Строительства фундаментов вечная мерзлота

Фундамент на вечномерзлых грунтах

Строительство дома является весьма сложным и ответственным процессом. Некоторые постройки можно легко возводить своими руками, без привлечения специалистов. Но, бывают случаи, когда без помощи просто не обойтись. Прежде всего, это касается анализа почвы и выбор основания под здания. Дело в том, что строительство тех или иных сооружений на некоторых грунтах может составить некоторые сложности. В особенности это касается участков с вечномерзлыми грунтами.

Особенности вечномерзлой почвы

В вечномерзлых грунтах присутствуют льдо-цементные связи. Благодаря этому в период морозов такая почва обладает высокой прочностью. Но, когда температура начинает подниматься, эти связи постепенно разрушаются. В результате этого прочность грунта значительно падает. Количество воды в грунте резко увеличивается, что приводит к его разжижению. В таком состоянии почва становится неподходящей для строительства, не говоря уже о выдерживании веса от построенного здания.

Вечномерзлые грунты занимают довольно большую площадь. В результате этого ученые стали разрабатывать новые технологии, которые позволили бы возводить на них различные строения. Благодаря таким технологиям, уже несколько десятилетий участки с вечномерзлыми грунтами используются для строительства.

Что учесть при проектировании фундамента?

Каждое строительство начинается с составления проектной документации. Это позволяет учесть все нюансы и проблемы, которые могут возникнуть во время строительства. Когда речь идет о вечномерзлых грунтах, в процессе проектирования необходимо учесть:

• Разницу температур. Это касается как деятельного, так и вечномерзлого слоя грунта.
• Промерзание, а также оттаивание почвы, находящейся выше точки оттаивания грунта.
• Пучение почвы в морозный период. Пучение часто приводит к выпучиванию и дальнейшему разрушению фундамента.
• Движение почвы под воздействием тех или иных сил.
• Глубину оттаивания земли.
• Скорость таяния почвы, что часто приводит к непредвиденным усадкам. В некоторых случаях усадка может составить пару метров (подробные рекомендации Вы найдете в статье о просадочных грунтах).

Необходимо учесть все эти нюансы, то можно спроектировать и соорудить прочное основания под здание на вечномерзлых грунтах. В проектной документации в обязательном порядке должны присутствовать схемы геологического разреза с точными указаниями уровня грунтовых и поверхностных вод.

Разновидности фундаментов для вечной мерзлоты

Свайные фундаменты

При выборе фундамента для возведения дома на вечномерзлых грунтах стоит учесть глубину их залегания.

Если речь идет о свайном основании, то он обустраивается на глубине, которая на 2,5 м больше толщины промерзающего и оттаивающего грунта. Для всех остальных типов фундаментов разница будет составлять 1,3 м.

Для строительства зданий на вечномерзлых грунтах могут использоваться столбчатые фундаменты. Конечно, перед тем как приступать к работам, нужно провести некоторые расчеты. Согласно строительным нормам, вес здания должен быть достаточным, чтобы противостоять пучению грунта (читайте также подробную статью про пучинистые грунты). Как показывает практика, одноэтажные сооружения не удовлетворяют этому условию. Поэтому столбчатый фундамент рекомендовано использовать исключительно для строительства зданий в два и более этажа.

Столбчатые фундаменты

При строительстве столбчатого фундамента стоит учитывать, что его нужно правильно углубить. Особенность такого основания заключается в том, что на его возведение не нужны большие денежные затраты. Работы можно легко провести собственными руками, без использования дорогостоящих материалов и специальной техники.

Срок эксплуатации такой конструкции составляет 90 лет, но только при условии, что при строительстве будут выдержаны все требования.

Свайно-винтовая разновидность

На вечномерзлом типе грунта можно использовать свайно-винтовой фундамент. Его можно возводить в любое время года. Основным достоинством является прочность монтажа. Что касается недостатков, так это высокая стоимость фундамента.

Перед возведением конструкции проводят некоторые расчеты и испытания. Это позволяет определиться со следующим перечнем вопросов:

• какова оптимальная длина свай;
• глубина их залегания;
• нужна обвязка или нет;
• существует ли перепад высот
• многие другие нюансы.

Если неправильно подобрать сваю по толщине, то при монтаже она может деформироваться, что негативно скажется на ее несущей способности.

Толщина стенки должна быть не меньше 4 мм. Использование таких материалов позволит соорудить прочное основание для многоэтажных сооружений. Чтобы снизить негативное влияние грунта на фундамент, его устраивают несколько ниже уровня замерзания.

Ленточные фундаменты

На вечномерзлых грунтах часто используют и незаглубленные ленточные фундаменты. Недостаток такого основания заключается в том, что оно не подходит для возведения тяжелых зданий. А это значит, что для строительства нельзя использовать кирпич и камень.

Оптимальным вариантом станут деревянные домики. Чтобы повысить несущую способность конструкции, специалисты рекомендуют использовать опоры из монолитных труб и столбов.

Источник

Возведение фундамента в условиях вечной мерзлоты

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Дата публикации: 21.05.2020 2020-05-21

Статья просмотрена: 321 раз

Библиографическое описание:

Игошина, Е. Д. Возведение фундамента в условиях вечной мерзлоты / Е. Д. Игошина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 21 (311). — С. 563-566. — URL: https://moluch.ru/archive/311/70351/ (дата обращения: 19.08.2021).

Вечная мерзлота покрывает около 22,8 млн км2 земли, (примерно 24 % суши — Северное полушарие). Это явление характерно не только в Арктике и Субарктике, но и за их пределами.

Определение «вечная мерзлота» стоит рассматривать как долговременное существование мерзлых толщ.

На сегодняшний день основными вопросами, связанными с изучением проектирования и возведения зданий в условиях вечной мерзлоты, можно назвать:

– расчеты параметров противооползневых удерживающих конструкций, стабилизирующих солифлюкционные склоны на территориях с вечномерзлыми грунтами;

– проектирование свайных фундаментов на солифлюкционных склонах;

– расчеты скоростей оттаивания массивов вечномерзлых и оттаивающих грунтов и устойчивости склонов и сооружений на территориях с такими грунтами при различных техногенных воздействиях;

– проектирование островных (ледовых и земляных) сооружений на мелководном арктическом шельфе;

– проектирование оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов;

– предоставление информации о прочностных и деформационных характеристиках крупнообломочных мерзлых и оттаивающих грунтов различных регионов, определенных в полевых условиях.

Нормативы РФ (ГОСТ 25100–96, СП 25.13330.2012), многолетнемерзлыми грунтами называют грунты, находящиеся в условиях природного залегания в мерзлом состоянии (непрерывно и без оттаивания в течение многих десятилетий, столетий).

При проектировании и возведении зданий и фундаментов под них на вечномерзлых грунтах, необходимо определить тип применения мерзлых грунтов (I или II принцип, СП 25.13330.2012. Исходя из этого, применяя «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах», а также СП 25.13330.2012, необходимо выполнять соответствующие расчеты).

Проектирование зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах основывается исходя из следующих показателей:

– инженерно-геологических изысканий, (c геокриологическими и гидрогеологическими изысканиями, при учете конструктивных и технологических особенностей возводимых зданий, теплового режима, взаимодействия с грунтами оснований и возможных изменений геокриологических условий в результате строительства и эксплуатации сооружений и освоения территории, устанавливаемых по данным инженерных изысканий.

В пределах северной строительно-климатической зоны для возведения несущих и ограждающих конструкций, необходимо применение материалов, удовлетворяющих требованиям долговременного сохранения нормативной несущей способности и эксплуатации без потери свойств, (исходя из характеристик класса ответственности объекта).

При проектировании и возведении оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах, принимаются во внимание следующие условия:

– условия строительства, характерные для данного региона

– требования к охране окружающей среды

– имеющийся опыт проектирования, возведения и эксплуатации объектов в условиях данного типа климата

– влияние проектируемых зданий и сооружений на существующую застройку

– сохранение температурных характеристик вечномерзлых грунтов, а также недопущение действий, ведущих к деформационным изменениям уже построенных зданий.

Для сдачи в эксплуатацию возведенного объекта, необходимо положительное заключение приемочной комиссии, проверяющей состояние грунтов оснований, конструкций фундаментов на соответствие проектным решениям. Помимо этого, необходимо выполнение комплекса работ по геотехническому мониторингу (ГТМ). Цели ГТМ:

– выявление и предотвращение необратимых процессов в грунтовых основаниях

– выявление деформаций зданий и сооружений

– неразрушающий контроль качества строительных работ нулевого цикла

– выявление эксплуатационной пригодности объектов

На сегодняшний день применяется 2 типа устройства фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов:

– Первый принцип характерен применением грунтов в их естественном, мерзлом состоянии, которое сохраняется как на этапе возведения, так и во время эксплуатации объекта

Второй принцип — основывается на применении вечномерзлых грунтов в оттаянном состоянии.

Более распространен первый принцип. При этом, характерным является применение конструктивной схемы здания с проветриваемым подпольем или подвалом.

Рис. 1. Здания на Ямале. Здание с проветриваемым подпольем

Рис. 2. Норильск. Здание с проветриваемым подпольем

Исходя из условий снегозависимости, а также теплотехнических расчетов, технические подполья бывают:

– открытые (предусматриваются закрытые или вентилируемые продухи в цокольной части объекта)

– закрытые (если ширина объекта не превышает 15 м, а среднегодовая температура грунта менее — 2°С).

Высота проветриваемого подполья должна быть не менее 1,2 метра — от уровня грунта до отметки низа перекрытия. При ширине зданий до 6,0 метров, возможно уменьшение высоты подполий до 0,6 метра на отдельных участках, при условии отсутствия коммуникаций.

Полы в техподполье необходимо выполнять из твердых покрытий, с уклоном в направлении отмостки (для отвода воды).

В случаях устройства поверхностных, а также малозаглубленных фундаментов на подсыпках, широко применяют вент трубы, каналы и вентилируемые фундаменты (с побудительной или естественной вентиляцией).

При отсутствии условий, обеспечивающих поддержание естественных низких температур (перекрытие первого этажа, подвала, фундаментов) характерно применение второго принципа проектирования.

Типы конструкций фундаментов на оттаянных вечномерзлых грунтах:

– фундаменты мелкого заложения

– свайные фундаменты (буронабивные и забивные сваи)

– ФВК (в вытрамбованных котлованах)

– ленточный фундамент (монолитный, сборный железобетон)

При выполнении фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов, применимы три варианта погружения свай:

– буроопускной (применяется при температуре грунта менее -50 градусов

– бурозабивной (забивка свай в выполненные предварительно лидерные скважины с диаметром, меньшим диаметра свай. Данный метод применим в пластичномерзлом грунте, который не имеет крупнообломочных включений).

– опускной (осуществляется методом вмораживания свай. Применим в условиях твердомерзлых грунтов при наличии не более 15 процентов крупнообломочных включений). Данный принцип состоит в локальном оттаивании грунтов с помощью паровой иглы, после чего забивная свая попадает в уже оттаявший грунт. Свая вмораживается в толщу грунта после его промерзания.

На территории Якутии деревянные здания выполняли на деревянных чурбанах еще много лет назад.

Автором революционного метода возведения жилых крупнопанельных зданий на свайных основаниях стал Михаил Ким в 60-е годы (инженер-проектировщик, бывший заключенный Норильлага. Он посвящал изучению характеристик и свойств вечномерзлых грунтов время с 30-х годов прошлого столетия. Написал 42 научные работы, получил за выдающиеся достижения в профессии медаль ВДНХ и Ленинскую премию в 1966 году).

Рис. 3. Михаил Ким (1907–1970 гг.)

Город Норильск возводился на скальных породах. (Фундаменты можно было устраивать стандартным методом). После предложения Кима выполнять фундаменты зданий и сооружений на сваях, жилищное строительство в регионе стало развиваться в огромных масштабах.

Источник

Устройство и расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах

К вечномёрзлым грунтам относят мёрзлые почвы, которые находятся в этом состоянии на протяжении многих десятков лет и более. Ареалы с таким грунтовым основанием занимают значительные территории в России, Канаде, Аляске и Антарктиде. По приблизительным подсчётам вечная мерзлота занимает около четверти всей суши на Земле. В России такие земли распространены на более трети всей территории страны. Это преимущественно северные и северо-восточные районы. Строительство зданий и сооружений, особенно возведение фундаментов в этих местах, имеет свою специфику.

Особенности вечномёрзлых грунтов

Возведённые фундаменты на вечномёрзлых грунтах (ВГ) имеют свои отличия из-за особых механических свойств геологических оснований. Признак вечномёрзлого грунта наблюдается при проведении изыскательских работ в наполненной льдом почве, толще покрова, зонах тектонических сдвигов.

Несущая способность ВГ зависит от механических свойств, так называемого «льдоцемента», изменения температурных циклов и прочих явлений. Чтобы произвести расчёт фундамента на вечномёрзлом грунте, необходимо произвести ряд геологических и мерзлотных изыскательских исследований.

Вечномёрзлые грунты скреплены, пронизывающими льдо-цементными связями, которые представляют собой вытянутые прожилки изо льда, проходящие через массив почвы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Во время наступления тёплого сезона льдо-цементные связи могут частично разрушаться (просто таять). В результате несущая способность грунтового основания существенно падает. В районах с такими условиями почва непригодна для строительства.

Большая площадь территорий ВГ существенно не меняют показатели несущей способности в зависимости от сезонных перепадов температуры воздуха. Для таких районов разработаны различные технологии возведения фундаментов для зданий и сооружений.

Территории с зонами вечной мерзлоты

Рассматривая толщу мёрзлых пород с точки зрения физико-механических свойств, выделяют 3 зоны:

1. Верхние (покровные) отложения, содержащие в основной массе лёд.
2. Коренная почва в области выветривания.
3. Коренные породы, находящиеся в зоне горизонтов под мерзлотой.

Определение этих зон имеет большое влияние на получение результатов изыскательских работ. Толщина каждой области ВГ зависит от двух показателей – это геологическая структура и местный климат в:

• горных районах со складчатым рельефом толщина верхней зоны ВГ изменяется снизу вверх рельефа от 1 – 3 м до 20 м;
• поймах некоторых сибирских рек эта величина достигает от 100 до 200 м. В пойме реки Яна (Якутия) толщина верхней зоны превышает отметку 200 м;
• прибрежных районах Восточно-Сибирского моря мощность покровной зоны может составлять нескольких сотен метров.

Проведение изыскательских работ

Типы вечномёрзлых грунтов

К ВГ относят геологическую толщу, находящуюся в замёрзшем виде на протяжении нескольких тысяч лет. Характеристика и толщина слоёв ВГ в основном предопределены местными уровнем промерзания и годовой средней температурой окружающей среды. Поэтому в некотором районе на соседних участках толщины мёрзлого грунта могут существенно различаться или вообще отсутствовать.

ВГ по строению текстуры различают на несколько типов:

Слитная

Такая текстура ВГ состоит в основном из льдоцемента с отсутствием крупных включений. Изредка в такой почве встречаются мелкие гнездовые ледяные вкрапления. В большинстве случаев данная структура преобладает в крупнообломочных, гравелистых ипесчаных грунтах.

Слоистая

Мёрзлоестроение такого типа наблюдается в глинистых и песчаных пылеватых почвах. Такое свойство текстуры обычно встречается в наземных массивах ВГ толщиной от 12 до 27 м и более. Слоистое строение ВГ формируется в результате одностороннего замерзания переувлажнённой почвы, подпитанной миграционным водным подтоком из нижерасположенных слоев грунта. Такое основание практически не пригодно для строительства.

Ячеистая

Сетчатое строение ВГ это результат промерзания глинистых пылеватых грунтов. Этому способствует сильное переувлажнение массива со свободным подтоком воды. Грунты с ячеистой структурой обычно располагаются в верхней части деятельных слоёв.

Выбор строительной площадки

Местоположение строительной площадки определяется в соответствии с назначением возводимого здания и типом его конструкций. Строительная площадка выбирается без наличия наледи и отсутствия паводковых вод.

Участки земли, расположенные у подножия гор, зачастую насыщены наледями, вздутиями пучинистых грунтов и глубинными прожилками льда. На пологих склонах такие явления не наблюдаются. Такие участки наиболее приемлемы для строительства.

Для оценки пригодности участка под строительство производят геодезическую съёмку. Также делают съёмку окружающей местности. Это позволит обрисовать всю картину направления естественных водных потоков, возможность их отвода и устройства канализационных каналов.

Фундаменты на ВГ

К строительству зданий и сооружений, возведению фундаментов на ВГ предъявляют специальные требования. Это вызвано особыми характеристиками грунтовых оснований. Проектирование фундаментных оснований выполняют на основании проведённых инженерно-геологических изысканий. Изыскательские работы на ВГ называют геокриологическими.

В основном фундаменты на вечной мерзлоте проектируют глубоко заглублёнными основаниями. К таким основаниям относятся сваи. За редким исключением возводят ленточные и столбчатые фундаменты.

Инженерно-геологические изыскания

В расчётах несущей способности и особенностей конструкций оснований зданий и сооружений на ВГ используют данные результатов геокриологических исследований. Исследованиями занимаются специализированные проектные организации в соответствии с нормативной документацией. Нормативные документы включают в себя СНиПы, Госстандарт и другие рекомендации.

Результаты геокриологических изысканий включают в себя:

• характеристики геокриологических данных места строительства – площадь и глубина залегания ВГ, средняя температура, высота сезонного оттаивания грунта, уровень грунтовых вод и прочее;
• данные лабораторных исследований и испытаний образцов грунта в полевых условиях. На основании их делают выводы о механическом свойстве грунта как в мёрзлом, так и в талом состоянии, литологическом виде;
• результаты прогнозирования изменений мерзлотного и гидрогеологического состояния грунта в зависимости от сезонных изменений температур, толщины снеговых осадков, высоты деятельного слоя.

Принципы проектирования оснований строений на вечномёрзлых грунтах

Сегодня проектировщики для расчёта фундаментных оснований на ВГ применяют два основных метода проектирования фундаментов на многолетних мёрзлых грунтах (М.М).

Первый метод

Основан метод на сохранении температуры ВГ,не давая возможности оттаивания мерзлоты. Такой способ проектирования используют для районов с залеганием мощных пластов многолетних мёрзлых грунтов. Основные принципы метода были разработаны и осуществлены во втором десятилетии ХХ века. Хотя многие дома и строения в таких городах, как Иркутск, Чита и Хабаровск, были спроектированы и построены по такому принципу ещё в конце Х1Х века.

В основу этого способа включены следующие положения:

• подошва фундамента должна быть погружена в мерзлоту на глубину не меньше 1 м;
• под фундамент делают выемку грунта с таким расчётом, чтобы затем образовавшиеся пазухи заполнить непучинистой почвой;
• обратная засыпка по периметру основания строения в сечении представляет трапецию, обращённой меньшей вершиной вниз;
• строительные объекты должны иметь подполье высотой не менее 0,7 – 1 м;
• по периметру подполья в стенках устраивают технологические проёмы (продухи) для постоянного проветривания помещения.

Схема устройства основания здания по первому принципу

Предназначение продухов заключается в том, что благодаря сквозным отверстиям, подполье постоянно проветривается. Воздушные потоки выносят наружу тёплый воздух и заносят воздушные массы с низкой температурой. Получается своеобразный холодильник, который не даёт проникнуть теплу от дома внутрь мёрзлого основания. Мёрзлый грунт сохраняет постоянную температуру и не теряет свою несущую способность.

В результате наблюдений на протяжении нескольких десятков лет, был сделан вывод о том, что граница вечной мерзлоты под зданием сдвигалась вверх. Это происходило вследствие отсутствия воздействия солнечной радиации, жизнедеятельности деятельного слоя (Д.С). На рисунке показано, как изменяется граница М.М:

Изменение границы кровли М.М под зданием

Устойчивость сооружения, спроектированного по 1-му принципу, определяет по формуле:

Q – сила, противостоящая выпучиванию грунта;

N – полная нагрузка от веса строения;

T – степень смерзания боковой грани фундамента с грунтом;

q – нагрузка от здания, направленная на уступы грунта;

K_c – к-нт однородности;

K₁ – к-нт перегрузки (постоянная величина равная 0,9);

K₂ – к-нт перегрузки от сил пучения (постоянная величина равная 1,1);

F – касательная сила пучения.

Второй принцип

Данный метод проектирования оснований зданий на ВГ допускает некоторое оттаивание почвы непосредственно под строением. Для этого применяют два способа:

Конструктивный

Суть метода заключается в расчёте опорных конструкций зданий и сооружений с большим запасом прочности. Проект допускает неравномерную осадку сооружения в течение долгих лет эксплуатации.

Метод используют на участках с температурой массива ВГ около 0 о С не более. Под этот вид проектирования подходят участки с гравийной, щебёночной и песчаной почвой. Построенные дома своим тепловым воздействием способствуют образованию под ними чаши оттаивания. Формироваться такая чаша может в течение нескольких десятков лет.

Такое явление создаёт условия неравномерной осадки, а это в свою очередь может угрожать целостности конструкций дома. Чтобы этого не происходило, проектные организации при расчётах фундаментов закладывают определённый запас прочности.

Предпостроечный

Применение данного метода проектирования обусловлено рядом причин:

1. Многолетний мёрзлый грунт состоит из неоднородных пород с разными показателями сжатия, как в мёрзлом, так и в талом состоянии.
2. Основание сооружения по всей площади подвергается неравномерному прогреву (наличие котельной и прочее).

Ни в коем случае нельзя совмещать эти два метода для разных частей единого комплекса сооружений. Более поздняя пристройка к основному зданию, построенная на ином принципе проектирования, может вызвать разрушения несущих конструкций всего комплекса.

Противостоять неравномерной осадке зданий можно только одним путём. Нужно проектировать несущие конструкции с достаточным запасом прочности. Для этого устанавливают дополнительные пояса жёсткости из металлопроката высокого профиля.

Район вечной мерзлоты

Свайные фундаменты на вечномёрзлых грунтах

В районах вечной мерзлоты для устройства фундаментных оснований применяют сваи. Опорные конструкции такого типа бывают различными, как по конструктивным особенностям, так и по размерам.

Особенности свайных конструкций

Для возведения свайных фундаментов в зоне вечной мерзлоты используют деревянные, металлические и железобетонные сваи. Опоры различают по способу передачи нагрузки от здания на грунт. Это висячие сваи и сваи-стойки. Сваи для установки в вечномёрзлых грунтах применяют длиной от 6 до 15 м.

На участке с твёрдыми мёрзлыми почвами со средней годовой температурой не выше – 3 о С устанавливают железобетонные сваи с величиной нормативной нагрузки в пределах 10 до 160 тн. В зонах с риском морозного пучения опоры оснащаются дополнительным армированием. В пластичных мёрзлых грунтах используют буро забивные конструкции.

Для одиноко стоящих сооружений свайное поле возводят из металлических свай. Опоры покрывают специальным антикоррозионным покрытием. Это позволяет защитить конструкции от агрессивного воздействия надмёрзлых грунтовых вод.

Поперечные сечения железобетонных опор имеют прямоугольные, квадратные и восьмигранные формы. Нижние концы делают заострёнными и тупыми.

Восьмигранные круглые опоры монолитного сечения наиболее приемлемы для их использования в надмёрзлых грунтах. Благодаря восьмигранной форме сечения, появляется возможность добиться бурения скважин оптимального радиуса. В результате плотного прилегания вдоль вертикальной поверхности опоры к грунту существенно повышается их несущая способность.

Сохранению мёрзлого состояния верхнего слоя почвы способствуют ростверки свайного поля, построенные из сборных конструкций. Уложенные железобетонные плиты перекрытия находятся на определённой высоте над грунтом. Проём между перекрытием и грунтовым основанием обеспечивает вентиляцию подполья, что препятствует таянию мерзлой поверхности почвы от теплового излучения строения.

При проектировании свайного основания, сохраняющего мёрзлое состояние грунта, производится бурение исследовательских (температурных) скважин для сбора данных наблюдения смерзания опор с грунтом.

Бурение скважин

Работы по бурению скважин составляют в среднем 75 – 80% от общих трудозатрат по устройству свай. Бурят скважины с помощью специальной техники. Буровые установки оснащены вращательным, ударно-вращательным, ударно-канатным и термомеханическим оборудованием. Наряду с этим, скважины проходят трубчатыми лидерами (буры специальной конструкции), опускаемые сваебойным оборудованием.

Бурильно-сваебойная установка БМ-811

Как правило, свайные поля на ВГ представляют большое количество опор. Поэтому для каждого строительного участка нужно особо тщательно подбирать буровые установки, соответствующие особенностям грунтового основания. Для отдалённых районов от коммуникаций технику выбирают, рассчитанную на длительную автономную эксплуатацию.

Установки ударно-канатного действия сложны в перевозке, ограничены в манёвренности. Поэтому используют крайне редко. Чаще всего скважины бурят установками ударно-вращательного и термомеханического принципа действия.

Лидерный способ проходки скважин заключается в том, что механизм погружается вниз по мере углубления отверстия в ВГ. Извлекают свае погружающую установку специальной лебёдкой.

Установка свай в ВГ

Метод установки опор определяют на основании физико-механических показателей ВГ, средней годовой температуры почвы, климатического района строительства, времени года и требований к степени точности погружения свай на ВГ.

Определяют среднюю годовую температуру ВГ на глубине от 10 – 15 м, где смена сезонов практически не вызывает изменения уровня средней температуры почвы. Учитывая этот показатель, мёрзлые грунты делят на низкотемпературные (от –1,5 о С) и высокотемпературные (0 о С, не ниже – 1,5 о С) слои почвы. На основании этого выбирают определённый метод установки свай.

Мощность свайных оснований в низкотемпературных многолетних ВГ существенно больше, чем несущая способность опор, установленных в среде высокотемпературных слоёв почвы. К тому же временной промежутокмежду началом вмерзания и достижением максимальной величины несущей способности существенно сокращается.

Возведение оснований зданий на высокотемпературных пластично мёрзлых основаниях требуют соблюдать особые меры безопасности. Перед началом строительства следует проводить мероприятия по понижению температуры грунтового основания. При прохождении шурфов большого диаметра в почву специально понижают температуру для того, чтобы обеспечить полное вмерзание опор в грунт. Естественный процесс вмерзания может затянуться до 3 – 5 месяцев, что увеличивает срок окончания строительства объекта.

В справочной литературе можно найти графики среднемесячных температур взонах с разными характеристиками ВГ. Согласно этому графику определяют способ установки опор.

Заливка установленных свай

Сваи опускают в отверстия, которые в плане на 2,5 см больше радиуса поперечного сечения опоры. Затем заливают пазухи жидким грунтом. Технология заливки производится в следующем порядке:

1. Бурят отверстия в местах установки свай с температурой грунта в диапазоне от 0 о С до – 5 о С. В случае превышения этой нормы, работы сопровождают принудительным охлаждением почвы.
2. Заливают раствор в отверстия с положительной температурой воздуха. Если стоит морозная погода, грунтовый раствор подогревают от + 20 о С до + 40 о С.
3. Сразу после заделки скважин раствором, в них опускают опоры.
4. Установленные сваи подгоняют под проектное положение по высоте.

Скважины заливают жидким раствором из глины и песка. Смесь готовят из части глины и 8 – 10 частей песка. Уровень влажности заливки должен быть в пределах 30 – 35%. Осадка конуса должна составлять 12 – 16 см.

Скважину сверлят глубиной равной длине подземной части опоры или несколько больше. Недостающий объём обратной засыпки пополняют песком, щебнем либо другим мало сжимаемым сыпучим материалом.

При сооружении свайного основания стремятся добиться прочного смерзания опор с почвой, равной по степени смерзания опор с заливкой. Если этого не будет происходить, сформируется слабый слой грунтового раствора, который понизитпоказатель несущей способности опор.

При готовке заливки используют буровой шлам. Его достают из скважин в тёплый сезон года с помощью ударно-канатного оборудования. В случае преобладания песка в шламе в раствор включают глину.

На низкотемпературных участках установку свай осуществляют одновременно с прогревом мёрзлой почвы. Работы такого рода производят в течение всего года. На участках с температурой почвы около – 1 о С осуществлять установку свай нужно с первых чисел января до окончания сентября.

Там где температура выше – 1,5 о С, работы с октября по декабрь проводить не рекомендуют, потому что процесс вмерзания может затянуться.

Чтобы облегчить прохождения бура, используют горячую воду или пар. Также применяют открытые и закрытые обогреватели.

Закрытая система обогревателя обеспечивает проникновение теплоносителя в просверленные отверстия диаметром не более 150 мм. Закрытые обогреватели заставляют теплоноситель вращаться по замкнутому кругу.

В пластинчатых слоях ВГ нагревающие агрегаты вдавливают в ВГ на глубину от 5 до 8 м. Установленная в обогревателе паровая игла вдавливается в почву под давлением собственного веса. Погружать иглу в песчаный грунт приходится с применением физической силы рабочих. Проникающий пар размораживает мёрзлую почву и одновременно с этим происходит перемешивание грунта.

Нагретый до 90 о С конец иглы смывает разогретую почву, тем самым вызывает интенсивное размораживание почвы. Центр размораживания никак не влияет на температурные изменения вокруг.

Установка свай в оттаявших грунтах обходится в 2 раза дешевле, чем погружение опор в заранее пробуренные скважины.

Одним из недостатков погружения опор в оттаявшую почву является то, что опоры вмерзают по-разному и очень медленно. В справочной информации приводятся таблицы, содержащие приближённое время вмерзания опоры. Благодаря смерзанию сваи с грунтовой заливкой удаётся повысить несущую способность опор на 25 – 30%.

Температурные нормы грунтов для бурозабивных свай

№	Вид пластинчато-мёрзлого грунта	Температура лидерной скважины
1	Пылеватый песок	От 0ºС до – 3ºС
2	Супесь	От 0ºС до – 8ºС
3	Суглинок	От 0ºС до – 1ºС
4	Глина	От – 1ºС до – 2ºС

Особенность возведения свайных оснований на ВГ нуждается в постоянном осуществлении контроля проектной организации всех стадий производства работ с обязательным составлением промежуточных актов приемки работ.

Винтовые сваи на вечномёрзлых грунтах

Особо следует обратить внимание на устройство фундаментных оснований на винтовых сваях в условиях вечной мерзлоты. Винтовые опоры давно завоевали популярность в сфере устройства фундаментов для зданий и сооружений в тех местах, где возведение опорных конструкций из других материалов проблематично.

Установка винтовых опор соответствует первому методу проектирования оснований зданий. Сооружения и дома, построенные на винтовых сваях, не соприкасаются с грунтом и поэтому не оказывают теплового воздействия на вечную мерзлоту.

Расчёт свайного основания на винтовых опорах в условиях многолетней мерзлоты практически ничем не отличается от расчёта несущей способности свай в районах средней полосы и южных районов страны. Единственным ограничением для использования винтовых свай являются скалистые грунты, почвы с крупнообломочными включениями.

При вхождении в почву винт сваи может разрушиться о каменистые фрагменты в составе грунта. Поэтому обязательно нужно проводить изыскательские работы, для подтверждения отсутствия таких негативных факторов.

Что такое винтовая опора

Винтовая свая представляет собой цельносварную металлическую трубу с винтовыми лопастями на нижнем её конце. Наконечник сваи для ВГ в корне отличается от обычных винтовых опор. Конец сваи имеет зубчатую коронку, что обеспечивает надёжное прохождение слоёв льда и мёрзлой почвы. Длину сваи определяют из расчёта вхождения конца опоры в однородный по составу грунт на глубину не менее 300мм.

Наконечники винтовых свай для ВГ

Установка винтовых свай

Ввиду особых условий, устанавливают винтовые конструкции только механизированным способом. Механизированная установка представляет собой самоходную платформу с подающей стрелой. Стрела оснащена вращающимся силовым механизмом, в котором закрепляют оголовок винтовой сваи. Под воздействием сил вращения опора ввинчивается в мёрзлый грунт, как штопор в пробку.

Установка винтовых свай механизированным способом

Как видно на снимке, сваи устанавливают на расстоянии друг от друга не более 3 м. Верхние части установленных опор нивелируют под одну отметку. Высоту наземной части свай рассчитывают таким образом, чтобы подполье дома достаточно интенсивно проветривалось. Движение воздушных масс под зданием не даёт проникать в толщу ВГ теплу от постройки.

Несущая способность винтовых опор

Строительная промышленность выпускает винтовые сваи длиной от 2,5 м и более. Размеры диаметров стволов: 58, 89 и 108 мм. По специальному заказу производитель изготовит металлические стойки индивидуальных размеров в соответствии с расчётными данными. В данной таблице указана несущая способность винтовых свай заводского изготовления:

58х2500, мм	89х2500, мм	108х2500, мм
1,6	2,5	3,5
1,4	2,2	3,2
0,3	0,5	0,7
2,8	4,4	6,4

Видео «Расчёт фундамента на винтовых сваях»:

Повышение несущей способности винтовых стоек

Повышают несущую способность металлических опор тем, что внутреннюю полость стволов заполняют бетонным раствором. После срезки верхних частей свай под одну отметку, внутрь стволов заливают жидкий бетон. Во время заливки трамбуют каждый слой раствора толщиной 500 – 700 мм. Для этого внутрь ствола опускают гильзу электрического вибратора.

Заполненная полость ствола опоры бетоном не нуждается в антикоррозионной защите. Внешнюю поверхность опор обрабатывают специальными антикоррозионными составами, предназначенными для эксплуатации в условиях вечной мерзлоты.

Столбчатый фундамент

Фундамент столбчатого строения должен оказывать давление на вечномёрзлый грунт равное силе пучения почвы. Выдержать такие условия на строительстве одноэтажных домов практически невозможно. Поэтому возведение таких зданий на столбчатом основании не осуществляют.

На столбчатых опорах строят дома высотой в 2 этажа и более. Основное условие строительства заключается в том, чтобы столбы своим основанием не достигали залегания пластов вечной мерзлоты.

В условиях многолетней мерзлоты на строительстве частных домов хозяева участка зачастую воздвигают столбчатые фундаменты своими руками.

Достоинства столбчатых опор

Взамен дорогостоящего ленточного фундамента возводят столбчатые опоры, которые обвязывают ростверковыми конструкциями.

Применение конструкций столбчатого типа обладает рядом достоинств:

• невысокая стоимость;
• экономия материальных затрат;
• сжатые сроки строительства;
• возможность широкого выбора материалов для изготовления столбчатых опор.

Разновидности столбчатых опор

Столбчатые опоры воздвигают различных видов таких, как:

• кирпичные столбы;
• монолитные бетонные столбы;
• столбы из асбоцементных труб;
• бутовые опоры;

Кирпичные столбы

Кирпичные столбики устанавливают крайне редко.В основном они служат в качестве опорных конструкций для строительства небольших лёгких приусадебных строений. Кирпич из обожжённой глины обладает высокой гигроскопичностью и под воздействием повышенной влажности подвержен эрозии.

Столбчатый фундамент из кирпича

Поверхности кирпичных столбиков нужно обязательно покрывать гидроизоляцией. Столбики оборачивают рубероидом на битумной мастике. Верхние поверхности тоже покрывают рубероидом или толем. Кирпичные столбы возводят на небольшой глубине выше уровня залегания промёрзлых слоёв почвы.

Сложенный столб шириной в 1,5 кирпича образует внутреннюю полость квадратного сечения. Полость заполняют бетонным раствором. Чтобы масса раствора не распёрла стенки столба, заполнение внутреннего объёма опоры производят послойно, перемежая слои раствора и шлама. Толщина каждого слоя должна быть около 300 мм. Слои обязательно подвергают трамбовке.

Для обеспечения связей опор с конструкцией ростверка внутрь столбов помещают арматурный каркас. Каркас делают из трёх продольных стержней периодического профиля. Стержни связывают проволокой с поперечными отрезками арматуры. Выпуски арматуры оставляют такой длины, чтобы обеспечить прочную связь с ростверком.

Кирпичные столбы такой конструкции обладают повышенной несущей способностью и могут служить в качестве фундамента даже для двухэтажных зданий.

Монолитные бетонные столбы

Вместо кирпичной кладки возводят столбы из монолитного бетона. В отличие от кирпичных столбиков возведение железобетонных опор связано с устройством опалубки. Для устройства фундаментного основания используют бетон марки не ниже М 300.

Железобетонные столбы обладают высокими показателями несущей способности.Они могут выдерживать довольно большой вес малоэтажного строения.

Как и кирпичные столбики, железобетонные столбы возводят на уширенной бетонной подготовке.

Работы по возведению монолитных опор производят в следующем порядке:

1. Производят разметку строительного участка. Отмечают реперами центры опор.
2. Выкапывают ямы проектной глубины. На дно насыпают песок и тщательно его трамбуют. На песчаную подушку укладывают бетон толщиной 150 – 200 мм.
3. Внутри ям устанавливают опалубочные щиты с распорками. Опускают арматурные каркасы.
4. Производят заливку опалубки бетонным раствором.
5. Через 28 – 30 дней опалубку демонтируют. Поверхность столбов покрывают гидроизоляцией.

Столбы из асбоцементных труб

Столбчатый фундамент из асбоцементных труб в зонах вечной мерзлоты возводят при условии соблюдения достаточного просвета между низом строения и грунтовым основанием.

При проектировании здания используют первый принцип формирования фундаментного основания. Проём между домом и землёй обеспечивает поддержание температуры воздуха окружающей среды. Этим исключается тепловое воздействие строения на многолетнюю мерзлоту.

Стандартный диаметр труб для фундаментных столбов – 300 мм. Строительная промышленность выпускает асбестовые трубы длиной 6 м и 12 м. Чтобы получить опору нужной длины, её обрезают абразивным кругом. Наращивают трубу с помощью муфты (отрезка трубы большого диаметра).

Для формирования одной опоры нередко используют связку из нескольких труб.

Устанавливают столбчатый фундамент на ВГ следующим образом:

1. В отмеченных местах бурят скважины. Диаметр скважин должен быть таким, чтобы трубы плотно входили в отверстия.
2. Дно скважин засыпают щебнем слоем 300 мм.
3. В отверстия опускают асбестоцементные трубы. Согласно расчётам несущей способности опор внутрь труб помещают арматурный каркас.
4. Трубы заливают бетонным раствором, оставляя выпуски арматуры.
5. Зазоры между стенкой трубы и отверстием заполняют трамбованным песком.

Бутовые опоры

Если рядом со строительным участком можно добыть бутовый камень, то фундамент возводят из бутовых столбов. В зоне вечной мерзлоты столбчатый фундамент делают мелко заглублённым. Столбы возводят из подогнанных камней по размеру и форме, которые скрепляют цементным раствором.

Наряду с вышеописанными видами столбчатых опор, опоры возводят из сборных железобетонных фундаментных блоков. Для частных домов основание из сборного железобетона экономически невыгодно. Возводят такие опоры на строительстве крупных промышленных и гражданских объектах.

Столбчатый фундамент для небольших частных домостроений на ВГ экономит немалые средства застройщиков, которые решили построить дом своими руками.

Ленточный мелкозаглубленный фундамент

На вечной мерзлоте допускается возведение мелкозаглублённых монолитных ленточных фундаментов. На таком основании строят небольшие одноэтажные постройки. Кирпичные дома в условиях мерзлоты строят на скальных грунтах.

Надёжность монолитного основания здания определяет долговечность и целостность несущих конструкций. Габариты монолитной ленты определяют расчётом на основе следующих факторов:

• несущая способность верхнего слоя грунтового основания;
• глубина залегания многолетней мерзлоты промерзания;
• толщина деятельного слоя почвы, уровень грунтовых вод;
• сезонные изменения свойств грунта;
• план дома – расположение несущих стен, которые передают нагрузку от веса здания на фундамент;
• расчёт удельной нагрузки на единицу площади строения;
• наличие и доступность материальных ресурсов.

Обоснование возведения монолитной ленты

В условиях отдалённых северных районов страны могут возникать трудности, связанные с отсутствием логистики по доставке сборных железобетонных блоков на строительный участок, поэтому, чаще всего, ленточный фундамент возводят из монолитного железобетона.

Проектирование и расчёт монолитной ленты

При больших объёмах крупных объектов необходимо обращаться к специалистам-проектировщикам. На основе проекта составляется сметная документация и спецификация расходных материалов для возведения монолитного фундамента.

Из проектной документации можно определить, сколько нужно изготовить или заказать бетонного раствора, какой марки. Также производится подсчёт потребности в арматуре, гидроизоляции и прочих сопутствующих материалов.

Этапы работ

Возведение монолитного фундамента в условиях вечной мерзлоты разбивают на несколько этапов. Этапы работ выполняют в следующем порядке:

• подготовительные;
• земляные;
• опалубочные;
• армирование;
• бетонирование;
• уход за бетоном.

Подготовительные

Правильно выполненные подготовительные мероприятия, обеспечивают ритмичное строительство объекта. Мероприятия проводят в следующем порядке:

1. Устраивают подъездной путь к строительной площадке. Дорога должна обеспечить беспрепятственный проезд автотранспорта при любой погоде;
2. На место строительства завозят материалы (цемент, песок, арматуру, доски и брус), инструменты и бетономешалку. Делают необходимый запас воды.
3. Готовят площадку для изготовления опалубочных щитов, устанавливают бетономешалку или ёмкость для замеса раствора вручную.
4. Подводят электрический кабель с устройством электрощита.

Земляные

После окончания подготовительных работ приступают непосредственно к выполнению земляных работ. Снимают плодородный слой грунта. Выемку грунта производят до проектной отметки. Траншеи под ленту роют такой ширины, чтобыбыло удобно производить опалубочные работы.

Устройство подвального помещения увеличивает внешнее воздействие почвы на вертикальную поверхность фундаментного основания. Поэтому монолитную ленту делают шире с более мощным арматурным каркасом.Стенки траншей копают под углом для предотвращения осыпания грунта внутрь рвов.

Основание траншей трамбуют. Если нет возможности применить виброплиту, трамбуют дно рвов вручную колодой. Затем по всему дну траншей насыпают подушку из щебня и песка толщиной слоёв 100 – 150 мм.

Опалубочные

Подготовленные щиты укладывают в траншеи. Щиты изготавливают из досок, строительной фанеры. По возможности берут в аренду многоразовые опалубочные щиты. Важно, чтобы щиты не имели щелей и были надёжно закреплены упорами, распорками и стяжками.

Во избежание протечки жидкого раствора внутренние поверхности опалубки покрывают листами рубероида или полиэтиленовой плёнкой. После демонтажа покрытие оставляют на поверхности монолита в качестве гидроизоляции.

Стыки покрытия делают с напуском в 10 – 15 см. Лучше всего использовать строительную полиэтиленовую плёнку, сделанную из вторичного сырья. Материал толщиной 40 – 60 мкм обладает высокой прочностью.

Армирование

Арматурные каркасы изготавливают из стержней периодического профиля диаметром от 8 до 12 мм. Для поперечных связей применяют гладкие стержни 8 – 10 мм в диаметре.

Каркасы из арматуры скрепляют на строительной площадке вязальной проволокой или сваривают на специальном стенде. Также к арматуре приваривают закладные детали.

Каркасы укладывают в опалубку таким образом, чтобы металл был покрыт бетонным раствором толщиной 30 мм. Для этого ставят различные подкладки из дерева. Делают это с целью создания защитного слоя бетона, не допускающего коррозию металла.

Бетонирование

В опалубку фундаментов небольших зданий заливают бетон марок М 250 – М 300. Готовят бетонный раствор рядом с возводимым основанием здания вручную или с помощью бетономешалки. Если недалеко от строительства находится растворный узел, бетон нужной марки заказывают на предприятии. В назначенное время на площадку прибудет автомиксер.

Заливку опалубки нужно производить непрерывно. Прерывать процесс можно только на 2 – 3 часа. Иначе полученный монолитный фундамент потеряет нужную несущую способность. Во время заливки контролируют горизонтальность поверхности монолитной ленты.

Проектирование и расчёт фундаментов на вечномёрзлых грунтах требуют профессионального подхода, поэтому заниматься этим должны специализированные проектные организации.

Источник