Фундаменты из винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах

Промышленное строительство Технология Проектирование


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

Содержание статьи:

1. Расчет фундаментов из винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах

2. Особенности погружения и эксплуатации винтовых свай в ММГ


Мерзлый грунт – грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и/или лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями.

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

  • многолетнемерзлый грунт (ММГ) – грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет;
  • сезонномерзлый грунт – грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.

На территории РФ 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 ММГ, так и расположенному над ними деятельному слою.

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

  • колебания температуры в верхнем слое многолетнемерзлых грунтов 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 в многолетнемерзлом: весной вода, по морозобойным трещинам попадает в ММГ 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 ММГ. Спровоцировать этот процесс может попадание в грунт даже незначительного количества тепла, при этом величина просадки может достигать нескольких метров. К примеру, если многолетнемерзлый 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 многолетнемерзлых 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 залегают 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 ММГ в качестве основания зданий или сооружений:

  1. многолетнемерзлое состояние основания сохраняют как во время строительства, так и на протяжении эксплуатации здания/сооружения;
  2. ММГ используют в оттаявшем состоянии (оттаивание на расчетную глубину) как до начала строительства, так и в процессе эксплуатации.

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

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

1. Расчет фундаментов из винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах

Возможность устройства в 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 ММГ, 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 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

2. Особенности погружения и эксплуатации винтовых свай в ММГ

Для погружения винтовых свай в условиях многолетней 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 ММГ, относятся к сваям-стойкам. Таким образом, применение винтовых свай с литым наконечником в ММГ, как правило, не является целесообразным (подробнее «К вопросу об использовании литого наконечника винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах»).



Была ли информация для Вас полезной?
9
2
3
 
Текст сообщения*
Загрузить файл или картинкуПеретащить с помощью Drag'n'drop
Перетащите файлы
Ничего не найдено
Защита от автоматических сообщений

Статьи по теме