Характер воздействия сил пучения на фундамент

Фундаменты в условиях вечной мерзлоты – сложно решаемая задача при конструировании зданий. Непосредственные причины возможных деформаций зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах:

- потеря несущей способности вечномерзлым грунтом в результате изменения его температурного режима – основная причина;

- пучение грунта при сезонном промерзании;

- снижение прочности вечномерзлого грунта как следствие его ползучести.

Потеря мерзлым грунтом несущей способности в результате изменения его температурного режима, т.е. протаивание под построенным зданием, – самое коварное свойство вечной мерзлоты. Строительство зданий – отапливаемого или неотапливаемого – нарушает температурное равновесие, определявшее состояние грунта на участке строительства. Оттаявший грунт – «чаша протаивания» – может достигать глубины 10-15 м, что исключает возможность борьбы с деформациями путем заглубления фундаментов до сохраняющейся вечной мерзлоты. Наиболее доступный способ обеспечения устойчивости зданий – возведение их на скальных, песчаных, гравелистых и других непросадочных грунтах, несущая способность которых не зависит от промерзания. Однако это не всегда возможно.

Чтобы исключить деформации оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов в качестве оснований, возможно применение двух принципиальных решений:

- вечномерзлые грунты основания сохраняют в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации здания;

- производят оттаивание вечномерзлых грунтов до начала возведения и допускают их последующее оттаивание.

Оба принципа сложны в практическом применении. Основной способ, широко применяемый в практике строительства на Севере, – сохранение­­ вечной мерзлоты. Достигается оно несколькими методами:

- устройством в зданиях проветриваемых подполий с продухами или холодных первых этажей;

- устройством под зданием теплоизолирующих подсыпок;

- искусственным охлаждением грунта под фундаментами или под всем зданием.

Закрытые подполья используют реже, только для небольших (не более 5 х 10 м) зданий. Открытые подполья оправдали себя на практике для всех видов зданий. Подполье может быть с регулируемым и нерегулируемым проветриванием. При нерегулируемом проветривании летом возможно неблагоприятно воздействие положительных температур на грунт, а зимой – отрицательных на помещения первого этажа. Кроме того, существует опасность снегозаноса. При регулируемом проветривании приточные трубы располагают выше точек снегового отложения и снегопереноса, что исключает занос снега в подполье. Часто наряду с проветриваемым подпольем для сохранения грунта в мерзлом состоянии широко используют подсыпки из песка, гравия и шлака. Подсыпка может быть выполнена под отдельные здания или группы зданий, самостоятельно или в сочетании с другими мерами сохранения вечной мерзлоты. Толщину подсыпки определяют теплотехническим расчетом.

Искусственное охлаждение грунта под зданием ведут различного рода холодильными установками. Под фундаменты или под все здание укладывают трубы, по которым пропускают холодоноситель – холодный воздух или жидкость. Применение холодильных установок позволяет получить значительную экономию стоимости фундаментов. Однако эксплуатационные расходы достаточно велики, установки требуют постоянного контроля и обслуживания.