Механика мерзлых грунтов общая и прикладная

Химические методы — двухрастворный и однорастворный — в настоящее время применяются лишь для гр-унто© достаточно водо­ проницаемых: двухрастворный при коэффициенте фильтрации, рав­ ном от 2 до 80 ж/сутки, и однорастворный—от 0,1 до 2 ж/сутки. Ме­ нее -водопроницаемые грунты не позволяют инъецировать им за­ крепляющие химические реагенты.

Электро-химический метод заключается в применении электро­ осмоса одновременно с инъекцией закрепляющего реагента, напри­ мер жидкого стекла. Электроосмос применяется для глинистых грунтов с малым коэффициентом водопроницаемости; воздействие постоянного тока на оболочки рыхлосвязанной с поверхностью ми­ неральных частиц воды делает ее подвижной (по направлению к катоду) и увеличивает водопроницаемость грунта, чем и можно воспользоваться для инъецирования в процессе электроосмоса в грунт тех или иных закрепляющих химических реагентов.

Следует еще раз отметить, что рассмотренный ранее электро­ прогрев вечномерзлых грунтов переменным током, конечно, сопро­ вождается целым рядом физико-химических воздействий на оттаи­ вающий грунт, способствующих его уплотнению и упрочнению.

Таким образом, в зависимости от свойств уплотняемых и закреп­ ляемых грунтов и технических возможностей строительной органи­ зации выбирается тот или иной метод доуплотнения и упрочнения оттаявших грунтов.

§6. Особенности производства земляных работ

вусловиях вечномерзлых грунтов

Рытье котлованов, траншей и выемок в мерзлых грунтах, устрой­ ство насыпей и другие земляные работы, а также возведение фун­ даментов сооружений имеют свои особенности, отличные от обыч­ ных условий строительства на немерзлых грунтах. Главная особен­ ность этих работ заключается в том, что строителям приходится счи­ таться с тепловым состоянием грунтов и их свойствами в мерзлом и оттаявшем состояниях.

В зависимости от того, по какому методу запроектировано воз­ водить сооружение — по методу сохранения мерзлого состояния грунтов основания или с учетом постепенного их оттаивания, или же с предварительным оттаиванием грунтов — требования к земля­ ным и фундаментным работам будут различными.

При возведении сооружений по методу сохранения мерзлого со­ стояния грунтов основания должны быть приняты меры, сохраняю­ щие природное состояние мерзлых грунтов, а если во время произ­ водства фундаментных работ и будут происходить местные наруше­ ния, то необходимо обеспечить восстановление мерзлого состояния

грунтов.

Инженерная подготовка территории застройки и устройство подъездных путей в этом случае имеют свои особенности, заключаю­ щиеся, главным образом, во всемерном сохранении природного рас­ тительного и мохового покрова и сохранении температурного ре­

jfle-нгипрошахт в своих проектах надшахтных строений для ВорКутинского угольного бассейна области высокотемпературных вечномерзлых грунтов еще в 1936—1937 гг. предусматривал воз­ ведение фундаментов на деревянных сваях.

В дальнейшем стали применяться, главным образом, железобе­ тонные сваи: в Якутске, погружаемые преимущественно с помощью паровых игл*; в Норильске (в условиях твердомерзлых грунтов) устанавливаемые в буровых скважинах (М. В. Ким, Г. Н. Макси­ мов и др.) ** и в Воркуте (IB условиях 'высокотемпературных вечно­ мерзлых трунтов), забиваемые с помощью дизельмолотов и мощных вибраторов ***.

Метод установки свай с помощью паровых игл (рис. 175) в про­ паренные в вечномерзлых грунтах скважины талого грунта был одним из первых методов, применявшихся для свайных работ еще в начале 20-х годов XX .в.; в определенных условиях этот метод с успехом применяется и в настоящее время (в Якутии и других местах). Он является экономичным и эффективным (достаточно Двух рабочих на -один паровой котел, обслуживающий 7—8 игл), но имеет недостаток, так как вносит много тепла в вечномерзлый грунт, что требует длительного (иногда—в течение нескольких ме­ сяцев) промораживания пропаренного объема грунта и обусловли­ вает применение метода паровых игл, главным образом, в районах низкотемпературных вечномерзлых грунтов. Однако в процессе за­ мерзания пропаренного грунта вокруг забитой сваи происходит миграция воды к фронту промерзания, т. е. в направлении от сваи к вечномерзлому грунту, и возле сваи формируется мерзлый грунт более массивной текстуры (рис. 176) ****, причем влажность замерз­ шего грунта, как показали результаты непосредственных опытов, не превосходит влажности окружающих вечномерзлых грунтов, но часто на поверхности свай образуются прослойки (пленки) льда, снижающие силы смерзания сваи с грунтом.

Экспериментальные и аналитические исследования С. Г Цветко­ вой позволили ей составить удобные графики зависимости времени восстановления мерзлого состояния талика, окружающего сваю, ус­ тановленную в вечномерзлый грунт с помощью пропаривания, от комплексного показателя О.

* П. И. М е л ь н и к о в , С. С. В я л о в [и др.]. Свайные фундаменты на многолетнемерзлых грунтах. В сб. «Доклады на международной конференции по мерзлотоведению», под ред. Н. А. Цытовича. Изд-во АН СССР, 1963.

грунтов при устройстве свайных фундаментов. «Основания, фундаменты и меха­ ника грунтов», 1968, № 1.

*** С. С. В я л о в , Ю. О. Т а р г у л я н, Д. П. В ы с о ц к и й . Взаимодей­ ствие мерзлого грунта со сваями и трубами при погружении вибрационными ма­ шинами. «Сб. «Материалы VIII Всесоюзного совещания по геокриологии», вып. 5. Якутск, 1966.

**** По опытам С. Г. Цветковой. Автореферат кандидатской диссертации «Ско­ рость смерзания свай, забитых в вечномерзлые грунты». МИСИ, 1954.

Рис. 175. Конструкция паровой иглы для оттаива­ ния вечномерзлых грунтов:

В грунтах крупнообломочных и щебенисто-глинистых, а также во всех низкотемпературных вечномерзлых грунтах (твердомерз­ лых) более применимым является метод установки свай в заранее пробуренные скважины, при этом, если диаметр скважины больше диаметра свай, то сваи опускают в предварительно залитые буро­ вым шламом скважины (по Киму, Максимову и др.), если же диа-

Рис. 177. Графики С. Г. Цветковой для определения времени восстановления мерз­ лого состояния грунта возле сваи:

а — для значений Ф от 0 до 13; б — для Ф от 10 до 64 (а — коэффициент температуропровод­ ности грунта)

метр свай больше диаметра скважины, то сваи забиваются в сква­ жины дизель-молотом или вибропогружателем (по Вялову, Таргуля.ну и др.).

В первом случае, т. е. при заливке шламом, необходимо в буро­ вой шлам добавлять больше половины (по объему) песка, при этом несущая способность свай после промерзания вокруг них грунта увеличивается по сравнению с рассчитанной по СНиПу не менее чем на 20%, при заполнении же скважины только шламом (перетертым при бурении грунтом), несущая способность свай несколько умень­ шается по сравнению с расчетной для данных грунтовых условий.

В случае высокотемпературных (пластично-мерзлых) грунтов применяется метод непосредственной забивки железобетонных свай в вечномерзлый грунт с помощью дизель-молотов, вибропогружате­ лей и вибромолотов. Полевые испытания свай, забитых непосред­ ственно в пластично-мерзлые грунты Воркутинского района, произ­ веденные В. Н. Ерошенко, показали, что несущая способность забив­ ных висячих свай примерно в два раза больше, чем рассчитанная по нормативным данным СНиПа для этого же вида грунтов. Для свайстоек, сечением 3 5 x 3 5 см, упирающихся в делювий коренных пород Воркутинского района, по тем же опытам несущая способность до­ стигает 100 Т на сваю при осадке всего лишь 2,8 см.

Усовершенствование способа непосредственной забивки свай в вечномерзлые грунты с успехом было достигнуто Л. П. Маркизовым * и др., применившим при забивке «трубчатый лидер» (рис. 178), представляющий собой полую трубу со специальным режущим наконечником **, с помощью которого за несколько минут пробивает­ ся слой промерзшего грунта деятельного слоя толщиной до 2 ж и более, после чего свая забивается в полученную скважину обычньш способом с помощью дизель-молота или вибропогружателя. Отме­ ченное усовершенствование позволило значительно удешевить свай­ ные работы и организовать их круглогодичное производство.

Приведем некоторые примеры применения свайных фундаментов при строительстве зданий в условиях вечномерзлых прунтов. На рис. 179 показан разрез здания понизительной подстанции энерго­ снабжения, возведенного на вмороженных в сква­ жины железобетонных сваях на площадке, сложен­ ной разрушенными скальными породами с прослой­ ками льда; а на рис. 180 — разрез нижней части жи­ лого крупнопанельного здания с проветриваемым зимой подпольем типовой серии с несущими наруж­ ными и поперечными стенами на железобетонных сваях, расположенных рядами на расстоянии при­ мерно 2,3—3,4 м при расчетной несущей способно­ сти от 40 до 50 Т на сваю.

На рис. 181 показан разрез по зданию склада в Дудинке, в котором железобетонные сваи являются одновременно и каркасом здания. Помещение скла-

Рис. 178. Трубчатый лидер для опережающей проходки сква­

тов. Изд-во Коми, Сыктывкар, 1970.

2. Его же. Разработка мерзлых грунтов в Воркуте. «Основания, фундамен­ ты и механика грунтов», 1970, № 5.

** Д. П. В ы с о ц к и й , В. П. В л о х. Авторское свидетельство № 209312, Бюлл. Комитета по делам изобретений, 1968, № 4.

да неотапливаемое, и в условиях сурового климата вечномерзлые грунты сохраняют мерзлое состояние без принятия специальных мер по отводу тепла *.

При разработке мерзлых грунтов не только сезоннопромерзающего слоя, но и вечномерзлой толщи, как показано Л. П. Маркизовым **, также с успехом используется трубчатый лидер, примене­ ние которого позволяет ускорить ,и удешевить рыхление мерзлого грунта, после чего он легко разрабатывается экскаватором (рис. 182). Этот способ с успехом применяется в условиях вечно­ мерзлых грунтов как при рытье траншей иод ленточные фундамен-

Рис. 179. Разрез здания понизительной подстанции, возведен­ ного в условиях вечномерзлых грунтов на свайных фундамен­ тах

ты, так и при устройстве котлованов для подвалов, прокладке ком­ муникаций и т. п. земляных работах.

Необходимо здесь же отметить, что механическое рыхление мерзлых грунтов дает до 50% экономии по сравнению с буровзрыв­ ными работами, но при выборе режущих органов экскаваторов и других землеройных машин необходимо использовать исследования по резанию мерзлых грунтов (см. § 5 гл. VI) ***.

При строительстве плотин из местных материалов и других гид­ ротехнических сооружений в условиях вечномерзлых грунтов особо важное значение приобретают земляные и скальные работы, из ко­ торых важнейшими являются работы по устройству противофильт-

*См. сноску** 1 на стр. 413.

**См. сноску на стр. 417.

*** См. также А. Н. З е л е н и н. Основы разрушения грунтов механическими способами. Изд-во «Машиностроение», 1968.