Деформационные характеристики

• Е - модуль деформации;

• а - коэффициент сжимаемости;

• ν - коэффициент бокового расширения грунта.

Если при промерзании грунт испытывает пучение, то при оттаивании неизбежны просадки.

Морозное пучение – увеличение объема воды при переходе её в лед и миграции влаги из нижних горизонтов к фронту промерзания.

Деформируемость грунта при оттаивании оценивается коэффициентом просадочности ε_th образца грунта, содержащего включения льда при оттаивании. Определяется в компрессионных приборах.

Рисунок 7.14. Испытание грунта на оттаивание: 1 – кольцо одометра; 2 – направляющее кольцо; 3 – образец мерзлого грунта; 4 – фильтрирующий подогревающий штамп; 5 – днище; 6 - термопара

Рисунок 7.15.

Рисунок 7.16

ε_th = (h_f - h_th)/h_f, (7.7)

где

h_f и h_th - высота образца, находящегося при неизменном давлении в мерзлом и талом состояниях соответственно.

ε_th ≤ 0,5 - монолитная текстура;

ε_th ≈ 0,2 - слоистая текстура;

ε_th ≥ 0,25 - сетчатая текстура.

Рисунок 7.17.

Принципы проектирования фундаментов на вм. (сНиП 2.02.04 – 88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»).

Нормы рекомендуют два принципа проектирования и строительства на территориях, сложенных ВМ грунтами:

I принцип – в основании зданий и сооружений сохраняется вечномерзлое состояние как в процессе строительства, так и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

II принцип – в основании зданий и сооружений используются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие во время эксплуатации (по II принципу ВМ состояние грунтов не сохраняется).

При расчете по II принципу существует 3 метода:

1 метод - оттаивание предпостроечное (предварительное);

2 метод - возможность оттаивания в период эксплуатации (самооттаивание).

3 метод - комбинированный – сочетание 1^го и 2^го методов.

I принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве основания применяется:

• при больших запасах холода в грунтовом основании;

• при температуре заметно ниже 0⁰ С, (глубина заложения ВМ должна быть большой);

• в случаях, когда сооружение не должно обладать большой тепловыделительной способностью (для неотапливаемых сооружений или там, где можно летом устроить теплоизолирующие подсыпки или другие меры по защите основания от проникновения в него тепла).

Для зданий и сооружений на основаниях, устраиваемых по I принципу, необходимо выполнить следующие требования:

• устройство зданий с вентилируемыми подпольями;

• устройство неотапливаемых первых этажей зданий;

• устройство теплоизолирующих подсыпок, защищающих грунтовые основания от оттаивания (шлак, песок, опилки);

• применение фундаментов, не нарушающих тепловой режим оснований.

Рисунок 7.18. 1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 4 – насыщенный непучинистый грунт; 5 - теплоизоляция

Рисунок 7.19. 1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 4 – насыщенный непучинистый грунт; 5 - теплоизоляция

Рисунок 7.20. 1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 5 – теплоизоляция; 6 – вентилируемое подполье; 7 - сваи

Рисунок 7.21. 1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 5 – теплоизоляция; 8 – неотапливаемый 1 этаж

Рисунок 7.22. 1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 4 – насыщенный непучинистый грунт; 5 – теплоизоляция; 9 – вентиляционные каналы, охлаждающие грунты воздухом

Рисунок 7.23. 1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 5 – теплоизоляция; 10 – замораживающие колонки

Рисунок 7.24. Схематический вид скважин для искусственного и естественного (справа) замораживания грунтов

Площадь контакта вечномерзлого грунта с фундаментом должна быть минимальной. Чем больше площадь контакта с грунтом, тем хуже. В 99% случаев применяются столбчатые или свайные фундаменты.

Рисунок 7.25. Расчётные схемы фундаментов (при принципу I): а – столбчатый (отдельный); б – свайный; Н_т – расчетная глубина сезонного оттаивания; R – расчетное давление на мерзлый грунт; R_af – расчетное сопротивление грунта сдвигу по поверхности смерзания

Сваи, рекомендованные СНиПом: бурозабивные или буроопускные; погружение сваи производится в грунт, предварительно оттаянный паровыми иглами.

Рисунок 7.26.

Рисунок 7.27. Схема котлована, огражденного перемычкой из замороженного грунта (вертикальный разрез и план)

Рисунок 7.28.

Рисунок 7.29. Схема расчета оснований, сложенных вечномерзлыми грунтами