Основные принципы проектирования на вечномерзлых грунтах.
Существует два принципа строительства на вечномерзлых грунтах:
I принцип – вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраненном в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;
II принцип – в качестве оснований знаний и сооружений используются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие в период эксплуатации сооружения.
I принцип применяется в тех случаях, когда расчетные деформации основания в предположении его оттаивания превышают предельное их не удается привести в нормальное состояние конструктивными мерами или улучшением строительных свойств основания. Принцип эффективен, когда грунты находятся в твердомерзлом состоянии и такое состояние может быть сохранено при экономически разумных затратах.
II принцип рекомендуется применять при неглубоком расположении (залегании) скальных грунтов, а также при малосжимаемых мерзлых грунтах при оттаивании (плотные крупнообломочные грунты и пески, пылевато-глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции).
Ø При строительстве по I-му принципу для сохранения вечномерзлого состояния оснований используются различные методы.(рис.)
Рис.15.3. Мероприятия для сохранения вено мерзлого состояния грунтов:
1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 4 – насыпной непучинистый грунт (пески средней крупности, крупные, крупнообломочные грунты, шлаки ) ; 5 – теплоизоляция; 6 – вентилируемое подполье; 7 – сваи; 8 – неотапливаемый 1-ый этаж; 9 – вентиляционные каналы; 10 – замораживающие колонки;
· Подсыпка применяется при вертикальной планировке территорий или устраивается под отдельными зданиями;
· Телпоизоляцияв сочетании с другими методами для сооружений, занимающих небольшую площадь;
· Вентилируемые подполья – является основным и наиболее распространенным способом регулирования теплового влияния здания на температурный режим основания, открытые подполья имеют сообщение с наружной средой.
“ – “ В зимний период подполья заносятся снегом, а летом в них поступает теплый воздух, растепляющий основание. Кроме того, от этого возникает неблагоприятный температурный режим во внутренних помещениях 1-ого этажа.
В этом случае более эффективны подполья с регулируемым проветриванием – с продухами.
Зимой продухи открыты, а в летнее время их закрывают.
· Иногда роль вентилируемого подполья выполняют неотапливаемые помещения 1-ого этажа.
· Промораживающие колонки применяют для предпостроечногопромораживания оснований, а также для последующего поддержания в основании заданного температурного режима.
Ø При использовании принципа II на вечномерзлых грунтах существуют два основных подхода
· Предпостроечное оттаивание. Для повышения температуры грунта наиболее часто используют игловое гидро- или парооттаивание, или электрический прогрев с применением электроосмоса и иглофильтрового понижения, оттаивание может быть произведено как в пределах всей площади застройки, так и под отдельными фундаментами, если это обосновано расчетом по деформациям.
· Оттаивание грунтов в процессе эксплуотации сооружений должно применятся с большой осторожностью и подкрепляться тщательным прогнозом температурного режима деформаций оттаивающего основания.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Строительство в условиях вечномёрзлых грунтов
Северная строительно-климатическая зона включает районы Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока. Она отличается широким диапазоном изменения температур и влажности воздуха, ветровых воздействий, ландшафта.
Вечномерзлые грунты имеют отрицательную или нулевую температуру, содержат в своем составе лед и находятся в мерзлом состоянии в течение многих лет. Они имеют сплошное или островное распространение. В северных районах мощность их достигает 500 м. Поверхностный слой подвергается сезонному оттаиванию – промерзанию. По состоянию в природных условияхвечномерзлые грунты подразделяются на твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые. Инженерно-хозяйственная деятельность человека приводит к ослаблению вечной мерзлоты, к появлению термокарстовых явлений.
Тепловые загрязнения геологической среды в процессе хозяйственной деятельности часто являются причиной массовых деформаций зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Отепляющие воздействия инфраструктуры приводят к развитию термокарста. При чрезмерном охлаждении возможны деформации, вызванные морозобойным растрескиванием, пучением грунтов.
В состав мероприятий по инженерной подготовке территорий входит: вертикальная планировка; устройство дорог и прокладка коммуникаций, отвод поверхностных вод; осушение; недопущение затопления, образования термокарстов.
При строительстве на вечномерзлых грунтах применяют два основных принципа: I – грунты основания сохраняют в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации; II – грунты основания используют в оттаявшем или в оттаивающем состоянии.
При строительстве по I принципу, несущие конструкции проектируют без учета их осадочных деформаций. Конструктивная система здания такая же, как и при строительстве в обычных условиях. Основным видом фундаментов являются свайные. Поверху свай устраивается сплошной ростверк. Допускается применение столбчатых железобетонных и монолитных бетонных фундаментов.
Сохранение вечномерзлого состояния грунтов при проектировании по принципу I достигается: возведением зданий на подсыпках; теплоизоляцией поверхности грунта под полом; устройством вентилируемых подполий; расположением на первом этаже неотапливаемых помещений; прокладкой под полом охлаждающих вентиляционных каналов; искусственным охлаждением грунтов.
Принцип I должен применяться, если грунты застраиваемой территории можно сохранить в мерзлом состоянии при экономически целесообразных затратах. Использование пластично мерзлых грунтов в качестве основания по принципу I допускается при условии понижения их температур.Принцип II должен применяться при наличии в основании скальных грунтов или вечномерзлых, деформация которых при оттаивании не превышает предельно допустимых значений для проектируемых сооружений и в тех случаях, когда это экономически оправдано. Уменьшение деформаций может быть достигнуто предварительным искусственным оттаиванием на заданную глубину, устройством грунтовых подушек, увеличением глубины заложения и прорезкой сильносжимаемых слоев с опиранием на малосжимаемое основание.
В отмечается, что возводимые системы неремонтнопригодны, т.е. работают до первого отказа. Предполагается создать ремонтнопригодные системы с управляемой величиной долговечности. Для этого в конструкциях зданий следует предусматривать возможность восстановления их первоначальных форм.
Регулирование теплового взаимодействия здания с основанием позволит повысить долговечность в несколько раз. Вентилируемое подполье позволяет стабилизировать верхнюю границу вечномерзлых грунтов. Режим вентиляции назначается из условия равенства глубины промерзания грунтов в подполье глубине их последующего оттаивания.При наличии в основании твердомерзлых грунтов основание рассчитывают только по первой группе предельных состояний.
9.Методы устройства шпунтовых ограждений и грунтовых перимычек.
Железные шпунты являются самыми распространенными, часто используется шпунтовое ограждение котлована из труб. Преимуществами данного вида ограждений являются надежность и доступная стоимость. Шпунты после завершения строительных работ извлекаются из земли, они являются многоразовыми и подлежат повторному использованию.
Деревянное шпунтовое ограждение котлована цена на которое достаточно низкая, также пользуется популярностью. Оно не подлежит использованию повторно, не может использоваться на твердых грунтах с остатками камней, старых затопленных деревьев, различного строительного мусора.
Бетонные шпунты стоимость выше, чем стоимость железных. Данный вид шпунтов остается в земле после окончания строительства, они становятся частью фундамента. Бетонные шпунты широко используются при строительстве многоэтажных домов.
Шпунты Ларсена широко применяются в строительстве, для их изготовлении используется металлический профиль высокого качества желобообразной формы с закругленными концами. Концы профиля также называют замками, так как они соединяются между собой и надежно защищают котлован от оползней. Шпунты Ларсена часто используются при строительстве мостов, дамб, причалов, а также при проведении других видов работ, которые нуждаются в надежном ограждении.
Существуетчетыре основных способа погружения в землю
1.- ударный, при его использовании сваи забиваются в грунт. Его применение не зависит от типа почвы.
2.- вибрационный, В условиях сухих и песчаных почв сваи погружаются при помощи вибропогружателя
3.- Вдавливание, на глинистых почвах и почвах с большим содержанием влаги
4.- погружение в скважины, которые были пробурены заранее.
Грунтовые перемычки применяются для ограждения котлованов в открытых водоемах в тех случаях, когда необходимые для их возведения объемы грунтового материала находятся в непосредственной близости от места возведения перемычки. Работы по сооружению таких перемычек могут быть полностью механизированы и выполняться с большой производительностью.
Грунтовые перемычки проектируются как грунтовые плотины небольшой высоты и возводятся теми же методами. При этом необходим расчет их устойчивости с учетом как статических нагрузок, так и возникающих гидродинамических усилий. При выборе крутизны откосов необходимо учитьгоать возможность фильтрации воды в котлован через перемычку. В связи с этим основание nepeiV№r4KH со стороны котлована должно быть выполнено таким образом, чтобы фильтрующий через перемычку поток не снижал его устойчивости. Фильтрационный расход и дождевые осадки должны собираться в специальные водосборные канавы и отводиться в сторону. Напорная грань перемычек со стороны водоема должна бьггь защищена от возможного разрушения. Для этой цели применяется каменная наброска или покрытие откоса фашинами.
10.Особенности технологии выторфовывания заболоченных територий.
Болотами принято называть места с затруднёнными поверхностным и внутренним стоком, занятые естественными залежами высокопористых водонасыщенных грунтов.
Насыпи на болотах в зависимости от типа болота, технической категории могут быть возведены:
— без выторфовывания с отсыпкой непосредственно на поверхности болота;
— после полного или частичного выторфовывания;
— с отсыпкой на слое торфа с последующей посадкой насыпи на минеральное дно болота;
— на поверхности болота после устройства дренажных прорезей или вертикальных дрен
На болотах I типа возможно либо полное выторфовывание, либо частичное выторфовывание, либо обжатие торфа ( без предварительного выторфовывания1) при устройстве насыпи. Если применяются глинистые грунты, то в нижней части насыпи делают капиллярный прерыватель из песчаного грунта. Высота Я насыпи над поверхностью болота зависит от глубины V выторфовывания.
В первом случае насыпи погружаются путем собственного веса, или путем взрывания торфа, или путем выторфовывания предварительно осушенного болота. Во втором случае на минеральное дно болота опирается не вся насыпь, но только две призмы, находящиеся у краев. Третий способ работ применяется при значительной глубине болота или при наличии плотных и хорошо разложившихся торфов. Лучшим грунтом для возведения насыпей на болотах является гравелистый и крупный песок.
На болотах I и II типа глубиной более 3 м насыпь может быть уложена на торфяное основание без выторфовывания) либо с частичным выторфовыванием верхнего слоя горфяпой залежи, замедляющим осадку посыпки. Ширина насыпи назначается з зависимости от диаметра и габарита засыпки трубопровода и ширины эксплуатационного проезда.
На болотах I типа насыпи высотой до 3 м отсыпают при полной или частичной замене торфа в основании минеральным грунтом. Сумма величин высоты насыпи над поверхностью болота и глубины траншеи выторфовывания должна быть не менее 3 5 м для дорог I и II категорий и 3 м для дорог III категории.
Насыпи на болотах возводят по специальным профилям. Выбор их конструкции обосновывается технико-экономическими расчетами, которыми устанавливается необходимость полного или частичного выторфовывания болота, укладка еланей, устройство песчаных свай. Высота насыпи на болоте после ее осадки должна быть, считая от поверхности болота, не менее 0 8 м, если торф из-под насыпи удален, и не менее 1 2 м, если торф оставлен.
Поперечные профили насыпей на болотах устанавливают в зависимости от типа болота, его глубины, уклона минерального дна. Конструкцию земляного полотна при этом ( частичное или полное удаление торфа в основании, отсыпка насыпей без выторфовывания, сооружение насыпей на еланях или песчаных сваях) выбирают на основе технико-экономических расчетов с учетом типовых приемов проектирования, проверенных многолетней практикой.
Болотами принято называть места с затруднёнными поверхностным и внутренним стоком, занятые естественными залежами высокопористых водонасыщенных грунтов.
Следует различать три типа болот:
III— болота с торфяным слоем, плавающим на воде или сапропеле, содержание в пределах болотной толщи хотя бы один слой, который при возведении насыпи высотой до 3 м выдавливается независимо от интенсивности возведения насыпи.
Торф — горючее полезное ископаемое растительного происхождения.
Слой мергеля— каменистая порода формировавшаяся несколь тысяч лет