Фундаменты в районах распространения многолетнемерзлых грунтов

Возведение фундаментов на многолетнемерзлых (вечномерзлых) грунтах имеет свои особенности и требует соблюдения ряда специальных требований /18/.

Мерзлыми называются грунты, имеющие отрицательную или нулевую температуру и содержащие в своем составе ледяные включения или лед цемент. Физические свойства мерзлых грунтов обладают рядом особенностей, характерных только для них. Если температура грунта отрицательная, но льда в них нет, такие грунты называются морозными.

Различают сезонномерзлые и многолетнемерзлые грунты. Сезонномерзлыми называют грунты, находящиеся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона. Многолетнемерзлый или вечномерзлый грунт находится в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет.

Вечномерзлые грунты занимают около 65% территории России. Распространены они в основном в азиатской части страны - в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейской части России вечномерзлые породы находятся в приполярной зоне.

Мощность вечномерзлых толщ составляет от нескольких десятков метров (в южной части территории) до 800 м и более на севере. Вечная мерзлота может быть сплошной по площади и разрезу или прерывистой. В южной зоне она имеет островное распространение. Под руслами больших рек и в местах разломов земной коры в вечномерзлых породах обычно существуют сквозные талики. Глубина сезонного промерзания-оттаивания грунтов достигает в этих районах 4 м и более.

В зависимости от состава, температуры, коэффициента водонасыщения и сжимаемости под нагрузкой мерзлые грунты подразделяются на твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые.

Твердомерзлые грунты - прочно сцементированные льдом грунты, характеризуемые относительно хрупким разрушением и практически несжимаемые под действием нагрузок от зданий и сооружений.

Пластичномерзлые грунты также сцементированы льдом, но они обладают вязкими свойствами и определенной сжимаемостью.

Сыпучемерзлые грунты - грунты имеющие отрицательную температуру, но несцементированные вследствие их малой влажности. К таким грунтам относятся крупнообломочные и крупные пески.

 

8.3.1 Принципы использования вечномерзлых грунтов
в качестве оснований фундаментов

 

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.