Строительство в условиях севера и вечномерзлых грунтов Особенности строительства зданий в условиях Севера и вечномерзлых грунтов.
Такие районы занимают 48% территории России, обладают крупными запасами полезных ископаемых, имеют большое экономическое значение.
К основным особенностям, отличающими указанные районы от областей среднем полосы, следует отнести:
- продолжительный зимний период,
- вечномерзлое состояние грунтов, наличие поверхностного слоя, ежегодно протаивающего летом и замерзающего зимой,
- высокую относительную влажность воздуха в районах побережья,
- длительный полярный день и ночь; малая естественная освещенность
- продолжительные метели, вызывающие в ряде мест заносы высотой до 10—15 м
- скудную растительность в районах побережья морей и океанов,
- малую освоенность территории, небольшую численность населения, большую удаленность населенных пунктов друг от друга, отдаленность от промышленник районов, ограниченность и сезонную периодичность транспортной связи, слабое развитие строительной индустрии.
Высокая стоимость транспортировки материалов и недостаток рабочей силы делает не выгодным изготовление конструкций на месте. Применяют более дорогие, но легкие, эффективные материалы и конструкции, изготовленные на предприятиях, расположенных в освоенных районах и доставленных на место по зимникам, воде и воздуху. Вместе с тем в определенных случаях возможно применение и местных материалов – леса, камня. Конструкции следует проектировать максимально легкими, сборными, транспортабельными. Соединения элементов должны быть надежными и простыми в монтаже, позволяющими производство работ в условиях низких температур рабочими невысокой квалификации.
Планировка зданий от снежных заносов:
а) максимальная плотность и компактность планировки;
б) защита от снегопереноса и снежных заносов:
- естественные препятствия (рельеф, растительность),
- снегозащитный фронт из зданий, расположенных с наветренной
стороны,
- организация сквозного проветривания с выносом снега за пределы,
- придания зданиям обтекаемой формы, временные перекрытия между
зданиями.
Объемно-планировочные решения.
Простые прямоугольные в плане, без перепада высот. (Если необходим перепад, то располагают с наветренный стороны или вдоль направления господствующих ветров).
Фасады без ниш, поясов и т.д. Оконные проемы с минимальными откосами.
Эвакуационные выходы из зданий параллельно направления ветров.
Двойные тамбуры, тепловые завесы.
Размещение помещений с мокрыми процессами внутри здания.
Помещения со значительными выделениями тепла снаружи.
Устройство лоджий не допускается, а в районах наиболее суровым климатом и устройство балконов.
Покрытия плоские, скатные. Многоскатные: скаты ориентируют вдоль ветров. В односкатных уклон ориентируют в наветренную сторону, водоотвод неорганизованный наружный.
Конструктивные решения.
Конструктивные решения зданий зависят от геологических условий и принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания. К вечномерзлым относятся все виды грунтов, имеющих отрицательную или нулевую температуру и содержащих ледяные включения. Поверхностный слой грунта, промерзающий зимой и оттаивающий летом, называется деятельным слоем.
Потеря мерзлым грунтом несущей способности в результате изменения его температурного режима, т.е. протаивание под построенным зданием, - самое коварное свойство вечной мерзлоты. Строительство зданий – отапливаемого и неотапливаемого – нарушает температурное равновесие в грунте на участке строительства, «чаша протаивания» может достигать глубины 10 – 15 м, возможны значительные деформации.
В практике используют два метода строительства на вечномерзлых грунтах с сохранением вечной мерзлоты и с оттаиванием ее.
Принцип I – грунты основания сохраняются в мерзлом состоянии как в процессе строительства, так и на весь период эксплуатации здания.
Принцип II – грунты основания находятся в оттаявшем состоянии.
I принцип: строительство на мерзлых грунтах чаще всего ведется для неотапливаемых зданий.
Меры обеспечения стабильности границы промерзания, а также поддержание расчетных температур грунта достигаются несколькими методами:
- устройством в зданиях проветриваемых подполий открытых или
закрытых,
- устройством под зданием теплоизолирующих подсыпок,
- искусственным охлаждением грунта под фундаментами.
(поверхностные охлаждающие устройства, заглубленные устройства)
Устройство подполий:
открытые и закрытые: открытые проветривают через зазор между фундаментной балкой и поверхностью грунта, закрытые через продухи в цоколе или вытяжные трубы.
Подполье может быть с нерегулируемым и регулируемым проветриванием. При нерегулируемой проветривании летом возможно неблагоприятное воздействие положительных температур на грунт, а зимой — отрицательных на помещение первого этажа. Кроме того, существует опасность снегозаноса. При регулируемом проветривании приточные трубы располагают выше точек снегового отложения и снегопереноса, что исключает занос снега в подполье.
Часто наряду с проветриваемым подпольем для сохранения грунта в мерзлом состоянии широко используют подсыпки из песка, гравия и шлака Толщину подсыпки определяют теплотехническим расчетом.
Искусственное охлаждение грунта под фундаментами ведут различного вида холодильными установками. Под фундаменты укладывают трубы, по который пропускают холодоноситель — холодный воздух или жидкость. Применение холодильных установок позволяет получить значительную экономию стоимости фундаментов. Однако эксплуатационные расходы достаточно велики, установки требуют постоянного контроля и обслуживания.
II принцип: применяется искусственное оттаивание, заменяют льдистые грунты. Оттаивание должно быть медленное и равномерное. Методы оттаивания:
гидрооттаивание (нагнетание воды 1-2°С) – при крупнообломочных грунтах;
парооттаивание (нагнетание пара) – нельзя при глинистых грунтах, недостаток выпадение конденсата;
электрооттаивание – происходит уплотнение и осушение;
Площадь оттаивания должна быть больше площади помещения. Контур выходит за рамки сооружения не менее половины глубины оттаивания.