Строительство на вечномерзлых грунтах

Министерство образования и науки Хабаровского края

Краевое государственное бюджетное

профессиональное образовательное учреждение

«Хабаровский промышленно-экономический техникум»

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

Раздел: "Вечная мерзлота"

По теме: " Строительство на вечномерзлых грунтах.", " Производство работ в особо климатических условиях "

Специальность: 08.02.01 "Строительство и эксплуатация зданий и сооружений"

 

 

 

 

 

                                                                               Выполнил: Козырев К.Г.

                                                                                Проверила: Романенко А.Р.

 

 

 

 

Хабаровск 2017

 

 

Содержание

1. Многолетнемерзлые грунты…………………………………………….
2. Возведение фундаментов на вечномерзлых грунтах…………………
3. Выбор типа и конструкций фундаментов на вечномерзлых грунтах
4. Безростверковые свайные и столбчатые опоры
5. Требования для столбчатых конструкций
6. Подошва фундаментов мелкого заложения
7. Столбчатые или свайные фундаменты и опоры
8. Особенности расчетов оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах

 

  1. Многолетнемерзлые грунты

многолетнемерзлый фундамент опора свайный

Северо-восточная территория России (севернее 65-ой широты) представлена многолетнемёрзлыми грунтами, находящимися в мёрзлом состоянии длительное время, т.е. в течение многих тысячелетий, которые летом оттаивают на небольшую глубину (1…3 м). Такие грунты исследованы российскими учёными, в числе которых Н.А. Цытович - основоположник мерзлотоведения, М.И. Сумгин, Ю.К. Зарецкий, И.А. Тютюнов, С.С. Вялов, Г.В. Порхаев, Р.С. Зиангиров и др. Результаты их исследований положены в основу СНиП на проектирование оснований и фундаментов на вечномёрзлых грунтах, а также ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

Многолетнемёрзлые грунты вследствие наличия в них льдо-цементных связей при сохранении отрицательной температуры грунтов являются достаточно прочными природными образованиями. Однако при оттаивании порового льда по мере застройки территорий структурные льдо-цементные связи лавинно разрушаются, грунт переувлажняется талой водой и превращается в разжиженную массу, не способную обеспечить геостойкость построенных зданий, сооружений, как результат проявления тепловой просадки бывших многолетнемёрзлых грунтов.

Многолетнемёрзлые грунты, или вечная мерзлота по старой терминологии, образовалась около 0,7 млн. лет назад во времена раннего плейстоцена в процессе похолодания на Земле, вызвавшего надвигание огромных масс льда на сушу из морей и океанов. Затем произошло потепление и оттаивание. Это повторялось периодически, причины которого не выяснены.

Площадь распространения многолетнемёрзлых гру нтов составляет около 1/4 всей суши земного шара и около 65% площади России. Первая информация о существовании мёрзлых пород появилась в 16 в. Лишь в 19 в. возникла наука - мерзлотоведение, или геокриология, предметом изучения которой является криолитозона - часть земной коры, содержащая мёрзлые и морозные породы.

Максимальная мощность многолетнемёрзлых толщ горных пород достигает 1300…1500 м, а отрицательная среднегодовая температура пород на глубинах 10…20 м от - 12 до - 15оС и ниже.

На основе мерзлотоведения грунтов, изученного вышеназванными учёными, сформулированы научные методы надёжного строительства зданий и сооружений на многолетнемёрзлых грунтах, а также прикладного использования искусственного замораживания грунтов в строительстве и горном деле, эффективно апробированного в 30…50 гг. 20 в. при проходке тоннелей в переувлажнённых грунтах, поскольку ещё не были разработаны новые технические решения (стена в грунте, напрягаемый анкер, струйная цементация).

2. Возведение фундаментов  на вечномерзлых грунтах

Подлежащие возведению на вечномерзлых грунтах фундаменты сооружений необходимо проектировать на основе результатов инженерно-геокриологических (инженерно-геологических, мерзлотных и гидрогеологических) изысканий и исследований, выполненных в соответствии с требованиями действующих СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям, и исследованиям грунтов для строительных целей, при обязательном учете особенностей конструкций и условий эксплуатации проектируемых сооружений, в том числе: теплового и механического взаимодействия сооружений с грунтами основания; размеров, вида конструкций и режима эксплуатации сооружений; действующих на фундаменты нагрузок.

Материалы инженерно-геокриологических изысканий должны включать:

) данные, характеризующие  инженерно-геокриологические условия  строительной площадки (распространение  по площади и глубину залегания  вечномерзлых грунтов, характер  напластования и температурный  режим грунтов, толщину слоя сезонного  оттаивания и промерзания, сведения  о климатических условиях района строительства, о характере включений, режиме грунтовых вод, термокарстах и др.);

) результаты полевых и  лабораторных исследований и  испытаний грунтов, отражающие их  литологические типы, криогенное  строение, физические и механические  свойства в талом и мерзлом  состояниях (для нескальных грунтов: плотность, влажность, льдистость, просадочность  при оттаивании, угол внутреннего  трения, сцепление, теплоемкость, теплопроводность; для скальных грунтов: степень  выветрелости и трещиноватости, предел прочности на одноосное  сжатие, коэффициент размягчаемости  в воде);

) исходные данные, необходимые  для прогнозирования возможных  изменений мерзлотных и гидрогеологических  условий строительной площадки (в  дополнение к перечисленным данным  сведения о продолжительности  периодов и значениях положительных  и отрицательных температур воздуха, толщине снежного покрова, мохово-растительном  покрове);

) исходные данные и  требования, необходимые для разработки  мероприятий по охране окружающей  природной среды, подлежащих включению  в проект сооружения, а также  в проект организации и производства  строительных работ (с целью, обеспечения  максимальной сохранности мохово-растительного  покрова, деревьев, кустарников, минимальных  нарушений естественных условий  протекания водотоков).

В период полевых изысканий должны быть собраны сведения о наличии наледей и оценена возможность их образования в местах постройки, сооружений, данные о паводках, проходящих по руслу, покрытому льдом.

В комплекс изысканий необходимо включать анализ опубликованных сведений и имеющихся материалов ранее проведенных изысканий и обследований мерзлотно-грунтовых условий интересующего района, а также сведений об опыте строительства и эксплуатации аналогичных сооружений в подобных условиях.

Номенклатуру грунтов оснований в описаниях результатов изысканий и в проектах фундаментов принимают согласно ГОСТ 25100-82.

При проектировании и строительстве фундаментов сооружений ориентируются на два характерных состояния вечномерзлых грунтов: мерзлое и немерзлое. В связи с этим различают два принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований сооружений, включая мосты: I - грунты основания используют в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации сооружения; II - грунты основания используют в оттаивающем (в период эксплуатации сооружения) или в оттаявшем (до начала возведения сооружения) состоянии.

Принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований фундаментов выбирают исходя из местных климатических и инженерно-геокриологических условий, глубины заложения и особенностей конструкции фундаментов, результатов технико-экономических расчетов, связанных с выбором оптимального типа фундаментов.

На принцип I ориентируются в случаях, когда имеется обоснованная необходимыми расчетами уверенность в сохранении мерзлого состояния грунтов в основании фундаментов мостов в течение всего периода их эксплуатации, как правило, без применения охлаждающих установок. Охлаждающие установки или каменные обсыпки конусов устоев могут использоваться для предотвращения возможности существенного повышения температуры вечномерзлых грунтов (по сравнению с принятой в расчетах) в период эксплуатации сооружений. Для принятия решения об использовании грунтов основания по принципу I необходимо в процессе проведения инженерно-геокриологических изысканий обеспечить получение достоверных данных о температуре грунтов на глубине 10-12 м (от естественной поверхности) и о слиянии слоя сезонного оттаивания с вечномерзлыми грунтами в месте проектируемого сооружения.

По принципу II используют вечномерзлые грунты исходя из условия их полного оттаивания независимо от температуры в период постройки сооружений.

По сравнению с проектированием фундаментов зданий при проектировании фундаментов мостов необходимо учитывать влияние следующих факторов: воздействие на сооружения кроме вертикальных значительных горизонтальных сил от временных подвижных нагрузок и от давления грунта; уменьшение несущей способности оснований вследствие отепляющего действия воды на вечномерзлые грунты; увеличение осадки основания из-за пригрузки его весом высоких подходных участков насыпей; возрастание сил морозного пучения грунтов из-за повышения влажности их в местах возведения мостов через постоянные или периодически действующие водотоки; возможное появление наледей в пределах сооружения; нарушение устойчивости крутых склонов вследствие проявления оползневых процессов.

Вечномерзлые грунты в основании фундаментов всех опор малых мостов должны использоваться по одному из принципов.

В местах залегания вечномерзлых грунтов с неровной или наклонной поверхностью фундаменты следует проектировать опирающимися полностью на мерзлые грунты, используемые по принципу I либо по принципу II, или же на расположенные выше немерзлые грунты. Не допускается опирать фундаменты частью на мерзлые, а частью на немерзлые грунты.

В проектах фундаментов на вечномерзлых грунтах должны быть приведены характерные инженерно-геокриологические данные мостового перехода (геологические колонки, температура грунтов, сведения об уровнях поверхностных и подземных вод, наледях и т.п.), а для фундаментов из столбов или свай, кроме того, способ их погружения, а также условия, при которых разрешается загружать столбы и сваи после их заглубления в грунт.

3. Выбор типа  и конструкций фундаментов на  вечномерзлых грунтах

Анализ опыта строительства фундаментов разных типов в условиях вечной мерзлоты показывает, что применение бетонируемых на месте конструкций экономически оправдано только при строительстве больших мостов, для массового строительства малых и средних мостов более целесообразно использование сборных конструкций.

Применяемые в настоящее время бетонируемые в котлованах массивные (мелкого заложения) фундаменты требуют больших затрат времени и труда на разработку грунтов, устройство и разборку ограждений, укладку бетонной смеси и уход за ней. Замена бетонируемых в котлованах фундаментов сборными массивными конструкциями не может устранить их общего недостатка - сохранения наиболее трудоемких работ по устройству котлованов и тщательному заполнению грунтом пазух между боковыми поверхностями котлована и фундамента. В случае недоброкачественного заполнения таких пазух (вследствие недостаточного уплотнения укладываемого грунта, особенно при использовании для этой цели бульдозеров) в них возможны длительные застои воды и, как следствие, оттаивание вечномерзлых грунтов и связанное с этим появление не предусмотренных проектом деформаций фундаментов. Учитывая это обстоятельство, фундаменты мелкого заложения рекомендуется проектировать, ориентируясь на использование вечномерзлых грунтов только по принципу II.

Несмотря на отмеченные недостатки, фундаменты мелкого заложения продолжают применять для мостов, что следует рассматривать как вынужденное решение на период до создания и широкого внедрения высокопроизводительного бурового оборудования (для устройства скважин большого диаметра в любых грунтах, включая скальные), необходимого при строительстве столбчатых фундаментов и безростверковых опор.

Фундаменты мостов и труб под насыпями на вечномерзлых грунтах, используемых по принципам I и II, следует проектировать в соответствии со СНиП 2.05.03-84, СНиП 2.02.03-85 и СНиП II-18-76, ориентируясь на данные, указанные в § 62, которые должны быть получены в результате инженерно-геокриологических изысканий. Более подробные сведения по вопросам проектирования фундаментов на вечномерзлых грунтах содержатся в «Инструкции по проектированию малых и средних мостов БАМ» (ВСН 187-76). Все наиболее существенные положения перечисленных нормативных документов по условиям рационального применения фундаментов разных типов, их конструированию и расчету освещены в этой главе.

Проектирование фундаментов малых и средних мостов, а также труб под насыпями сводится, как правило, к привязке к конкретным местным условиям в достаточной степени проверенных на практике типовых проектов опор, пролетных строений и труб.

Если вечномерзлые грунты в оттаявшем состоянии не могут быть использованы в качестве оснований из-за низкой их несущей способности, а в период эксплуатации сооружений они не смогут сохраняться в мерзлом состоянии, то для искусственного поддержания этого состояния применяют охлаждающие установки, которые проектируют по специальной методике.

Фундаменты мелкого заложения применяют преимущественно при их заглублении до 4 м в непросадочные при оттаивании крупнообломочные грунты, гравелистые и крупные пески, твердые и полутвердые глинистые грунты, а также в немерзлые и скальные грунты. В этом случае применение таких фундаментов экономически оправдано, если разработка грунтов в котлованах механизирована и не требует устройства крепления стен котлованов против обрушения грунта.

При выборе типа фундаментов приходится также учитывать, что наличие в русловой части мостового перехода массивных фундаментов мелкого заложения или заглубленных в грунт ростверков свайных фундаментов и связанное с ними неизбежное нарушение природного сложения грунтов (при разработке котлованов и последующем заполнении пазух грунтами нарушенного сложения) нередко приводят к существенному изменению условий протекания подруслового потока и к появлению наледей там, где их не было до постройки сооружения.

Вследствие небольшого заглубления фундаменты мелкого заложения проектируют в виде анкерной плиты, противодействующей ее поднятию при морозном пучении грунтов, с рамной надстройкой для устоев (рис. 11.1, а) и массивной конструкцией для промежуточных опор (рис. 11.1, б), расположенных в русле постоянных водотоков с ледоходом.