГТМ). Цели ГТМ:
– выявление и предотвращение необратимых процессов в грунтовых основаниях
– выявление деформаций зданий и сооружений
– неразрушающий контроль качества строительных работ нулевого цикла
– выявление эксплуатационной пригодности объектов
На сегодняшний день применяется 2 типа устройства фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов:
– Первый принцип характерен применением грунтов в их естественном, мерзлом состоянии, которое сохраняется как на этапе возведения, так и во время эксплуатации объекта
Второй принцип — основывается на применении вечномерзлых грунтов в оттаянном состоянии.
Более распространен первый принцип. При этом, характерным является применение конструктивной схемы здания с проветриваемым подпольем или подвалом.
Рис. 1. Здания на Ямале. Здание с проветриваемым подпольем
Рис. 2. Норильск. Здание с проветриваемым подпольем
Исходя из условий снегозависимости, а также теплотехнических расчетов, технические подполья бывают:
– открытые (предусматриваются закрытые или вентилируемые продухи в цокольной части объекта)
– закрытые (если ширина объекта не превышает 15 м, а среднегодовая температура грунта менее — 2°С).
Высота проветриваемого подполья должна быть не менее 1,2 метра — от уровня грунта до отметки низа перекрытия. При ширине зданий до 6,0 метров, возможно уменьшение высоты подполий до 0,6 метра на отдельных участках, при условии отсутствия коммуникаций.
Полы в техподполье необходимо выполнять из твердых покрытий, с уклоном в направлении отмостки (для отвода воды).
В случаях устройства поверхностных, а также малозаглубленных фундаментов на подсыпках, широко применяют вент трубы, каналы и вентилируемые фундаменты (с побудительной или естественной вентиляцией).
При отсутствии условий, обеспечивающих поддержание естественных низких температур (перекрытие первого этажа, подвала, фундаментов) характерно применение второго принципа проектирования.
Типы конструкций фундаментов на оттаянных вечномерзлых грунтах:
– фундаменты мелкого заложения
– свайные фундаменты (буронабивные и забивные сваи)
– ФВК (в вытрамбованных котлованах)
– ленточный фундамент (монолитный, сборный железобетон)
При выполнении фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов, применимы три варианта погружения свай:
– буроопускной (применяется при температуре грунта менее -50 градусов
– бурозабивной (забивка свай в выполненные предварительно лидерные скважины с диаметром, меньшим диаметра свай. Данный метод применим в пластичномерзлом грунте, который не имеет крупнообломочных включений).
– опускной (осуществляется методом вмораживания свай. Применим в условиях твердомерзлых грунтов при наличии не более 15 процентов крупнообломочных включений). Данный принцип состоит в локальном оттаивании грунтов с помощью паровой иглы, после чего забивная свая попадает в уже оттаявший грунт. Свая вмораживается в толщу грунта после его промерзания.
На территории Якутии деревянные здания выполняли на деревянных чурбанах еще много лет назад.
Автором революционного метода возведения жилых крупнопанельных зданий на свайных основаниях стал Михаил Ким в 60-е годы (инженер-проектировщик, бывший заключенный Норильлага. Он посвящал изучению характеристик и свойств вечномерзлых грунтов время с 30-х годов прошлого столетия. Написал 42 научные работы, получил за выдающиеся достижения в профессии медаль ВДНХ и Ленинскую премию в 1966 году).
Рис. 3. Михаил Ким (1907–1970 гг.)
Город Норильск возводился на скальных породах. (Фундаменты можно было устраивать стандартным методом). После предложения Кима выполнять фундаменты зданий и сооружений на сваях, жилищное строительство в регионе стало развиваться в огромных масштабах.
Литература:
- Проектирование зданий в особых условиях строительства и эксплуатации В. М. Антонов, В. В. Леденев, В. И. Скрылев. Тамбов, издательство ТГТУ, 2002 г.,240с.
- Березовский Б. И. Строительное производство в условиях Севера. Стройиздат, 1982.-183с
- Березовский Б. И., Либерман И. А., Неклюдов В. С. Справочник мастера-строителя для работ в Северной строительно-климатической зоне. Стройиздат, 1986. 328с.
- Царев В. П. Технико-экономическое сравнение конструкций свай// Проблемы строительства в Якутской АССР.- Вьш.1. Якутск, 1972.-С.47–54.
- Alfred R.Mangus. Thul air base, Greenland. Foundations on permafrost/The northern engineer.-1986, N2 2&3.-P.51–57.
- Данилов Н. Д. Температурный режим цокольного перекрытия в зданиях с холодными подпольями. Жилищное строительство. 1999 г.№ 10.с. 24–26
- СП 25.13330.2012(Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах)
- СП 116.13330.2012 «СНиП 22–02–2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения»
Основные термины (генерируются автоматически): грунт, проветриваемое подполье, Фундамент, здание, вечная мерзлота, возведение зданий, мерзлое состояние, Норильск, принцип, проектирование оснований.
Особенности фундаментов в вечномерзлых грунтах
Вечномерзлые грунты, находящиеся на глубине от 0,5 до 4,5 метров, составляют значительную часть территории России. Они имеют в своем составе лед и обладают отрицательной температурой на протяжении как минимум трех лет. При оттаивании такого грунта происходят просадки, а при последующем промерзании возможно его вспучивание.
Планирование фундаментов в многолетнемерзлых грунтах требует принимать во внимание множество процессов. Ошибки при комплексном анализе факторов может привести к критическим деформациям построек вплоть до их полного разрушения. Существует несколько основных принципов, использующихся при строительстве в районах с таким грунтом.
Главные принципы использования мерзлых грунтов в основании зданий
На данный момент нормы СНиП рекомендуют несколько принципов устройства фундаментов в местности с вечномерзлыми грунтами:
- I принцип — мерзлое состояние сохраняется не только в ходе возведения, но и на протяжении всего периода эксплуатации постройки
- II принцип — грунт заблаговременно оттаивается на определенную глубину перед строительством, либо в ходе эксплуатации постройки
Ниже рассмотрены основные конструкторские решения, применяемые при использовании этих принципов проектирования.
Возведение фундаментов и оснований по I принципу
Первый подход применяется в случае, когда сохранить грунт в вечномерзлом состоянии дешевле, нежели улучшать его строительные свойства после оттаивания.
Конструкторские решения, подразумевающие использование первого принципа:
- Строительство на подсыпках и теплоизоляция поверхности. Допустимый подход для возведения построек шириной до 10 метров. Вечномерзлый грунт в таком случае охлаждается благодаря охлаждению по бокам, а поступление к нему тепла от сооружения снижается.
- Создание вентилируемых подполий. Особо эффективно при строительстве жилых, общественных и гражданских сооружений. Подход подразумевает наличие проветриваемого подполья и поднятие полов над землей на перекрытия. По боковым граням в стене используются продухи с целью обеспечения циркуляции воздуха. В подполье организуется разводка трубопроводов.
- Холодные первые этажи в качестве альтернативы холодному подполью. Такое решение может применяться при соответствии технологическим требованиям и теплотехническим расчетом. Высота этих этажей должна составлять хотя бы 1 метр.
- Применение труб и каналов для охлаждения при возведении тяжелых построек с высокими нагрузками на полы, либо при нецелесообразности использования подполий. Допустимо и совмещение нескольких подходов — трубы и каналы для охлаждения в сочетании с вентилируемым подпольем.
- Применение СОУ, которые искусственно понижают температуру грунта с помощью циркуляции жидкости (керосина) или газа (фреона). В подавляющем большинстве случаев этот подход является вспомогательным средством, обеспечивающим поддержание необходимого температурного режима вечномерзлого грунта. Также СОУ используется для создания заслонов промерзшего грунта с целью предотвращения теплового влияния подземных вод и соседних здании.
При строительстве по первому принципу обычно применяются железобетонные столбчатые, монолитные бетонные или свайные фундаменты. В обязательном порядке проводятся мероприятия для предотвращения согревания грунта. Необходимо организовать охлаждение поверхности земли под строением или рядом с ним.
Возведение фундаментов и оснований по II принципу
Второй принцип используется в случае, если деформации мерзлых грунтов при оттаивании не превышают предельно допустимых. Также он допустим в случае, если они залегают на разной глубине. Кроме того, II принцип может оказаться более выгодным с экономической точки зрения.
Для снижения деформации могут применяться следующие мероприятия:
- Заблаговременное оттаивание грунта на заданную глубину искусственным путем перед возведением постройки. При необходимости он уплотняется или закрепляется.
- Замена мерзлого грунта на крупнообломочный или песчаный.
- Увеличение глубины заложения.
- Регулирование глубины оттаивания грунта в ходе эксплуатации здания. Подразумевает теплоизоляцию и применение электронагревателей или обогревающих трубопроводов у фундаментов. Возводятся наружные стены на консолях, основания которых относятся внутрь постройки.
Возведение фундаментов по второму принципу подразумевает оттаивание грунта, в связи с чем в ходе эксплуатации построек необходимо учитывать вероятность возникновения неравномерных осадок. В таких случаях потребуются меры по уменьшению деформаций основания, либо задействование конструкций построек к воспринятию образовавшихся осадок.
В районах с проблемным грунтом для строительства домов часто используют проектирование свайных фундаментов. В случае задействования такого типа фундамента нагрузка от здания передается на основание через опоры, что позволяет избежать деформации и сохранить целостность объекта.
Укрепление грунтов необходимо для предотвращения их смещений, вызванных подземными водами, осадками или ветром. Деформации также могут возникать вследствие человеческой активности, такой как прокладка дорог или строительство тоннелей.
Обследование оснований и фундаментов считается обязательным мероприятием при строительстве или реконструкции здания. Кроме фундамента также подлежат тщательному обследованию все его несущие конструкции, для определения функциональности элементов.
Согласно установленным правилам, проектирование свайных фундаментов делается с учетом различных данных. Это информация о сейсмических процессах, происходящих в районе будущего строительства, заключение геотехнических исследований, расчеты нагрузок на основание фундамента,
Шпунтирование котлованов представляет собой устройство ограждений котлованов путем забивки шпунтов. Шпунтовые ограждения считаются эффективнее других известных видов оградительных конструкций.
Бурение скважины на собственном участке — самый простой, удобный и бюджетный способ обеспечить водой частный дом или дачу. Не нужно ждать подвоза воды или ездить за ней на водокачку — живительная влага всегда будет под рукой.
Технологии в современном строительстве претерпели множество изменений. Простые и эффективные решения, заменили устаревшие практики, и уверенно зарекомендовали себя. К таком технологиям относится и алмазное бурение.
Шпунт Ларсена представляет собой металлический профиль с замками и пазами, который используют при строительстве мостов, ограждений, возведении подпорных стенок и укреплении котлованов. При погружении шпунта создаются ограждения, которые препятствуют перемещению грунта.
Контакты для связи и заказа
