Методы строительства фундаментов на мерзлых грунтах
Мерзлые - грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед.
В зависимости от состава и температурно-влажностных условий грунты подразделяются на
· твердомерзлые(прочно сцементированы льдом и практически несжимаемы, E>100 МПа, разрушаются хрупко)
· пластично-мерзлые (имеют более высокую температуру, сжимаются больше, чем твердомерзлые, обладают вязкими свойствами)
· сыпучемерзлые(крупнообломочные и песчаные грунты, льдом практически частицы не сцементированы и их свойства под влиянием понижения температуры практически не изменяются )
При оттаивании льда в мерзлом грунте происходит его просадка. Осадка складывается из осадки за счет оттаивания в нем льда и уплотнения за счет этого скелета, а также за счет дальнейшего уплотнения грунта уже в оттаявшем состоянии.
Имеются два принципа строительства на мерзлых грунтах: I - грунты основания используются в мерзлом состоянии, которое сохраняется в течение строительства и эксплуатации здания или сооружения, Этот принцип рекомендуется, когда грунты находятся в твердомерзлом состоянии и оно может быть сохранено. Для пластично-мерзлых грунтов обычно следует предусматривать дополнительное охлаждение основания. II - когда в грунтах основания допускается оттаивание предварительное или в период строительства и эксплуатации зданий или сооружений. Использование I принципа предпочтительнее. Второй принцип применяется при неглубоком залегании скальных грунтов, а также при наличии малосжимаемых при и после оттаивания грунтов.
В пределах одной территории следует рекомендовать использование только одного принципа.
1)Чтобы сохранить мерзлое состояние, возможно:
· возводить здание на подсыпках, для которых используются пески, крупнообломочные грунты, шлаки;
· устраивать вентилируемые принудительно или открываемые на зиму и закрываемые на лето подполья;
· устраивать в зданиях неотапливаемые первые этажи;
· устраивать подсыпки с охлаждающими трубами, по которым в зимнее время циркулирует холодный воздух;
· устраивать промораживающие основание колонки.
При твердомерзлых грунтах расчет ведется по первому предельному состоянию - по несущей способности, а при пластичномерзлых - по первому и второму предельным состояниям.
При расчетах по несущей способности учитывается смерзание фундамента с вечномерзлым грунтом по его боковой поверхности.
Наибольшее распространение получили свайные фундаменты. На насыпях и подсыпках применяются столбчатые фундаменты. Глубина заделки свай в вечномерзлые грунты должна быть не менее 2 м.
2)При оттаивании для ускорения может применяться:
· парооттаивание с помощью игл, а также
· водооттаивание.
· Льдистые грунты возможно заменить талым песчаным или крупнообломочным грунтами.
· Возможно полное или частичное оттаивание грунтов в процессе эксплуатации сооружений. Оттаивание происходит обычно неравномерно под зданием - под краями оно запаздывает по сравнению с оттаиванием в середине.
Фундаменты в этом случае рассчитываются по второму предельному состоянию - по осадкам.
Должны предусматриваться конструктивные мероприятия по уменьшению чувствительности зданий к неравномерным осадкам, увеличению жесткости и монолитности фундаментов, с применением для них плит и перекрестных лент.
При использовании II принципа, для того чтобы приспособить конструкции к значительным и неравномерным осадкам, применяют либо гибкую статически определимую схему для здания, когда в нем при неравномерных осадках не будет возникать дополнительных усилий, либо разрезку здания на короткие жесткие блоки, деформирующиеся раздельно.
При наличии пучинистых грунтов учитывается возможность пучения при их промерзании. Фундаменты всех типов заглубляются в вечномерзлые грунты не менее чем на 1 м, а свайные - не менее чем на 2 м. При строительстве по II принципу глубина заложения устанавливается с учетом глубины сезонного промерзания.
Вечномерзлые грунты обладают большой прочностью, поэтому забивка свай возможна только в пластично-мерзлые грунты. Применяются следующие виды устройства свай:
1) бурозабивные - забиваются в предварительно пробуренные лидерные скважины, имеющие поперечное сечение чуть менее, чем у свай;
2) буроопускные - поперечное сечение скважины более, чем у сваи. В этом случае скважину выбуривают, а затем заполняют грунтовым раствором и опускают сваю. Она вмораживается в грунт;
3) опускные сваи - сначала оттаивают грунт паровой иглой, спускают сваю, затем она вмерзает в грунт.
В пластично-мерзлых грунтах лидерная скважина может выбуриваться, а может осуществляться виброопусканием трубы, служащей для извлечения грунта.
Далее устраивается ростверк - часто высокий, тогда получается теплоизоляция за счет воздуха. Могут устраиваться сваи-колонны.