Фундаменты из винтовых свай в вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах

Промышленное строительство Технология Проектирование


Статья расскажет о возможности и особенностях устройства фундаментов из винтовых свай в вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах.

В зависимости от продолжительности периода, когда грунты находятся в мерзлом состоянии (имеют отрицательную температуру и лед в своем составе), выделяют несколько групп:

  • вечномерзлые грунты (ВМГ) – находятся в мерзлом состоянии несколько сотен или тысяч лет;

  • многолетнемерзлые – находятся в мерзлом состоянии от нескольких лет до нескольких десятков лет;

  • сезонномерзлые – от одного до двух сезонов;

  • кратковерменномерзлые – находятся в мерзлом состоянии на протяжении нескольких суток.

На территории РФ вечномерзлые и многолетнемерзлые грунты распространены достаточно широко. Как правило, они залегают на глубине от 0,5 до 4,5 м, а мощность слоя изменяется от нескольких метров до 1,5 км и более.

При проектировании и строительстве фундамента на подобном основании необходимо учитывать целый ряд особенностей, присущих как самим ВМГ, так и расположенному над ними деятельному слою.

В подстилающем слое ВМГ могут протекать следующие процессы, способные оказывать необратимое воздействие на фундаменты возводимых зданий:

  • колебания температуры в верхнем слое ВМГ при сливающемся деятельном слое;

  • образование морозобойных трещин и клиньев льда. Данный процесс начинает развиваться в деятельном слое грунта из-за колебаний температуры, но продолжается и вечномерзлом: весной вода, по морозобойным трещинам попадает в ВМГ и замерзает, образуя клинья льда;

  • увеличение глубины оттаивания из-за увеличения площади застройки на определенной территории, а следовательно, увеличения количества тепла, возникающего в результате бытовой и производственной деятельности человека.

  • возникновение термокарстовых просадок в результате интенсивного таяния ВМГ. Спровоцировать этот процесс может попадание в грунт даже незначительного количества тепла, при этом величина просадки может достигать нескольких метров. К примеру, если вечномерзлый грунт расположен в основании массивного фундамента, он может неравномерно оттаивать. Это связанно с повышенным поступлением тепла в грунт через фундамент (так как теплопроводность фундамента превышает теплопроводность грунта) и может привести к неравномерной осадке фундамента. При этом характер оттаивания может меняться в зависимости от географического распространения вечномерзлых грунтов. Не менее важно, что при повторном замерзании грунта может наблюдаться его пучение. Из-за отсутствия стока воды на участке, на котором произошло оттаивание, может образоваться термокарстовое озеро, которое может спровоцировать еще большее протаивание грунта.

В деятельном слое также протекают процессы, которые могут влиять на возведенные объекты:

  • колебания температур в толщине деятельного слоя;

  • промерзание и оттаивание грунтов, которые залегаю выше границы оттаивания;

  • морозное пучение грунтов;

  • образование грунтовых наледей, которое происходит при перепаде высот;

  • образование морозобойных трещин;

  • медленно сползание грунта по склону (солифлюкция);

  • поверхностные оползни, которые происходят из-за увлажнения грунта при оттаивании.

С учетом всех перечисленных процессов и явлений сегодня при проектировании и строительстве применяются два принципа использования ВМГ в качестве основания зданий или сооружений:

  1. вечномерзлое состояние основания сохраняют как во время строительства, так и на протяжении эксплуатации здания/сооружения;

  2. ВМГ используют в оттаявшем состоянии (оттаивание на расчетную глубину) как до начала строительства, так и в процессе эксплуатации.

Первый принцип используют, когда сохранение вечномерзлого состояния грунтов возможно, а также является целесообразным с точки зрения экономических затрат.

Второй принцип применяют, когда деформации ВМГ при оттаивании не превышают допустимых значений, а также при несплошном залегании вечномерзлых грунтов или при их залегании на неодинаковой глубине от поверхности.

Расчет фундаментов из винтовых свай в вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах

Возможность устройства в вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах фундаментов из винтовых свай предусмотрена СП 25.13330.2012. В соответствии с п. 6.3.9. данного нормативного документа «при устройстве свайных фундаментов в многолетнемерзлых грунтах допускается применять виды и конструкции свай, предусмотренные СП 24.13330, в том числе буронабивные, сваи-оболочки, а также составные (комбинированные) сваи из разных материалов».

При выполнении расчета винтовых свай в ВМГ, отнесенность их к группе вертикально нагруженных висячих свай позволяет использовать единые принципы расчета.

В то же время в соответствии с п. 7.3.5. СП 25.13330.2012 «расчет усилий в элементах фундаментных конструкций и реактивных давлений грунтов следует выполнять, как правило, численными методами на основании уравнений строительной механики с учетом зависимостей реактивных давлений от неравномерных осадок основания. При этом оттаивающее основание допускается рассматривать как линейно-деформируемый слой конечной толщины. Допускается применять другие расчетные схемы, в том числе с использованием вероятностных методов расчета, учитывающих статистическую неоднородность основания. При расчете оснований и фундаментов по деформациям среднее давление на основание под подошвой фундамента от основного сочетания нагрузок не должно превышать расчетного давления на основание R, определяемого в соответствии с СП 22.13330 по расчетным характеристикам оттаивающих грунтов».

Это подтверждает и опыт компании «ГлавФундамент». Было установлено, что расчеты численными методами демонстрируют лучшую сходимость с результатами полевых испытаний грунтов винтовыми сваями при действии статической вдавливающей нагрузки.

Для осуществления предварительных расчетов фундаментов из винтовых свай в вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах необходимы:

  • инженерно-геологический разрез;

  • сводная таблица физико-механических и геокриологических характеристик грунта;

  • карта фактических материалов;

  • результаты измерений коррозионной агрессивности грунтов. 

Установка сваи для вечномёрзлых грунтов

Особенности погружения и эксплуатации винтовых свай в ВМГ

Для погружения винтовых свай в условиях вечной мерзлоты используется лидерное бурение на глубину погружения шнеком, диаметр которого равен диаметру сваи.

Нагрузка на лопасть во время установки в этом случае минимальна. Более того, по характеру взаимодействия с грунтом сваи, эксплуатируемые в ВМГ, относятся к сваям-стойкам. Таким образом, применение винтовых свай с литым наконечником в ВМГ, как правило, не является целесообразным (подробнее «К вопросу об использовании литого наконечника винтовых свай в вечномерзлых грунтах»).



Была ли информация для Вас полезной?
7
2
3

Статьи по теме