Фундаменты в районах вечной мерзлоты

Проектирование фундаментов, возводимых в районах вечной мерзлоты

1

К мерзлым относятся грунты с отрицательной температурой и содержанием части поровой воды в замерзшем состоянии. Рассматривая толщу мёрзлых пород с точки зрения физико-механических свойств, выделяют 3 зоны:

• Верхние (покровные) отложения, содержащие в основной массе лёд.
• Коренная почва в области выветривания.
• Коренные породы, находящиеся в зоне горизонтов под мерзлотой.

По строению текстуры различают на несколько типов:

• Слитная (Такая текстура состоит в основном из льдоцемента с отсутствием крупных включений);
• Слоистая(наблюдается в глинистых и песчаных пылеватых почвах. Такое основание практически не пригодно для строительства.);
• Ячеистая (криогенная)( это результат промерзания глинистых пылеватых грунтов. Грунты с ячеистой структурой обычно располагаются в верхней части деятельных слоёв).

1

1

Физико-механические свойства мерзлых грунтов . Мерзлый грунт состоит из четырех компонентов: твердые частицы, вода, газ и лед.

Механические свойства: деформационные, прочностные, фильтрационные свойства.

• коэффициент сжимаемости;

• сопротивление сдвигу мерзлого грунта;

• сопротивление сдвигу с поверхности смерзания с материалом фундамента;

• сопротивление сдвигу льда;

• сопротивление нормального давления;

• эквивалентное сцепление.

1

1

Проектирование фундаментных оснований выполняют на основании проведённых инженерно-геологических изысканий.

В основном фундаменты на вечной мерзлоте проектируют глубоко заглублёнными основаниями. К таким основаниям относятся сваи. За редким исключением возводят ленточные и столбчатые фундаменты.

Результаты геокриологических изысканий включают в себя:

• характеристики геокриологических данных места строительства
• данные лабораторных исследований и испытаний образцов грунта в полевых условиях.
• результаты прогнозирования изменений мерзлотного и гидрогеологического состояния грунта в зависимости от сезонных изменений температур, толщины снеговых осадков, высоты деятельного слоя.

1

1

В зависимости от конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений, а также инженерно-геокриологических условий применяется один из следующих принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания сооружений:

• принцип I – многолетнемерзлые грунты основания остаются в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации сооружения; Основан метод на сохранении температуры ВГ,не давая возможности оттаивания мерзлоты.
• принцип II – использование в качестве основания предварительно оттаявших грунтов или грунтов, оттаивающих в период эксплуатации сооружения. Для этого применяют два способа: конструктивный; предпостроечный.

1

1

• Конструктивный. Суть метода заключается в расчёте опорных конструкций зданий и сооружений с большим запасом прочности. Проект допускает неравномерную осадку сооружения в течение долгих лет эксплуатации.
• Предпостроечный. Применение данного метода проектирования обусловлено рядом причин: Многолетний мёрзлый грунт состоит из неоднородных пород с разными показателями сжатия, как в мёрзлом, так и в талом состоянии. Основание сооружения по всей площади подвергается неравномерному.

1

1

Особенности свайных конструкций

Для возведения свайных фундаментов в зоне вечной мерзлоты используют деревянные, металлические и железобетонные сваи. Опоры различают по способу передачи нагрузки от здания на грунт. Это висячие сваи и сваи-стойки. Сваи для установки в вечномёрзлых грунтах применяют длиной от 6 до 15 м.

Для одиноко стоящих сооружений свайное поле возводят из металлических свай. Опоры покрывают специальным антикоррозионным покрытием.

Сохранению мёрзлого состояния верхнего слоя почвы способствуют ростверки свайного поля, построенные из сборных конструкций.

1

1

Заливка установленных свай

Сваи опускают в отверстия, которые в плане на 2,5 см больше радиуса поперечного сечения опоры. Затем заливают пазухи жидким грунтом.

Сразу после заделки скважин раствором, в них опускают опоры.

Установленные сваи подгоняют под проектное положение по высоте.

Расчёт свайного основания на винтовых опорах в условиях многолетней мерзлоты практически ничем не отличается от расчёта несущей способности свай в районах средней полосы и южных районов страны. Единственным ограничением для использования винтовых свай являются скалистые грунты, почвы с крупнообломочными включениями. При вхождении в почву винт сваи может разрушиться о каменистые фрагменты в составе грунта. Поэтому обязательно нужно проводить изыскательские работы, для подтверждения отсутствия таких негативных факторов.

1

Винтовые сваи

Устанавливают винтовые конструкции только механизированным способом. Механизированная установка представляет собой самоходную платформу с подающей стрелой. Стрела оснащена вращающимся силовым механизмом, в котором закрепляют оголовок винтовой сваи. Под воздействием сил вращения опора ввинчивается в мёрзлый грунт, как штопор в пробку.

1

1

Столбчатый фундамент

На столбчатых опорах строят дома высотой в 2 этажа и более. Основное условие строительства заключается в том, чтобы столбы своим основанием не достигали залегания пластов вечной мерзлоты.

Применение конструкций столбчатого типа обладает рядом достоинств:

• невысокая стоимость;
• экономия материальных затрат;
• сжатые сроки строительства;
• возможность широкого выбора материалов для изготовления столбчатых опор.

Ленточный мелкозаглубленный фундамент

На вечной мерзлоте допускается возведение мелкозаглублённых монолитных ленточных фундаментов. На таком основании строят небольшие одноэтажные постройки. Кирпичные дома в условиях мерзлоты строят на скальных грунтах.

1

1