Строительство фундаментов на вечномерзлых грунтах

Фундаменты на вечномерзлых грунтах

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 постройки. В этой статье мы рассмотрим 2 принципа, на которых базируется использование вечномерзлых грунтов в качестве основания дома. Учитывая сложность проведения расчета теплового режима грунтов и специфику проектирования фундаментов в таких условиях, мы не рекомендуем делать все своими руками – это как раз тот случай, когда лучше довериться специалистам.

Строительство фундаментов в условиях вечной мерзлоты

Уже после того, как будут проведены инженерно-геокриологические исследования, определяются с проектом дома и его фундаментом. При этом возможно два варианта развития событий: либо стремятся к тому, чтобы сохранить вечномерзлый грунт в его естественном состоянии (наиболее популярное и недорогое решение), либо проектируют здание с расчетом, что основание дома будет находиться в оттаивающем (оттаянном) состоянии. Конкретный выбор делается при сопоставлении технико-экономических расчетов и эффективности рассматриваемых решений.

1 Принцип – сохраняем мерзлое состояние грунта

В соответствии с 1 принципом вечномерзлое основание стремятся сохранить в первоначальном состоянии не только в процессе возведения постройки, но и при его дальнейшей эксплуатации. Данный принцип применяется в тех ситуациях, когда сохранение замерзшего грунта в его исходном состоянии экономически целесообразно. Проще всего строить фундамент на песчаном грунте, который не относится к категории пластичномерзлых. Для последних случаев дополнительно предусматривают мероприятия по уменьшению температуры основания до расчетных значений, а также в расчетах фундамента учитывают возможные пластические деформации основания под нагрузкой.

Следуя первому принципу преимущественно устраивают свайный или столбчатый фундамент, о глубине заложения подошвы которого мы поговорим в конце статьи. Но могут быть и другие решения, например, ленточный фундамент. Единственное условие – не дать верхнему слою грунта изменить свои свойства под воздействием тепла от эксплуатируемого сооружения. Для этого подполье делают холодным, вентилируемым через продухи в забирке или цокольной части дома.

2 Принцип – допускаем последующее оттаивание грунта

Второе решение используют реже и, как правило, при условии, что грунт на строительной площадке не является пучинистым или просадочным, при изменении температурных условий которого деформации не превышают предельно допустимых значений. В этом случае его либо оттаивают перед возведением фундамента, либо проводят все необходимые расчеты и допускают, что основание будет оттаивать во время эксплуатации постройки.

О глубине заложения фундамента

При устройстве фундаментов на вечномерзлом грунте важно правильно определить глубину его заложения. Если речь идет о возведении основы дома по принципу 1, то для разных типов конструкций ее величина назначается отдельно:

Строительство основы дома по принципу 2 подразумевает расчет глубины заложения подошвы фундамента при комплексной оценке толщины сезонно промерзающего грунта (ГПГ), уровня грунтовых вод (УГВ) – все с привязкой к зоне оттаивания, которая будет образовываться при последующей эксплуатации сооружения.

В заключение

Строительство фундамента на вечномерзлых грунтах – занятие, требующее особого подхода, впечатляющих предварительных расчетов и, желательно, работы специалистов в данной сфере. Вы можете построить столбчатый фундамент для бани по принципу 1, без особого риска соорудить легкую постройку, но любой другой капитальный проект стоит поручить профессионалам. Если же все-таки тяга к экономии взяла свое, и вы все равно хотите строить своими руками, то рекомендуем внимательно ознакомиться со СНиП 2.02.04-88 – нормативным документом, в котором подробно изложен фронт работ.

Источник

Требования к фундаментам на вечномерзлых грунтах

Север и северо-восток России – это на 60 % почвы, которые находятся в состоянии вечной мерзлоты.

Поэтому возведение фундаментов на вечномерзлом грунте – серьезная проблема.

Строительство зданий на таких типах почв требует длительного предварительного этапа до устройства фундамента.

Который предусматривает глубокое инженерное геокриологическое изучение.

Что включают предварительные исследования

После завершения изысканий выполняется проектирование дома и расчет фундамента.

На этом этапе существуют два варианта использования таких грунтов в качестве основания:

Первый вариант самый популярный и менее дорогой. Однако выбор может быть сделан только с учетом технико-экономических расчетов и эффективности.

Сохранение состояния грунта

Этот вариант целесообразен для применения, если:

Расчет и обоснование этого варианта был произведен в конце прошлого века. Сейчас он общепризнан и позволяет максимально использовать высокие строительные качества вечномерзлых грунтов.

Суть этого принципа сводится к сохранению изначального состояние грунта, как при возведении строения, так и при последующем его использовании. Это приемлемо при экономической целесообразности сохранения грунта в естественном состоянии.

Легче прочего возводить основания на видах вечномерзлых грунтах, не относящихся к пластично-мерзлым. При наличии таких почв возможно уменьшение температуры основания до необходимых значений. При расчете фундаментов, закладываемых на вечномерзлых грунтах, учитываются предполагаемые разрушения и деформации под нагрузкой.

Вследствие чего, чаще всего возводят свайный или столбчатый тип фундаментов. Может быть применен и ленточный фундамент.

В этом случае, основной момент – не допустить изменений вечномерзлого слоя. То есть не дать ему изменить свои свойства от тепла, выделяемого эксплуатируемым зданием. Поэтому подполье устраивают холодным и хорошо вентилируемым (через продухи в цокольной части или забирке).

Оттаивание грунта

Это второй вариант, который применяют реже, и только при условии отсутствия пучинистых почв на строительном участке. В этом случае, деформации почвы при изменениях показателей температур не должны превышать допустимых критических значений.

Его могут оттаивать до устройства фундамента на вечномерзлых грунтах, или производить расчеты, которые допускают возможность их оттаивания во время эксплуатации сооружения.

Глубина заложения основания

Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах требуют расчета необходимой глубины заложения. Если следовать принципу 1, то для различных типов сооружений этот показатель будет различен.

Свайные

Этот тип оснований имеет существенные преимущества в сравнении с другими, применяемыми на вечномерзлых грунтах. При их устройстве нет необходимости в трудоемких и затратных по времени работах по подготовке котлована. Также они обеспечивают возможность максимальной механизации работ.

Сооружение фундамента этого типа можно проводить в течение всего года. Его конструкция проще, а расход материалов меньше, чем при устройстве других типов.

Фундаменты из свай не проседают, не перекашиваются при глубоком оттаивании почв. Это можно объяснить тем, что сваи и столбы заглубляют на 8 метров и больше. То есть, они располагаются ниже уровня возможного оттаивания вечномерзлых почв.

Свайно-винтовые фундаменты на вечномерзлых грунтах имеют особые характеристики. Для данного типа применяется вид свай, которые ввинчиваются в почву без бурения.

Иногда бурение все же проводится из расчета: размер скважины должен быть равен проектной глубине ее установки, с диаметром сваи меньше диаметра ствола.

Далее производится ввинчивание узкопластного типа сваи с литым цилиндрическим наконечником. Размер диаметра лопасти берется меньше 1,5 к стволу сваи.

Для данного типа глубина закладки основания выполняется на 2 метра больше величины промерзающего и сезонно оттаивающего слоя грунта. Аргументом для такого решения является то, что слой вечномерзлой почвы будет хорошо сопротивляться сжатию.

Остальные типы

Для остальных видов расчет глубины закладки должен исчисляться исходя из следующего показателя: 1 метр больше слоя сезонно оттаивающей почвы.

На насыпном грунте

При проектировании возведения основания на насыпном материале характеристики которого известны.

Глубина закладки не нормируется, а определяется из конкретных условий.

Вариант 2 предусматривает расчет глубины подошвы основания в момент общей оценки слоя сезонно промерзающего грунта и уровня вод в почве.

Все показатели должны учитывать зону оттаивания при эксплуатации здания.

Вывод

Для начала строительства и основания фундаментов на вечномерзлых грунтах нужны серьезные предварительные расчеты и участие специалистов. Это именно тот случай, когда нужен профессиональный подход к возведению дома.

Источник

Б. Принципы строительства на вечномерзлых грунтах

Из каждого опыта определяется коэффициент Просадочности

А. Механические свойства мерзлых грунтов

Фундаменты в районах распространения вечномерзлых грунтов

В таком случае, прогноз температурного режима оснований в условиях вечной мерзлоты имеет первостепенное значение.

Изучение сжимаемости мерзлых грунтов при оттаивании обычно производится в одометрах, оборудованных нагревательной аппаратурой. Образец помещается в прибор, дается вертикальная нагрузка p₁ (участок аб, рис. 15.2). Затем образец нагревают и происходит его оттаивание при p₁=const, что ведет к разрушению цементационных связей (так как вода переходит в жидкое состояние) и грунт может значительно уплотнится (бв – рис 15.2). Деформация имеет просадочный характер. После стабилизации просадочной деформации при оттаивании образец нагружается ступенчато-возрастающей нагрузкой, что характеризуется сжимаемостью оттаивающего грунта (вг – рис. 15.2). Серия испытаний проводится при различных значениях начального обжатия p_1.

Рис. 15.2. Зависимости деформаций образца оттаивающего грунта (а) и коэффициента просадочности (б) от нормального давления

Имеет практически линейный характер и описывается уравнением

соответственно коэффициенты оттаивания и сжимаемости, которые являются основными расчетными характеристиками при вычислении осадок оттаивающих оснований.

Существует два принципа строительства на вечномерзлых грунтах:

I принцип – вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраненном в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

II принцип – в качестве оснований знаний и сооружений используются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие в период эксплуатации сооружения.

I принцип применяется в тех случаях, когда расчетные деформации основания в предположении его оттаивания превышают предельное их не удается привести в нормальное состояние конструктивными мерами или улучшением строительных свойств основания. Принцип эффективен, когда грунты находятся в твердомерзлом состоянии и такое состояние может быть сохранено при экономически разумных затратах.

II принцип рекомендуется применять при неглубоком расположении (залегании) скальных грунтов, а также при малосжимаемых мерзлых грунтах при оттаивании (плотные крупнообломочные грунты и пески, пылевато-глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции).

Ø При строительстве по I-му принципу для сохранения вечномерзлого состояния оснований используются различные методы.(рис.)

Рис.15.3. Мероприятия для сохранения вено мерзлого состояния грунтов:

1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 4 – насыпной непучинистый грунт (пески средней крупности, крупные, крупнообломочные грунты, шлаки ) ; 5 – теплоизоляция; 6 – вентилируемое подполье; 7 – сваи; 8 – неотапливаемый 1-ый этаж; 9 – вентиляционные каналы; 10 – замораживающие колонки;

· Подсыпка применяется при вертикальной планировке территорий или устраивается под отдельными зданиями;

· Телпоизоляция в сочетании с другими методами для сооружений, занимающих небольшую площадь;

· Вентилируемые подполья – является основным и наиболее распространенным способом регулирования теплового влияния здания на температурный режим основания, открытые подполья имеют сообщение с наружной средой.

“ – “ В зимний период подполья заносятся снегом, а летом в них поступает теплый воздух, растепляющий основание. Кроме того, от этого возникает неблагоприятный температурный режим во внутренних помещениях 1-ого этажа.

В этом случае более эффективны подполья с регулируемым проветриванием – с продухами.

Зимой продухи открыты, а в летнее время их закрывают.

· Иногда роль вентилируемого подполья выполняют неотапливаемые помещения 1-ого этажа.

· Промораживающие колонки применяют для предпостроечного промораживания оснований, а также для последующего поддержания в основании заданного температурного режима.

Ø При использовании принципа II на вечномерзлых грунтах существуют два основных подхода

· Предпостроечное оттаивание. Для повышения температуры грунта наиболее часто используют игловое гидро- или парооттаивание, или электрический прогрев с применением электроосмоса и иглофильтрового понижения, оттаивание может быть произведено как в пределах всей площади застройки, так и под отдельными фундаментами, если это обосновано расчетом по деформациям.

· Оттаивание грунтов в процессе эксплуотации сооружений должно применятся с большой осторожностью и подкрепляться тщательным прогнозом температурного режима деформаций оттаивающего основания.

Источник