Строительство зданий и сооружений в районах многолетней мерзлоты

Схема 23. наиболее вероятного изменения кровли вечной мерзлоты под эксплуатируемым зданием, построенном по первому принципу - сохранения мерзлоты.

Стремясь  как можно больше снизить влияния теплового выделения здания на мёрзлые грунты, прибегают к проектированию зданий на столбчатых и свайных фундаментах.[7] Наиболее универсальными являются железобетонные сваи; металлические сваи применяются только при соответствующем обосновании. Для малоответственных сооружений возможно применение деревянных свай. Применение ленточных фундаментов и в виде сплошных плит допускается для малоэтажных зданий и сооружений на подсыпках из дренирующего материала (песка, гравия, щебня и т.п.). [1]

Устойчивость  фундаментов запроектированных  на вечномерзлых грунтах по первому  принципу строительства, в соответствии с примятыми обозначениями на схеме, определяется из условия (см. схему 24):

• где Q –  нормативная сила, удерживающая фундамент  от выпучивания, вследствие смерзания  его боковой поверхности с  многолетнемёрзлым грунтом;
• N – нормативная нагрузка от веса сооружения;
• τ_см – касательные силы пучения - нормативная величина сил смерзания грунта к боковой поверхности фундамента, кг /см²;
• q – нормативная нагрузка от веса сооружения и грунта на его уступах;
• γ_с – коэффициент однородности и условий работы.
• γ₁ – коэффициент перегрузки постоянной нагрузки равный 0,9;
• γ₂ – коэффициент перегрузки сил пучения равный 1,1.

Расчётная схема 24. отдельностоящих и свайных фундаментов при расчёте их на устойчивость в вечномёрзлом слое грунта.

В правой части приведённого неравенства  представлены силы, стремящиеся деформировать  сооружение вверх, нарушая его устойчивость. Для нейтрализации данных воздействий  рекомендуется использовать специальные мероприятия по их уменьшению (создание не пучинистых обсыпок, обмазок и т.п.). [7]

5.3. Второй принцип  проектирования фундаментов  на вечномёрзлых  грунтах. Конструктивный  метод

Второй  принцип проектирования фундаментов  на вечномёрзлых грунтах заключается в допущении протаивания грунта под зданием. Данный принцип осуществляется двумя методами: конструктивным и методом предпостроечного оттаивания. Рассмотрим эти методы подробнее.

Конструктивный  метод заключается в приспособлении конструкций фундаментов и самих строений к неравномерной осадке оттаивающих грунтовых оснований.

Данный  метод применяется в следующих  случаях:

• температура вечномерзлой толщи грунтов близка к «0°C»;
• мёрзлый грунт при оттаивании становится относительно малопросадочным основанием S ≤ S_u (гравелистые, щебёночные или песчаные грунты).

Следует подчеркнуть, что в этом случае под  зданием с течением времени эксплуатации в результате действия тепловых потоков  здания, образуется чаша оттаивания в  многолетней мерзлоте (см. схему 25). Формирование чаши оттаивания может продолжаться десятки лет, что подтверждается теплотехническими расчётами.

 

Схема 25. формирования чаши оттаивания в многолетней мерзлоте под пятном застройки здания при строительстве его по второму принципу.

В результате построенное здание будет находиться в условиях неравномерной осадки, возникает высокая вероятность  развитие деформаций с образованием трещин в надземных конструкциях.

Для того чтобы здание могло удовлетворительно эксплуатироваться в подобных условиях должны быть выполнены условия по приспособлению его к неравномерным деформациям (повышение жёсткости здания).

Если  величина проектных осадок окажется больше предельных величин, то переходят ко второму методу строительства, допускающего протаивание грунтов вечной мерзлоты под зданием. [7]

5.4. Второй принцип  проектирования фундаментов  на вечномёрзлых  грунтах. Метод  предпостроечного оттаивания

В данном случае уменьшение осадки оттаявших  грунтов осуществляется путём предварительного уплотнения под действием собственного веса (см. метод электроосмоса в  механике грунтов).

Метод предпостроечного оттаивания применяется  в следующих случаях:

• основание сооружения имеет неоднородные по сжимаемости в мёрзлом и талом состоянии грунты;
• проектируемое сооружение имеет сосредоточенные избытки тепла (неравномерность оттаивания основания).

Необходимо  помнить, что применение того или  другого принципа строительства зависит:

• от особенностей возводимых сооружений;
• геокриологических условий места постройки.

Следует иметь в виду, что строить сооружения надо одним из двух принципов.

Нельзя  сочетать эти принципы, как для  соседних зданий и сооружений, так  и для сооружений, расположенных в одном и том же районе. И особенно это относится для отдельного сооружения.

Примеры негативного последствия совмещения принципа сохранения вечномерзлого  грунта и допущение оттаивания этого  же грунта, приведены на следующих  фотографиях.

В данном случае вначале здание детского сада в г. Чите было построено по принципу сохранения линзы вечномерзлого  грунта. После нескольких лет благополучной  эксплуатации этого здания, решили пристроить к зданию столовую. Пристройку выполнили без учета линзы вечномерзлого грунта. В результате, через год эксплуатации такого сооружения, возникла аварийная ситуация, которая видна на представленных фотографии 1.

Фотография 1. развития аварийной ситуации для здания детского сада (г. Чита), возникшей в результате оттаивания линзы многолетней мерзлоты.

Не учет наличия вечномерзлых грунтов, часто  приводит к возникновению и развитию значительных (недопустимых) осадок сооружений и появлению трещин в надземных конструкциях.

На фото 2. представлено здание приспособленное к неравномерным деформациям способом устройства металлических поясов жёсткости в уровне каждого перекрытия. Причина подобных усилений - развитие неравномерных осадок, вследствие оттаивания линзы многолетней мерзлоты.

Фотография 2. 

Воспринять  неравномерные осадки оттаивающих оснований можно повышенной жесткостью надземных конструкций. В этом случае, как показано на данной фотографии, по периметру здания в уровне перекрытий устраивают металлические пояса жесткости, воспринимающие неравномерные деформации конструкций стен.

Такое усиление является противоаварийным мероприятием, выполняется по специальному проекту и требует значительных затрат. [7]

Разрушение жилого дома в результате таяния многолетней мерзлоты 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Будучи  во многих районах не только современным  образованием, но и реликтом ледниковых эпох, многолетняя мерзлота сохраняется  по сей день благодаря резко континентальному климату с продолжительной холодной и малоснежной зимой. Негативные последствия климатического потепления будут отмечаться на всей территории криолитозоны: усиление деградации мерзлых толщ как по вертикали, так и в плане; нарушение функционирования природно-технических систем, при проектировании которых не была учтена возможность глобального потепления климата и деградации мерзлоты. На территории, где вечномерзлые породы относительно стабильны из-за высокой льдистости верхнего горизонта мерзлых пород даже небольшое увеличение глубины сезонного протаивания приведет к активизации таких разрушительных мерзлотных процессов, как термокарст, термоэрозия и солифлюкция. Усилятся процессы разрушения береговых уступов арктических морей. Экономика Севера потребует дополнительных затрат для обеспечения сохранности мерзлого основания зданий и инженерных сооружений.

В представленной мною работе я рассмотрела проблему строительства в условиях развития многолетнемерзлых пород, что сейчас довольно актуально. Изучили важнейшие  условия, факторы и процессы, происходящие в криолитозоне, которые нужно учитывать при строительстве. Цель своей работы я достигла, рассмотрев деятельность криолитозоны, влияние процессов в ней происходящих на строительство, выявила наиболее оптимальных путей решения этой проблемы. 

При строительстве на территориях с вечномерзлыми грунтами особое значение имеет правильный выбор площадок для строительства с такими грунтами, чтобы они не были пучинистыми, не подвергались образованию наледей и провалов. Кроме того, необходимо выбрать такие объемно-планировочные и конструктивные решения, а также методы осуществления строительства, чтобы обеспечить нормальные эксплуатационные качества зданий.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Болтрамович  С.Ф. Геоморфология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений [текст]/С.Ф.Болтрамович. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 528 с.
2. Кудрявцева В.А. Общее мерзлотоведение (геокриология), изд. 2 [текст]/В.А.Кудрявцева. – М.: Издательство МГУ, 1978. – 464 с.
3. Малахов А.А. Краткий курс общей геологии [текст]/А.А.Малахов. – М.: Издательство «Высшая школа», 1969. – 232 с.
4. Сергеев Е.Е. Инженерная геология СССР в 8 томах. Т. 3. Восточная Сибирь [текст]/Е.Е.Сергеев. – М.: Издательство Московского ун-та, 1977. – 657 с.
5. http://www.ecosystema.ru/08nature/world/geoussr/2-3-7.htm
6. http://www.geonature.ru/rusgeo/2-3-6.htm
7. http://www.buildcalc.ru/Learning/BasesAndFoundations/
8. geo.web.ru
9. http://www.remrekstroy.ru/
10. http://architectbuild.ru/

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ТАБЛИЦЫ

Таблица 1.

 Современное  оледенение России (по Л.Д. Долгушину,  Г.Б. Осиповой, 1989)

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 2.  

Основные  характеристики криогенной толщи в Северной и Южной геокриологических зонах 
 

 
 
 
 
 
 
 

Таблица 3.  

Гидрогеологические  условия формирования различных  типов криогенной толщи