Особенности проектирования фундаментов в условиях вечной мерзлоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности проектирования фундаментов в условиях вечной мерзлоты

Жаданов В.И., доктор технических наук, профессор,

Чарикова В. В. , Попов И.А.

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург

Особые природные и экономические условия районов распространения вечномерзлых грунтов определяют специальные требования к проектированию, строительству и эксплуатации сооружений. К числу основных особенностей этих районов следует отнести суровый климат, вечномерзлое состояние грунтов и экономические показатели, обусловленные отдаленностью и малой освоенностью территорий. В большой мере это относится к устройству оснований и фундаментов.

Проектирование оснований и фундаментов в районах распространения вечной мерзлоты выполняется согласно общим принципам проектирования по предельным состояниям, при этом необходимо изучить механические свойства мерзлых грунтов.

Рисунок 1 - Конструктивные схемы устройства фундаментов в условиях вечной мерзлоты

Характерной особенностью является то, что даже при мерзлом состоянии грунтов эти свойства существенно зависят не только от вещественного состава и влажности грунтов, но и от их температуры. Если же происходит оттаивание мерзлых грунтов, то у некоторых из них проявляется склонность к просадочным деформациям или разжижению. При промораживании грунтов может наблюдаться морозное пучение, поэтому прогноз температурного режима оснований при проектировании фундаментов в условиях вечной мерзлоты имеет первостепенное значение, а его регулирование часто является действенной мерой по обеспечению прочности и надежности сооружений.

К домам, которые строят в районах вечной мерзлоты, в силу уникальных грунтовых условий предъявляются особые требования. Начальная стадия - возведение фундамента - в обязательном порядке должна сопровождаться проведением инженерно-геокриологических изысканий с целью адекватного прогнозирования поведения грунта при строительстве и последующей эксплуатации здания.

Основания и фундаменты зданий и сооружений, возводимых на территории распространения многолетнемерзлых грунтов, следует проектировать на основе результатов специальных инженерно-геологических изысканий, включающих специальные геокриологические и гидрогеологические изыскания с учетом конструктивных и технологических особенностей проектируемых сооружений, их теплового и механического взаимодействия с многолетнемерзлыми грунтами оснований и возможных изменений геокриологических условий в результате строительства и эксплуатации сооружений и освоения территории, устанавливаемых по данным инженерных изысканий и теплотехнических расчетов оснований.

Исходные данные для проектирования фундаментов должны иметься в необходимом и достаточном объеме. Используемые материалы и изделия должны удовлетворять требованиям проекта для северной строительно-климатической зоны. Техническое обслуживание сооружения при эксплуатации и связанных с ним инженерных систем должно строго выполняться и обеспечить его безопасность и рабочее состояние на весь срок эксплуатации. При проектировании оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах следует учитывать местные условия строительства, требования к охране окружающей среды, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных условиях. Выбор строительных площадок и проектных решений оснований и фундаментов следует производить на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов с оценкой их по приведенным затратам с учетом надежности.

Рисунок 2 - Пример инженерно-геокриологического разреза

Инженерные изыскания для строительства на многолетнемерзлых грунтах надлежит проводить в соответствии с СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения» и другими нормативными документами по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства. Проектирование оснований без достаточного инженерно-геологического обоснования не допускается.

Очень важно при возведении нового объекта на застроенной территории учитывать его воздействие на окружающую застройку с целью сохранения расчетного температурного режима многолетнемерзлых грунтов прилегающих территорий и предотвращения недопустимых деформаций существующих сооружений.

Рисунок 3 - Данные температурных замеров в скважинах

При проектировании оснований и фундаментов уникальных зданий и сооружений или их реконструкции, а также сооружений I уровня ответственности, в том числе реконструируемых в условиях окружающей застройки, необходимо предусматривать научно-техническое сопровождение строительства. Научно-техническое сопровождение представляет собой комплекс работ научно- аналитического, методического, информационного, экспертно-контрольного и организационного характера, осуществляемых в процессе изысканий, проектирования и строительства в целях обеспечения надежности сооружений с учетом применения нестандартных расчетных методов, конструктивных и технологических решений.

Состав работ по научно-техническому сопровождению инженерных изысканий, проектирования и строительства оснований и фундаментов определяется в соответствии СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».

При строительстве на многолетнемерзлых грунтах в зависимости от конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений, инженерно- геокриологических условий и возможности целенаправленного изменения свойств грунтов основания применяется один из следующих принципов использования многолетнемерзлых грунтов в качестве основания сооружений:

принцип I - многолетнемерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

принцип II - многолетнемерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения).

Принцип I следует применять, если грунты основания можно сохранить в мерзлом состоянии при экономически целесообразных затратах на мероприятия, обеспечивающие сохранение такого состояния. На участках с твердомерзлыми грунтами, а также при повышенной сейсмичности района следует принимать, как правило, использование многолетнемерзлых грунтов по принципу I. При строительстве на пластично-мерзлых грунтах следует, как правило, предусматривать мероприятия по понижению температуры грунтов до установленных расчетом значений.

К мероприятиям по сохранению вечномерзлого состояния грунта относятся:

- Возведение зданий на подсыпках

- Устройство теплоизоляции

- Вентилируемые подполья

- Подсыпки с трубами воздушного охлаждения

- Промораживающие колонки

Принцип II следует применять при наличии в основании скальных или других малосжимаемых грунтов, деформация которых при оттаивании не превышают предельно допустимых значений для проектируемого сооружения, при несплошном распространении многолетнемерзлых грунтов, а также в тех случаях, когда по техническим и конструктивным особенностям сооружения и инженерно-геокриологическим условиям участка при сохранении мерзлого состояния грунтов основания не обеспечивается требуемый уровень надежности строительства.

Рисунок 4 -Укладка теплоизоляционных материалов под полом здания

Рисунок 5 -Устройство холодных (вентилируемых) подполий или холодных первых этажей зданий

проектирование фундамент мерзлота грунт

Выбор принципа использования многолетнемерзлых грунтов в качестве основания сооружений, а также способов и средств, необходимых для обеспечения принятого в проекте температурного режима грунтов, следует производить на основании сравнительных технико-экономических расчетов.

В пределах застраиваемой территории (промышленный узел, поселок, городской микрорайон и т.д.) надлежит предусматривать, как правило, один принцип использования многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований. Это требование следует учитывать также при проектировании новых и реконструкции существующих зданий и сооружений на застроенной территории, размещении мобильных (временных) зданий и прокладке инженерно-технических сетей. Применение разных принципов использования многолетнемерзлых грунтов в пределах застраиваемой территории допускается на обособленных по рельефу и другим природным условиям участках, а в необходимых случаях - на природно- необособленных участках, если предусмотрены и подтверждены расчетом специальные меры по обеспечению расчетного теплового режима грунтов в основании соседних зданий, возведенных (или возводимых) по принципу I (резервирование зон безопасности, устройство мерзлотных и противофильтра-ционных завес и т. п.).

Проблема строительства в условиях развития многолетнемерзлых пород на сегодняшний день является наиболее актуальной. Возводя здания, различные сооружения в данных условиях необходимо учитывать множество различных факторов и процессов. С целью оптимизации подходов к проектированию зданий и сооружений в северных широтах необходимо учитывать особенности данной территории и современные способы строительства, подходящие именно для определенной местности. Первостепенной задачей является изучение влияния отдельных процессов на строительство, изучение характеристик основных процессов, происходящих в криолитозоне, определение мерзлотно-гидрогеологических особенностей грунта с целью и выявление наиболее оптимальных путей решения проблемы возведения зданий в арктических условиях.

Список литературы

1. Абовский Н.П. Новый подход к фундаментостроению для малоэтажных зданий на слабых грунтах / Н.П. Абовский, И.С. Инжутов, С.В. Деордиев, В.И. Палагушкин, В.А. Сиделев // Социальные стандарты качества жизни в архитектуре, градостроительстве и строительстве: сб. науч. тр. РААСН/ подред. А.П. Кудрявцева [и др.]: РААСН, ФГОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», Юго-Зап. гос. ун-т. - Москва-Орел-Курск, 2011. - С. 229-233.

2. Барышников А.А. Специфика возведения зданий и сооружений в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территориях [Электронный ресурс] / А. А. Барышников // Традиции и инновации в строительстве и архи- тектуре. Строительство. ? Самара, 2016. ? C. 281?283. ? Библиогр.: с. 283.

3. Казаков М.С. Применение мирового опыта возведения зданий и сооружений в экстремальных условиях Севера, Новый Уренгой [Электронный ресурс] / М. С. Казаков // Традиции и инновации в строительстве и архитек- туре. Градостроительство. ? Самара, 2016. ? C. 195?196.

4. Пономарев В.Д. Проблемы механики оттаивающих грунтов и пути их решения / В.Д. Пономарев // Оттаивающие грунты как основания сооружений. -М,1981. -С.5-13.

5. Гриб, С.И. Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах / С.И. Гриб, - Красноярск, 2005 - 85 с.

6. Гончаров, Ю.М. История проектирования и строительства гражданских зданий на Севере / Ю.М. Гончаров, - Красноярск, 2012. - 314 с.

7. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов: Общая и прикладная геомеханика / Н. А. Цытович, Изд-во Стереотип, 2013. -448с.

Размещено на Allbest.ru