Деформации при устройстве фундаментов на вечномерзлых грунтах

Обложка выпуска № 6(24) 2017 

pdf_5561

Трофимова О.О., Рязанова Г.Н.

Идентификатор статьи в журнале: 624349

УДК 624.139

Деформации при устройстве фундаментов на вечномерзлых грунтах

© Трофимова Ольга Олеговна[1]

E-mail: olga_trofimova_94@mail.ru

Рязанова Галина Николаевна[2]

Е-mail: ryazanovagn55@mail.ru

Самарский государственный технический университет

Академия строительства и архитектуры

В данной статье проанализирована структура вечномерзлых грунтов с выявлением особенностей возведения на них фундаментов.  Указаны основные причины, оказывающие влияние на прочностные характеристики вечномерзлых грунтов. Диаграмма, представленная в статье, построена на основе информации по исследованию статистических данных основных причин деформаций фундаментов, возводимых на вечномерзлых грунтах. Поскольку деформации необходимо уменьшить до приемлемых значений и обеспечить равномерную осадку, были рассмотрены наиболее распространенные способы уменьшения деформаций фундаментов на вечномерзлых грунтах. За оптимальный вариант принят способ увеличения глубины заложения, как наиболее технологичный, экономичный и наименее энерго- и материалоёемкий.

Ключевые слова: деформации, вечномерзлые грунты, фундаменты, способы, осадка, глубина заложения, разрушение, производство работ, оттаивание.

Deformations in the construction of foundations on permafrost soils

© Trofimova Olga Olegovna1

E-mail: olga_trofimova_94@mail.ru

Ryazanova Galina Nikolaevna2

Е-mail: ryazanovagn55@mail.ru

Samara state technical university

Academy of Civil Engineering and Architecture

In this article the structure of permafrost soils is analyzed with the identification of the features of the erection of foundations on them. The main causes that affect the strength characteristics of permafrost soils are indicated. The diagram presented in the article is based on information on the study of statistical data of the main causes of deformations of foundations erected on permafrost soils. Since deformations need to be reduced to acceptable values ​​and uniform drafts, the most common ways to reduce foundation deformations on permafrost soils were considered. For the optimal variant, a method for increasing the depth of the deposit is adopted, as the most technological, economical and least energy- and material-intensive.

Keywords: deformations, permafrost soils, foundations, methods, sediment, depth of deposition, destruction, production, thawing.

Вечномерзлыми принято считать грунты, не оттаивающие в течение нескольких десятилетий, обладающие нулевой или отрицательной температурой и содержащие в себе ледяные включения. Большое влияние на прочность, деформируемость и другие, не менее важные, физико-механические характеристики мерзлых грунтов оказывает количество и температура замерзшей воды.

Данные грунты представляют собой структурно-неустойчивые грунты, поскольку при их оттаивании происходят просадки в связи с нарушением их природной структуры. Это прослеживается по составу вечномерзлых грунтов (рис.1).

2017-12-06_22-15-48

Рисунок 1. Состав вечномерзлого грунта

Поверхностный слой грунта, который промерзает зимой и оттаивает летом, называется деятельным слоем. Его толщина достигает 0,2-0,3 м на севере и до 4-5 м на юге области вечной мерзлоты.

Температура вечномерзлых грунтов варьируется от -0,10С до -220С, а колебания происходят до глубины 15-30 м. Нижняя граница колебаний температур называется подошвой слоя годовых колебаний температуры.

Отличительной чертой данных грунтов является их нестабильность: в случае значительного колебания температуры вечномерзлых грунтов, в них происходят изменение структуры и трансформация льдо-цементных связей. Изменение температуры вечномерзлых грунтов в естественных условиях не столь значительно, однако распределение температур по глубине нередко бывает неравномерным.

Рассмотрев структуру вечномерзлого грунта, можно заключить, что при возведении фундаментов необходимо учесть две особенности:

1) зачастую требуется усиление оснований в местах протаивания вечномерзлых грунтов;

2) в некоторых случаях растительный слой не срезают, поскольку он является изоляцией.

При оттаивании мерзлого основания возникают деформации, которые являются основной причиной разрушения строительных конструкций. Поэтомудля обеспечения устойчивости зданий и сооружений, возводимых на данных грунтах, следует принять меры по предотвращению недопустимых деформаций, способных привести к разрушению. Их появлению могут способствовать несколько основных причин:

1)  Ошибки при инженерных изысканиях;

2)  Ошибки при проектировании;

3)  Неравномерное морозное пучение. К нему предрасположены глинистые, пылевато-песчаные, а также крупнообломочные грунты. Пучение возникает за счет увеличения этих грунтов в объеме из-за их замерзания;

4) Неравномерная просадка основания. Её появление может быть связано с наличием линз, окруженных талым грунтом, либо талых прослоек в грунтах. Также, просадка может возникнуть вследствие неравномерного оттаивания мерзлого грунта;

5)  Нарушение условий в период производства работ;

6)  Нарушение правил и норм эксплуатации.

Все причины были систематизированы на основании статистических данных в диаграмму (рис. 2).

2017-12-06_22-16-02

Рисунок 2. Диаграмма основных причин появления деформаций при устройстве фундаментов на вечномерзлых грунтах

В зависимости от вида грунтов, добиться равномерной осадки можно с помощью следующих способов:

- в случае залегания в основании непучинистых грунтов фундаменты следует закладывать в деятельном слое на небольшую глубину;

- если в основании находятся крупнообломочные просадочные грунты нужно оттаивать верхний слой грунтов ниже фундамента, а в дальнейшем его уплотнить. При возведении здания слой не должен подвергаться промерзанию;

- при пучинистых грунтах необходимо заменить их на непучинистые.

Деформации оснований возможно уменьшить сразу несколькими способами:

1) если грунт является льдонасыщенным, его следует заменить на песчаный, либо крупнообломочный (рис. 3);

2017-12-06_22-16-15

Рисунок 3. Замена льдонасыщенного грунта

2) увеличение глубины заложения фундаментов. Этот способ применяется наиболее часто, поскольку является экономичным, по сравнению с другими, требующими больших энергозатрат  (рис. 4);

2017-12-06_22-16-34

Рисунок 4. Зависимость деформаций от ширины фундамента и его заглубления

3) применение электронагревателей, обогревающих трубопроводов (рис. 5). С их помощью возможно регулировать глубину оттаивания грунта в течение всего срока эксплуатации;

2017-12-06_22-16-53

Рисунок 5. Оттаивание грунта способом электропрогрева

4) предварительное искусственное оттаивание грунта основания. Осуществляется до возведения здания, оттаявший грунт закрепляется (рис. 6).

2017-12-06_22-17-09

Рисунок 6. Оттаивание грунта глубинными электродами

Список литературы

1. Гриб С.И. Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Красноярск, 2005. — 85 с.

2. Гончаров Ю.М. История проектирования и строительства гражданских зданий на Севере. Красноярск, 2012. — 314 с.

3. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов: Общая и прикладная, Изд-во Стереотип, 2013. -448с.

4. Рычагов Г.И. Общая геоморфология: учебник. 3-е изд.. Изд-во Московского университета: Наука, 2006. — 416 с.

5. СП 25.13330.2011 Свод правил–актуализированная редакция СНиП 2.02.04-85 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах

6. Пономарев В.Д. Проблемы механики оттаивающих грунтов и пути их решения / В.Д. Пономарев // Оттаивающие грунты как основания сооружений. -М,1981. -С.5-13.

References

1. Grib S.I. Osnovanija i fundamenty zdanij i sooruzhenij na vechnomerzlyh gruntah. Krasnojarsk, 2005. — 85 s.

2. Goncharov Ju.M. Istorija proektirovanija i stroitel’stva grazhdanskih zdanij na Severe. Krasnojarsk, 2012. — 314 s.

3. Cytovich N.A. Mehanika merzlyh gruntov: Obshhaja i prikladnaja, Izd-vo Stereotip, 2013. -448s.

4. Rychagov G.I. Obshhaja geomorfologija: uchebnik. 3-e izd.. Izd-vo Moskovskogo universiteta: Nauka, 2006. — 416 s.

5. SP 25.13330.2011 Svod pravil–aktualizirovannaja redakcija SNiP 2.02.04-85 Osnovanija i fundamenty na vechnomerzlyh gruntah

6. Ponomarev V.D. Problemy mehaniki ottaivajushhih gruntov i puti ih reshenija / V.D. Ponomarev // Ottaivajushhie grunty kak osnovanija sooruzhenij. -M,1981. -S.5-13.

[1] Трофимова Ольга Олеговна — магистрант направления «Строительство», ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет Академия строительства и архитектуры» (Российская Федерация, 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194).

[2] Рязанова Галина Николаевна — кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет Архитектурно-строительная академия» (Российская Федерация, 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194).

Тэги: , , , , , , , ,

Еще нет комментариев

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика