1. Характеристики пород.
К вечномёрзлым принято считать горные породы, находящиеся в мерзлом состоянии от 3 лет и более. Для них характерна неустойчивая структура: в период оттаивания они непосредственно оседают из-за нарушения их структуры. Активная полоса суши включает в себя верхний слой, который летом оттаивает, а с наступлением зимы замерзает. Периоды сильного оттаивания и замерзания приводят к его вздыманию. Это снижает устойчивость и снижает прочность домов, построенных на этой поверхности.
На глубину этого слоя влияют климатические условия и геологический тип залегающей земли. В зависимости от этих факторов его мощность может колебаться от 0,3 до 4 метров. По мере продвижения на юг глубина активного слоя увеличивается. Наибольшей глубиной поверхностного слоя является земля с открытыми порами, в структуре которой преобладают куски скальной породы и песка.
Деятельные покрытия делятся на сливающиеся и не сливающиеся:
- Сливающиеся: в период зимних холодов поверхностный грунт промерзает на всю глубину, и смерзается со своим вечномёрзлым основанием;
- Не сливающиеся: наличие незамерзающей перемычки посередине поверхностным слоем и материковым основанием.
Вечномёрзлая толща делится:
Непрерывно мёрзлый грунт – состоит из однородной массы земли.
В состав слоистой толщи состоят из прослойки смёрзшихся пород, льда или слоёв, подверженных воздействию подпочвенных вод.
Земля под основание сооружения может состоять из покрытий любого вида. К редко встречающимся типам мерзлотных покрытий относятся скальные породы.
В зависимости от состояния мерзлые грунты делятся на следующие типы:
- Твёрдомёрзлая порода - относится смерзшийся песок, который в мёрзлом виде обладает характеристиками скальной подошвы.
- Пластичномёрзлые слои - состоят из глинистых пород, которые в результате глубокого промерзания, содержат замерзшую воду, и могут сжиматься при воздействии определенных нагрузок.
- Сыпучемёрзлые покрытия - относится песчаный и гравийный слой. Они даже в мёрзлом виде не скреплены льдом и достаточно рыхлые.
На этапе строительства здания необходимо учитывать особенности и структуру земельного участка, чтобы построенное здание было надежным и долговечным.
2. Возведение фундаментов в условиях вечной мерзлоты.
Для возведения дома используются определенные технологии. На этапе проектирования конструкции сооружения необходимо предусмотреть следующие моменты:
- Разработать меры по снижению износа постройки вследствие деформаций.
- Рассчитать глубину закладки фундамента.
- Выбрать тип конструкции, учитывая локальные особенности грунта.
- Технологический проект по монтажу опор здания, рассчитанный на строительство в сложных природных условиях. Определить метод заглубления деталей.
Независимо от климатических условий, в которых ведется строительство, в процессе возведение здания должно соответствовать строительным нормам и правилам. На вечномерзлых грунтах строительству домов следует уделять еще больше внимания, подбирая соответствующие несущие конструкции здания.
2.1 Фундамент на сваях.
При возведении ленточного основания здания на вечной мерзлоте возникает много вопросов: вынуть большой объём грунта, сложность рытья траншеи и другие моменты. В отличие от остальных видов, столбчатая конструкция обладает значительными достоинствами это:
1. Нет необходимости в выемке грунта из котлована. Это экономит деньги на дорогостоящей работе в сложных природных условиях;
2. Возможность возведения при любой погоде, в любой период года;
3. Технологически, обустройство свайного фундамента методом погружения столбов, является простым и доступным мероприятием;
4. В условиях мерзлоты столбы часто монтируются на глубокую глубину. Такой подход исключает риск неравномерного оседания дома и опрокидывания сооружения.
Расчётная величина заглубления деталей учитывает показатели по результатам геологических и гидрологических изысканий. Особое внимание следует обратить на пучение из-за морозов, которое происходит на пыльных и глинистых смесях. При выпучивании замёрзшего грунта нарушается равномерность осадки опор во время сезонного таяния поверхности мёрзлой почвы.
2.2 Фундамент на буроопускных сваях.
Технология обустройства фундамента с помощью буроопускных столбов рассчитана именно на районы с вечномёрзлыми почвами. Способ заглубления свай включает в себя основные технологические этапы:
1 этап: Заглубление квадратных опор в пробуренную скважину, размеры которой превышают опускаемую сваю;
2 этап: Наполнение бетонной смесью полостей между столбом и стенами скважины.
Столбы эффективно перераспределяют массу дома на нижние горизонты глины и на боковые стенки, сжатые породой. Выпускаемые заводом буроопускные столбы прямоугольного сечения изготавливаются из металла. Низ ствола оборудуется уширением с прикреплённой опорной деталью и рёбрами жёсткости.
3. Технология и методы погружения столбов.
Монтаж свай в условиях вечноймерзлоты делится на несколько подготовительных этапов. Технология возведения основания из буроопускных сооружений:
- Подготовительное бурение отверстий.
- Создание амортизационного слоя из песчано-гравийного материала – в отверстие закладывается крупнозернистый песок и утрамбовывается. Затем укладывается мелкий гравий с последующим уплотнением.
- Опускание металлической сваи в подготовленное отверстие с использованием специальной техники.
- Заливка пазух вокруг внешней поверхности опоры раствором цемента с песком или глиной.
Песчано-гравийная смесь утрамбовывается с помощью квадратной детали. Она опускается в отверстие с большой высоты, уплотняя гравийно-песчаную смесь.
На выбор способа погружения деталей в мёрзлую почву влияет множество условий, в том числе и состояние покрытия. В различных ситуациях используются такие способы погружения столбов:
1. Механизированный монтаж элементов – при этом методе буроопускные сваи устанавливаются в отверстия с помощью подъёмных механизмов. Из-за привлечения дорогостоящего оборудования этот способ монтажа стоит недешево, он принят в твёрдомёрзлых грунтах.
2. Установка столбов в предварительно оттаянную почву. Оттаивание осуществляется с помощью использования источника пара или электричества. Это сложный и дорогостоящий метод, применяемый в труднозамерзающих грунтах.
3. Установка конструкций в заведомо зауженные предварительно пробуренные скважины бурозабивным методом;
4. Забивка деталей без подготовительных работ.
Первые два метода принимаются в твёрдомёрзлых почвах. Технология установки основания дома забивкой обычно используется в пластичной породе. При выборе способа погружения свай необходимо учитывать особенности, плюсы и минусы каждого способа, а также изучать местные условия на строительной площадке.
4. Классификация вечномерзлых грунтов.
Классификация вечномерзлых грунтов и её влияние на выбор принципа использования грунта в качестве основания и типа фундамента. Классификация вечномерзлых грунтов по условиям залегания.
Технологии устройства свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах при строительстве по I принципу и область применения каждой из них.
К числу типов свай, применяемых на вечномерзлых грунтах, относят сваи, устанавливаемые в предварительно пробуренные скважины и заполненные грунтовым раствором, сваи, установленные в предварительно оттаянные скважины с заливкой их грунтом, а также сваи, забиваемые в лидерные скважины (бурозабивные) или без предварительной подготовки грунта. И буронабивные, полые и сваи-оболочки, а также составные сваи из разных материалов.
В проекте свайных фундаментов должны быть указаны способы погружения свай и температурные условия, при которых разрешается загружение свай.
Полые сваи и сваи-оболочки, не требующие по расчету бетонного заполнения, допускается заполнять грунтом, а в пределах слоя сезонного промерзания-оттаивания и выше — бетоном класса не ниже В15 с соблюдением требований по предотвращению образования трещин, кроме опор мостов, для которых нужно учитывать воздействие знакопеременных.
При устройстве буронабивных свай в вечномерзлых грунтах, используемых в качестве оснований по принципу I, применение химических добавок для ускорения твердения бетона, уложенного в распор с мерзлым грунтом, как правило, не допускается.
По условиям применимости и способам погружения в вечномерзлый грунт сваи подразделяются на:
• буроопускные — сваи сплошные и полые, свободно погружаемые в скважины, диаметр которых превышает (не менее чем на 5 см) размер их наибольшего поперечного сечения, с заполнением свободного пространства раствором глинисто-песчаным, известково-песчаным или другого состава, принимаемым по условиям обеспечения заданной прочности смерзания сваи с грунтом; допускаются к применению в любых грунтах при средней температуре грунта по длине сваи минус 0,5° С и ниже;
• опускные — сваи сплошные и полые, свободно (или с пригрузом) погружаемые в оттаянный грунт в зоне диаметром до двух наибольших поперечных размеров сваи; допускаются к применению в твердомерзлых грунтах песчаных и пылевато-глинистых, содержащих не более 15% крупно-обломочных включений при средней температуре грунта по длине сваи не выше минус 1,5° С;
• бурозабивные — сваи сплошные и полые, рассчитанные на восприятие ударных нагрузок и погружаемые забивкой в лидерные скважины, диаметр которых меньше наибольшего поперечного сечения сваи; допускаются к применению в пластичномерзлых грунтах без крупнообломочных включений на основании пробных погружений свай на данной площадке;
• бурообсадные — полые сваи и сваи-оболочки, погружаемые в грунт путем его разбуривания в забое через полость сваи с периодическим осаживанием погружаемой сваи; применяются при устройстве сварных фундаментов в сложных инженерно-геокриологических условиях и при наличии межмерзлотных подземных вод.
Можно применять другие способы погружения свай в вечномерзлые грунты, если это не приводит к недопустимому повышению температуры грунтов основания, что должно быть подтверждено данными и теплотехническим расчетом.
5. Принципы использования вечномерзлых грунтов.
При строительстве на вечномерзлых 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 вечномерзлых грунтов в качестве основания сооружений:
Принцип I — вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняются в процессе строительства и на протяжении всего периода эксплуатации сооружения.
Принцип II — вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии.
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 вечномерзлых грунтов по принципу I.
При строительстве на пластичномерзлых грунтах следует, как правило, предусматривать мероприятия по понижению температуры до установленных расчетом значений, а также учитывать в расчетах оснований пластические деформации этих грунтов под нагрузкой.
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 вечномерзлых 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.
Выбор принципа использования вечномерзлых 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 вечномерзлых 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 вечномерзлых 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 противофильтрационных завес и т. п.).
Линейные сооружения допускается проектировать с применением на отдельных участках трассы разных принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания. При этом следует предусматривать меры по приспособлению их конструкций к неравномерным деформациям основания в местах перехода от одного участка к другому.
