36. Особенности проектирования фундаментов на многолетнетнемерзлых грунтах по принципу I. Методы сохранения мерзлого состояния основания.

Существуют два принципиально разных подхода к использованию вечномерзлых грунтов в основаниях сооружений.

Принцип I предусматривает сохранение мерзлого состояния грунтов основания на весь период строительства и эксплуатации сооружения.

Принцип II предполагает использование вечномерзлых грунтов в основании в оттаивающем или оттаявшем состояниях.

Принятое решение в пользу одного из названных принципов определяет конструктивную схему сооружения, его проектирование, строительство и эксплуатацию.

Принцип Ι наиболее эффективен при наличии в основании твердомерзлых грунтов с устойчивым температурным режимом и для тех сооружений, для которых технически и экономически целесообразнее выполнение мероприятий, обеспечивающих сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии. Использование пластичномерзлых грунтов по принципу I допускается при осуществлении мероприятий, обеспечивающих понижение температуры грунтов до их твердомерзлого состояния (раздел 9.3.3).

По этому принципу на вечномерзлых грунтах строят не только сооружения без тепловыделения, но и отапливаемые здания. Транспортные сооружения можно возводить с сохранением мерзлого состояния незасоленных грунтов основания, если их температура не выше –1,5 °С в несвязных грунтах и –2,0 °С в глинистых. Засоленные грунты при этих температурах в природном залегании бывают талыми.

Использование принципа II в строительстве на вечномерзлых грунтах рекомендуется при опирании фундаментов на скальные или другие грунты, осадка которых при оттаивании не превышает предельных значений для сооружения. Его применяют также при островном характере распространения мерзлоты и в других мерзлотно-грунтовых условиях, когда сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии невозможно или экономически не выгодно.

При использовании вечномерзлых грунтов по этому принципу допускается постепенное протаивание оснований в процессе эксплуатации сооружения, если ожидаемые осадки и крены фундаментов не превосходят предельных величин. Если же эти деформации превосходят предельные значения, то выполняют предпостроечное оттаивание основания. В этом случае часть осадки протаявшей толщи совершается под действием собственного веса грунта еще до постройки сооружения. Предпостроечное оттаивание эффективно, если основание сложено хорошо дренирующими грунтами. Глинистые грунты с плохой дренирующей способностью при оттаивании под собственным весом уплотняются очень медленно и слабо.

Для каждого отдельного сооружения должен предусматриваться один и тот же принцип использования вечномерзлых грунтов в основании. Не составляют исключения из этого правила и мосты. Применение разных принципов для грунтов основания соседних опор моста допускается при условии надежного сохранения в процессе строительства и эксплуатации состояния грунтов, используемых в основании одной из опор по принципу I. Принцип использования вечномерзлых грунтов основания фундаментов транспортных сооружений и примыкающих к ним участков насыпей должен приниматься одинаковым.

Нередко мерзлотно-грунтовые условия площадки строительства позволяют возводить сооружения с использованием, как первого, так и второго принципов. В этом случае предпочтение тому или другому из них отдают на основе анализа технико-экономического сравнения разных вариантов.

Устройство оснований и фундаментов при использовании

многолетнемерзлых грунтов по I принципу

Существование и тепловое состояние вечномерзлых грунтов в их конкретной геолого-географической обстановке связано с теплообменом поверхности Земли с атмосферой. Сезонные изменения этого теплообмена до застройки территории приводят к периодическому оттаиванию и промерзанию грунта лишь в приповерхностном слое сравнительно небольшой мощности. В процессе строительства и последующей эксплуатации сооружений условия теплообмена на площадке застройки существенно меняются.

Во время строительства нарушается растительный покров стройплощадки, служивший до этого теплоизоляцией ее поверхности, усиливается приток дождевых и талых вод в грунты основания. Летний прогрев солнечным теплом надфундаментных конструкций также усиливает приток через них тепла в основание. Эти процессы приводят к постепенному «растеплению» грунтов и формированию в них чаши протаивания (рис. 8.8) /12/.

Р ис. 8.8 Схема оттаивания вечномерзлых грунтов в основании опоры моста

1 - тело опоры, 2 - тепловые потоки, 3 - положение верхней границы вечномерзлых грунтов, 4 - границы чаши оттаивания.

Наиболее рациональными типами фундаментов при сохранении грунтов основания в мерзлом состоянии являются столбчатые или свайные, предпочтительнее с высоким ростверком. Подошву плиты высокого ростверка назначают выше поверхности промерзающего грунта не менее чем на 0,15 м, а для устоев мостов — не менее 0,5 м.

При использовании низкого ростверка его подошва должна быть заглублена ниже толщи пучиноопасных грунтов слоя сезонного промерзания-оттаивания.

Нижние концы свай или подошву столбов заглубляют в вечномерзлую толщу не менее 4 м. При наличии в основании подземных льдов или льдонасыщенных грунтов их следует прорезать или располагать нижние концы свай выше кровли этих пород не менее 4 м.

Минимальные расстояния a_c между осями соседних свай и столбов назначают в зависимости от способа их погружения. При установке в пробуренные скважины диаметром d_ск  1 м a_c = 2d_ск, при d_ск > 1 м a_c = d_ск + 1 м. Для опускных с протаиванием грунта и бурозабивных свай а_с назначают не менее 3-х наибольших размеров поперечного сечения свай.

Приступая к расчету и конструированию фундаментов сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах по методу сохранения мерзлого состояния оснований, необходимо установить глубину заложения фундаментов, отсчитываемую от глубины максимального летнего оттаивания грунтов.

Глубина заложения фундаментов определяется по формуле

, (8.29)

Нормативные глубины сезонного промерзания d_f,n и сезонного оттаивания d_tn для районов распространения вечномерзлых грунтов определяют по данным натурных наблюдений или теплотехническими расчетами /18/. Расчетные глубины сезонного промерзания d_f и сезонного оттаивания d_th,n грунтов определяют умножением их нормативных значений на коэффициенты теплового влияния сооружения k_h и k'_h, принимаемые по табл. 3 прил. 3 /18/.

Минимальную глубину заложения фундаментов d_min необходимо принимать в зависимости от расчетной глубины сезонного оттаивания d_th по табл.8.2.