Устройство и расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах

Вечномёрзлый грунт
К вечномёрзлым грунтам относят мёрзлые почвы, которые находятся в этом состоянии на протяжении многих десятков лет и более. Ареалы с таким грунтовым основанием занимают значительные территории в России, Канаде, Аляске и Антарктиде. По приблизительным подсчётам вечная мерзлота занимает около четверти всей суши на Земле. В России такие земли распространены на более трети всей территории страны. Это преимущественно северные и северо-восточные районы. Строительство зданий и сооружений, особенно возведение фундаментов в этих местах, имеет свою специфику.

Особенности вечномёрзлых грунтов

Возведённые фундаменты на вечномёрзлых грунтах (ВГ) имеют свои отличия из-за особых механических свойств геологических оснований. Признак вечномёрзлого грунта наблюдается при проведении изыскательских работ в наполненной льдом почве, толще покрова, зонах тектонических сдвигов.

Несущая способность ВГ зависит от механических свойств, так называемого «льдоцемента», изменения температурных циклов и прочих явлений. Чтобы произвести расчёт фундамента на вечномёрзлом грунте, необходимо произвести ряд геологических и мерзлотных изыскательских исследований.

Вечномёрзлые грунты скреплены, пронизывающими льдо-цементными связями, которые представляют собой вытянутые прожилки изо льда, проходящие через массив почвы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Во время наступления тёплого сезона льдо-цементные связи могут частично разрушаться (просто таять). В результате несущая способность грунтового основания существенно падает. В районах с такими условиями почва непригодна для строительства.

Большая площадь территорий ВГ существенно не меняют показатели несущей способности в зависимости от сезонных перепадов температуры воздуха. Для таких районов разработаны различные технологии возведения фундаментов для зданий и сооружений.

Характеристики пород

К вечномёрзлым относятся породы, находящиеся в мёрзлом состоянии от 3-х и свыше лет. Они характеризуются нестабильной структурой: в период оттаивания значительно оседают из-за нарушения естественной структуры. К деятельной полосе земли относится верхний слой, который оттаивает летом, а и с приходом зимы замерзает. Периоды обильного оттаивания и замерзания приводят к её пучению. Это ухудшает устойчивость, и снижает прочность домов, возведённых на таком покрытии.

На глубину деятельного слоя влияют климатические условия и геологический тип залегающей земли. В зависимости от этих факторов его мощность может колебаться в пределах от 0,3 до 4 метров. По мере продвижения к югу, глубина деятельного слоя увеличивается. Максимальную глубину поверхностного слоя имеет земля с открытыми порами, в структуре которых преобладают куски скальных пород и песок.

Деятельные покрытия делятся на:

• Сливающиеся – в период зимних холодов поверхностный грунт промерзает на всю глубину, и смерзается со своим вечномёрзлым основанием;
• Не сливающиеся – наличие незамерзающей перемычки между поверхностным слоем и материковым основанием.

Вечномёрзлая толща делится:

• Непрерывно мёрзлый грунт – состоит из однородной массы земли;
• В состав слоистой толщи входят прослойки из смёрзшихся пород, льда или слоёв, подверженных воздействию подпочвенных вод.

Земля под основание сооружения может состоять из покрытий любого вида, среди которых наибольшее распространение получили основные типы. К редко встречающимся типам мерзлотных покрытий относятся скальные породы.

В зависимости от состояния, мёрзлые почвы делятся на такие типы:

• Твёрдомёрзлая порода – относится смерзшийся песок, который в мёрзлом виде обладает характеристиками скальной подошвы.
• Пластичномёрзлые слои. В их состав входят глинистые почвы. Вследствие содержания в них замёрзшей воды, они подвержены сжатию под воздействием определённой нагрузки;
• Сыпучемёрзлые покрытия – относится песчаный и гравийный слой. Они даже в мёрзлом виде не скреплены льдом и достаточно рыхлые.

В процессе возведения здания следует учитывать особенности и структуру земли, чтобы построенное здание было надежным и долговечным.

Территории с зонами вечной мерзлоты

Рассматривая толщу мёрзлых пород с точки зрения физико-механических свойств, выделяют 3 зоны:

1. Верхние (покровные) отложения, содержащие в основной массе лёд.
2. Коренная почва в области выветривания.
3. Коренные породы, находящиеся в зоне горизонтов под мерзлотой.

Определение этих зон имеет большое влияние на получение результатов изыскательских работ. Толщина каждой области ВГ зависит от двух показателей – это геологическая структура и местный климат в:

• горных районах со складчатым рельефом толщина верхней зоны ВГ изменяется снизу вверх рельефа от 1 – 3 м до 20 м;
• поймах некоторых сибирских рек эта величина достигает от 100 до 200 м. В пойме реки Яна (Якутия) толщина верхней зоны превышает отметку 200 м;
• прибрежных районах Восточно-Сибирского моря мощность покровной зоны может составлять нескольких сотен метров.

Проведение изыскательских работ

Типы вечномёрзлых грунтов

К ВГ относят геологическую толщу, находящуюся в замёрзшем виде на протяжении нескольких тысяч лет. Характеристика и толщина слоёв ВГ в основном предопределены местными уровнем промерзания и годовой средней температурой окружающей среды. Поэтому в некотором районе на соседних участках толщины мёрзлого грунта могут существенно различаться или вообще отсутствовать.

ВГ по строению текстуры различают на несколько типов:

• слитная;
• слоистая;
• ячеистая (криогенная).

Слитная

Такая текстура ВГ состоит в основном из льдоцемента с отсутствием крупных включений. Изредка в такой почве встречаются мелкие гнездовые ледяные вкрапления. В большинстве случаев данная структура преобладает в крупнообломочных, гравелистых ипесчаных грунтах.

Слоистая

Мёрзлоестроение такого типа наблюдается в глинистых и песчаных пылеватых почвах. Такое свойство текстуры обычно встречается в наземных массивах ВГ толщиной от 12 до 27 м и более. Слоистое строение ВГ формируется в результате одностороннего замерзания переувлажнённой почвы, подпитанной миграционным водным подтоком из нижерасположенных слоев грунта. Такое основание практически не пригодно для строительства.

Ячеистая

Сетчатое строение ВГ это результат промерзания глинистых пылеватых грунтов. Этому способствует сильное переувлажнение массива со свободным подтоком воды. Грунты с ячеистой структурой обычно располагаются в верхней части деятельных слоёв.

Выбор строительной площадки

Местоположение строительной площадки определяется в соответствии с назначением возводимого здания и типом его конструкций. Строительная площадка выбирается без наличия наледи и отсутствия паводковых вод.

Участки земли, расположенные у подножия гор, зачастую насыщены наледями, вздутиями пучинистых грунтов и глубинными прожилками льда. На пологих склонах такие явления не наблюдаются. Такие участки наиболее приемлемы для строительства.

Для оценки пригодности участка под строительство производят геодезическую съёмку. Также делают съёмку окружающей местности. Это позволит обрисовать всю картину направления естественных водных потоков, возможность их отвода и устройства канализационных каналов.

Фундаменты на ВГ

К строительству зданий и сооружений, возведению фундаментов на ВГ предъявляют специальные требования. Это вызвано особыми характеристиками грунтовых оснований. Проектирование фундаментных оснований выполняют на основании проведённых инженерно-геологических изысканий. Изыскательские работы на ВГ называют геокриологическими.

В основном фундаменты на вечной мерзлоте проектируют глубоко заглублёнными основаниями. К таким основаниям относятся сваи. За редким исключением возводят ленточные и столбчатые фундаменты.

Инженерно-геологические изыскания

В расчётах несущей способности и особенностей конструкций оснований зданий и сооружений на ВГ используют данные результатов геокриологических исследований. Исследованиями занимаются специализированные проектные организации в соответствии с нормативной документацией. Нормативные документы включают в себя СНиПы, Госстандарт и другие рекомендации.

Результаты геокриологических изысканий включают в себя:

• характеристики геокриологических данных места строительства – площадь и глубина залегания ВГ, средняя температура, высота сезонного оттаивания грунта, уровень грунтовых вод и прочее;
• данные лабораторных исследований и испытаний образцов грунта в полевых условиях. На основании их делают выводы о механическом свойстве грунта как в мёрзлом, так и в талом состоянии, литологическом виде;
• результаты прогнозирования изменений мерзлотного и гидрогеологического состояния грунта в зависимости от сезонных изменений температур, толщины снеговых осадков, высоты деятельного слоя.

Сохранение состояния грунта

Принципиальная схема строения в разрезе с учетом основания
Этот вариант целесообразен для применения, если:

• имеется значительная мощность многолетнемерзлого грунта;
• здания производят выделение большого количества тепла и невелики по площади.

Расчет и обоснование этого варианта был произведен в конце прошлого века. Сейчас он общепризнан и позволяет максимально использовать высокие строительные качества вечномерзлых грунтов.

Суть этого принципа сводится к сохранению изначального состояние грунта, как при возведении строения, так и при последующем его использовании. Это приемлемо при экономической целесообразности сохранения грунта в естественном состоянии.

Легче прочего возводить основания на видах вечномерзлых грунтах, не относящихся к пластично-мерзлым. При наличии таких почв возможно уменьшение температуры основания до необходимых значений. При расчете фундаментов, закладываемых на вечномерзлых грунтах, учитываются предполагаемые разрушения и деформации под нагрузкой.

Вследствие чего, чаще всего возводят свайный или столбчатый тип фундаментов. Может быть применен и ленточный фундамент.

В этом случае, основной момент – не допустить изменений вечномерзлого слоя. То есть не дать ему изменить свои свойства от тепла, выделяемого эксплуатируемым зданием. Поэтому подполье устраивают холодным и хорошо вентилируемым (через продухи в цокольной части или забирке).

Свайные фундаменты на вечномёрзлых грунтах

В районах вечной мерзлоты для устройства фундаментных оснований применяют сваи. Опорные конструкции такого типа бывают различными, как по конструктивным особенностям, так и по размерам.

Особенности свайных конструкций

Для возведения свайных фундаментов в зоне вечной мерзлоты используют деревянные, металлические и железобетонные сваи. Опоры различают по способу передачи нагрузки от здания на грунт. Это висячие сваи и сваи-стойки. Сваи для установки в вечномёрзлых грунтах применяют длиной от 6 до 15 м.

На участке с твёрдыми мёрзлыми почвами со средней годовой температурой не выше – 3о С устанавливают железобетонные сваи с величиной нормативной нагрузки в пределах 10 до 160 тн. В зонах с риском морозного пучения опоры оснащаются дополнительным армированием. В пластичных мёрзлых грунтах используют буро забивные конструкции.

Для одиноко стоящих сооружений свайное поле возводят из металлических свай. Опоры покрывают специальным антикоррозионным покрытием. Это позволяет защитить конструкции от агрессивного воздействия надмёрзлых грунтовых вод.

Поперечные сечения железобетонных опор имеют прямоугольные, квадратные и восьмигранные формы. Нижние концы делают заострёнными и тупыми.

Восьмигранные круглые опоры монолитного сечения наиболее приемлемы для их использования в надмёрзлых грунтах. Благодаря восьмигранной форме сечения, появляется возможность добиться бурения скважин оптимального радиуса. В результате плотного прилегания вдоль вертикальной поверхности опоры к грунту существенно повышается их несущая способность.

Сохранению мёрзлого состояния верхнего слоя почвы способствуют ростверки свайного поля, построенные из сборных конструкций. Уложенные железобетонные плиты перекрытия находятся на определённой высоте над грунтом. Проём между перекрытием и грунтовым основанием обеспечивает вентиляцию подполья, что препятствует таянию мерзлой поверхности почвы от теплового излучения строения.

При проектировании свайного основания, сохраняющего мёрзлое состояние грунта, производится бурение исследовательских (температурных) скважин для сбора данных наблюдения смерзания опор с грунтом.

Бурение скважин

Работы по бурению скважин составляют в среднем 75 – 80% от общих трудозатрат по устройству свай. Бурят скважины с помощью специальной техники. Буровые установки оснащены вращательным, ударно-вращательным, ударно-канатным и термомеханическим оборудованием. Наряду с этим, скважины проходят трубчатыми лидерами (буры специальной конструкции), опускаемые сваебойным оборудованием.

Бурильно-сваебойная установка БМ-811

Как правило, свайные поля на ВГ представляют большое количество опор. Поэтому для каждого строительного участка нужно особо тщательно подбирать буровые установки, соответствующие особенностям грунтового основания. Для отдалённых районов от коммуникаций технику выбирают, рассчитанную на длительную автономную эксплуатацию.

Установки ударно-канатного действия сложны в перевозке, ограничены в манёвренности. Поэтому используют крайне редко. Чаще всего скважины бурят установками ударно-вращательного и термомеханического принципа действия.

Лидерный способ проходки скважин заключается в том, что механизм погружается вниз по мере углубления отверстия в ВГ. Извлекают свае погружающую установку специальной лебёдкой.

Установка свай в ВГ

Метод установки опор определяют на основании физико-механических показателей ВГ, средней годовой температуры почвы, климатического района строительства, времени года и требований к степени точности погружения свай на ВГ.

Определяют среднюю годовую температуру ВГ на глубине от 10 – 15 м, где смена сезонов практически не вызывает изменения уровня средней температуры почвы. Учитывая этот показатель, мёрзлые грунты делят на низкотемпературные (от –1,5оС) и высокотемпературные (0оС, не ниже – 1,5оС) слои почвы. На основании этого выбирают определённый метод установки свай.

Мощность свайных оснований в низкотемпературных многолетних ВГ существенно больше, чем несущая способность опор, установленных в среде высокотемпературных слоёв почвы. К тому же временной промежутокмежду началом вмерзания и достижением максимальной величины несущей способности существенно сокращается.

Возведение оснований зданий на высокотемпературных пластично мёрзлых основаниях требуют соблюдать особые меры безопасности. Перед началом строительства следует проводить мероприятия по понижению температуры грунтового основания. При прохождении шурфов большого диаметра в почву специально понижают температуру для того, чтобы обеспечить полное вмерзание опор в грунт. Естественный процесс вмерзания может затянуться до 3 – 5 месяцев, что увеличивает срок окончания строительства объекта.

В справочной литературе можно найти графики среднемесячных температур взонах с разными характеристиками ВГ. Согласно этому графику определяют способ установки опор.

Заливка установленных свай

Сваи опускают в отверстия, которые в плане на 2,5 см больше радиуса поперечного сечения опоры. Затем заливают пазухи жидким грунтом. Технология заливки производится в следующем порядке:

1. Бурят отверстия в местах установки свай с температурой грунта в диапазоне от 0оС до – 5оС. В случае превышения этой нормы, работы сопровождают принудительным охлаждением почвы.
2. Заливают раствор в отверстия с положительной температурой воздуха. Если стоит морозная погода, грунтовый раствор подогревают от + 20оС до + 40оС.
3. Сразу после заделки скважин раствором, в них опускают опоры.
4. Установленные сваи подгоняют под проектное положение по высоте.

Скважины заливают жидким раствором из глины и песка. Смесь готовят из части глины и 8 – 10 частей песка. Уровень влажности заливки должен быть в пределах 30 – 35%. Осадка конуса должна составлять 12 – 16 см.

Скважину сверлят глубиной равной длине подземной части опоры или несколько больше. Недостающий объём обратной засыпки пополняют песком, щебнем либо другим мало сжимаемым сыпучим материалом.

При сооружении свайного основания стремятся добиться прочного смерзания опор с почвой, равной по степени смерзания опор с заливкой. Если этого не будет происходить, сформируется слабый слой грунтового раствора, который понизитпоказатель несущей способности опор.

При готовке заливки используют буровой шлам. Его достают из скважин в тёплый сезон года с помощью ударно-канатного оборудования. В случае преобладания песка в шламе в раствор включают глину.

На низкотемпературных участках установку свай осуществляют одновременно с прогревом мёрзлой почвы. Работы такого рода производят в течение всего года. На участках с температурой почвы около – 1оС осуществлять установку свай нужно с первых чисел января до окончания сентября.

Там где температура выше – 1,5оС, работы с октября по декабрь проводить не рекомендуют, потому что процесс вмерзания может затянуться.

Чтобы облегчить прохождения бура, используют горячую воду или пар. Также применяют открытые и закрытые обогреватели.

Закрытая система обогревателя обеспечивает проникновение теплоносителя в просверленные отверстия диаметром не более 150 мм. Закрытые обогреватели заставляют теплоноситель вращаться по замкнутому кругу.

В пластинчатых слоях ВГ нагревающие агрегаты вдавливают в ВГ на глубину от 5 до 8 м. Установленная в обогревателе паровая игла вдавливается в почву под давлением собственного веса. Погружать иглу в песчаный грунт приходится с применением физической силы рабочих. Проникающий пар размораживает мёрзлую почву и одновременно с этим происходит перемешивание грунта.

Нагретый до 90оС конец иглы смывает разогретую почву, тем самым вызывает интенсивное размораживание почвы. Центр размораживания никак не влияет на температурные изменения вокруг.

Установка свай в оттаявших грунтах обходится в 2 раза дешевле, чем погружение опор в заранее пробуренные скважины.

Одним из недостатков погружения опор в оттаявшую почву является то, что опоры вмерзают по-разному и очень медленно. В справочной информации приводятся таблицы, содержащие приближённое время вмерзания опоры. Благодаря смерзанию сваи с грунтовой заливкой удаётся повысить несущую способность опор на 25 – 30%.

Температурные нормы грунтов для бурозабивных свай

№	Вид пластинчато-мёрзлого грунта	Температура лидерной скважины
1	Пылеватый песок	От 0ºС до – 3ºС
2	Супесь	От 0ºС до – 8ºС
3	Суглинок	От 0ºС до – 1ºС
4	Глина	От – 1ºС до – 2ºС

Особенность возведения свайных оснований на ВГ нуждается в постоянном осуществлении контроля проектной организации всех стадий производства работ с обязательным составлением промежуточных актов приемки работ.

Технология и методы погружения столбов

Установка свай в вечномёрзлом грунте делится на несколько подготовительных операций. Технология возведения основания из буроопускных конструкций выглядит так:

• Подготовительное бурение отверстий;
• Создание амортизационного слоя из песчано-гравийного материала – в отверстие закладывается крупнозернистый песок и утрамбовывается. Затем закладывается мелкий гравий с последующим уплотнением;
• Опускание металлической сваи в подготовленное отверстие с использованием специальной техники;
• Заливка пазух вокруг внешней поверхности опоры раствором цемента с песком или глиной.

Песчано-гравийная смесь утрамбовывается с помощью квадратной детали. Она опускается в отверстие с большой высоты, уплотняя гравийно-песчаную смесь.

На выбор способа погружения деталей в мёрзлую почву влияет комплекс условий, включающий состояние покрытия. В различных ситуациях используются такие способы погружения столбов:

• Механизированный монтаж элементов – при этом методе буроопускные сваи устанавливаются в отверстия с помощью подъёмных механизмов. За счёт привлечения дорогостоящей техники этот способ монтажа не дёшев;
• Установка столбов в предварительно оттаянную почву. Оттаивание осуществляется с помощью использования источника пара или электричества. Это сложный и дорогостоящий метод;
• Установка конструкций в заведомо зауженные предварительно пробуренные скважины бурозабивным методом;
• Забивка деталей без подготовительных работ.

Первые два метода нашли своё применение на твёрдомёрзлых почвах. Технология установки основания дома забивкой обычно используется в пластичной породе. При выборе метода заглубления свай необходимо учитывать особенности, плюсы и минусы каждого метода, а также изучить местные условия на строительной площадке.

Винтовые сваи на вечномёрзлых грунтах

Особо следует обратить внимание на устройство фундаментных оснований на винтовых сваях в условиях вечной мерзлоты. Винтовые опоры давно завоевали популярность в сфере устройства фундаментов для зданий и сооружений в тех местах, где возведение опорных конструкций из других материалов проблематично.

Установка винтовых опор соответствует первому методу проектирования оснований зданий. Сооружения и дома, построенные на винтовых сваях, не соприкасаются с грунтом и поэтому не оказывают теплового воздействия на вечную мерзлоту.

Расчёт свайного основания на винтовых опорах в условиях многолетней мерзлоты практически ничем не отличается от расчёта несущей способности свай в районах средней полосы и южных районов страны. Единственным ограничением для использования винтовых свай являются скалистые грунты, почвы с крупнообломочными включениями.

При вхождении в почву винт сваи может разрушиться о каменистые фрагменты в составе грунта. Поэтому обязательно нужно проводить изыскательские работы, для подтверждения отсутствия таких негативных факторов.

Что такое винтовая опора

Винтовая свая представляет собой цельносварную металлическую трубу с винтовыми лопастями на нижнем её конце. Наконечник сваи для ВГ в корне отличается от обычных винтовых опор. Конец сваи имеет зубчатую коронку, что обеспечивает надёжное прохождение слоёв льда и мёрзлой почвы. Длину сваи определяют из расчёта вхождения конца опоры в однородный по составу грунт на глубину не менее 300мм.

Наконечники винтовых свай для ВГ

Установка винтовых свай

Ввиду особых условий, устанавливают винтовые конструкции только механизированным способом. Механизированная установка представляет собой самоходную платформу с подающей стрелой. Стрела оснащена вращающимся силовым механизмом, в котором закрепляют оголовок винтовой сваи. Под воздействием сил вращения опора ввинчивается в мёрзлый грунт, как штопор в пробку.

Установка винтовых свай механизированным способом

Как видно на снимке, сваи устанавливают на расстоянии друг от друга не более 3 м. Верхние части установленных опор нивелируют под одну отметку. Высоту наземной части свай рассчитывают таким образом, чтобы подполье дома достаточно интенсивно проветривалось. Движение воздушных масс под зданием не даёт проникать в толщу ВГ теплу от постройки.

Несущая способность винтовых опор

Строительная промышленность выпускает винтовые сваи длиной от 2,5 м и более. Размеры диаметров стволов: 58, 89 и 108 мм. По специальному заказу производитель изготовит металлические стойки индивидуальных размеров в соответствии с расчётными данными. В данной таблице указана несущая способность винтовых свай заводского изготовления:

58х2500, мм	89х2500, мм	108х2500, мм
1,6	2,5	3,5
1,4	2,2	3,2
0,3	0,5	0,7
2,8	4,4	6,4

Видео «Расчёт фундамента на винтовых сваях»:

Повышение несущей способности винтовых стоек

Повышают несущую способность металлических опор тем, что внутреннюю полость стволов заполняют бетонным раствором. После срезки верхних частей свай под одну отметку, внутрь стволов заливают жидкий бетон. Во время заливки трамбуют каждый слой раствора толщиной 500 – 700 мм. Для этого внутрь ствола опускают гильзу электрического вибратора.

Заполненная полость ствола опоры бетоном не нуждается в антикоррозионной защите. Внешнюю поверхность опор обрабатывают специальными антикоррозионными составами, предназначенными для эксплуатации в условиях вечной мерзлоты.

Строительство фундамента на буронабивных сваях в условиях вечной мерзлоты

Общие положения регламентируют применение фундамента на висячих буронабивных сваях на территории незасоленных вечномерзлых грунтов, имеющих показатели по льдистости ниже 0,4, вне зависимости от температурных измерений ГОСТ 25100-82, СНиП 2.02.04-88. Под висячими сваями сечения сплошного типа понимаются элементы, изготовленные буронабивным способом на всю проектную длину и передающие нагрузки на грунт боковым ребром и нижним концом.

Важно! Допустимо применение комбинированных висячих свай, нижняя часть которых состоит из монолитного бетона, верхняя – железобетонные сваи промышленного изготовления. Также допускается применение свай-стоек, передающих нагрузку на нижний конец, упираемый в грунты несжимаемого типа.

Рекомендованные условия: работы проводятся круглогодично, посредством устройства свайных фундаментов в предварительно пробуренные скважины путем выкладки бетона и его затвердения методом термоса в контакте с грунтом. ГОСТ 24546-81 регламентирует предварительные проведения контрольных испытаний на уровень статистическую и выдерживающую нагрузку. Показано применение механизмов ударного действия, функции которых не имеют ограничений по мерзлотно-грунтовым условиям и дайне скважин. Для облегчения прохода грунтов с малым содержанием крупноскелетных фракций (до 20 мм диаметра включительно), обязательно использование приборов вращательного бурения.

Как сделать буронабивные сваи в вечномерзлых грунтах:

• Подготовка строительной площадки подразумевает подсыпку гравийно-щебеночного состава для передвижения тяжелой специальной техники. До начала свайно-буровых процессов должны быть закончены все планировочные и земляные работы, произведена разметка свайного поля в соответствии с проектной документацией: оси будущих скважин отмечаются штырями, забиваемыми в грунт. Высота свободной надземной части штыря не допустима менее 15 см от высоты максимальной величины снежного заноса.
• Покрытие подполья строений выполняется из шлама бурового, предварительно обезвоженного, асфальтобетона, железобетона и прочих гидроизолирующих материалов для минимизации риска проникновения влаги из коммуникаций в грунт, засоления свайных элементов и последующей их деструкции.
• Проводимые работы по строительству монолитного плитного покрытия выполняются арматурщиками и бетонщиками типом захватки, при этом обязательно оставлять «гнездо» для пробуривания скважины. Рекомендовано ограждать место бурения деревянным коробом. Обязательным шагом является раскладка арматуры пакетами по направлению хода работ.
• Выкладка бетонной смеси в пробуренную скважину выполняется порционно с обязательным уплотнением.

Столбчатый фундамент

Фундамент столбчатого строения должен оказывать давление на вечномёрзлый грунт равное силе пучения почвы. Выдержать такие условия на строительстве одноэтажных домов практически невозможно. Поэтому возведение таких зданий на столбчатом основании не осуществляют.

На столбчатых опорах строят дома высотой в 2 этажа и более. Основное условие строительства заключается в том, чтобы столбы своим основанием не достигали залегания пластов вечной мерзлоты.

В условиях многолетней мерзлоты на строительстве частных домов хозяева участка зачастую воздвигают столбчатые фундаменты своими руками.

Достоинства столбчатых опор

Взамен дорогостоящего ленточного фундамента возводят столбчатые опоры, которые обвязывают ростверковыми конструкциями.

Применение конструкций столбчатого типа обладает рядом достоинств:

• невысокая стоимость;
• экономия материальных затрат;
• сжатые сроки строительства;
• возможность широкого выбора материалов для изготовления столбчатых опор.

Разновидности столбчатых опор

Столбчатые опоры воздвигают различных видов таких, как:

• кирпичные столбы;
• монолитные бетонные столбы;
• столбы из асбоцементных труб;
• бутовые опоры;

Кирпичные столбы

Кирпичные столбики устанавливают крайне редко.В основном они служат в качестве опорных конструкций для строительства небольших лёгких приусадебных строений. Кирпич из обожжённой глины обладает высокой гигроскопичностью и под воздействием повышенной влажности подвержен эрозии.

Столбчатый фундамент из кирпича

Поверхности кирпичных столбиков нужно обязательно покрывать гидроизоляцией. Столбики оборачивают рубероидом на битумной мастике. Верхние поверхности тоже покрывают рубероидом или толем. Кирпичные столбы возводят на небольшой глубине выше уровня залегания промёрзлых слоёв почвы.

Сложенный столб шириной в 1,5 кирпича образует внутреннюю полость квадратного сечения. Полость заполняют бетонным раствором. Чтобы масса раствора не распёрла стенки столба, заполнение внутреннего объёма опоры производят послойно, перемежая слои раствора и шлама. Толщина каждого слоя должна быть около 300 мм. Слои обязательно подвергают трамбовке.

Для обеспечения связей опор с конструкцией ростверка внутрь столбов помещают арматурный каркас. Каркас делают из трёх продольных стержней периодического профиля. Стержни связывают проволокой с поперечными отрезками арматуры. Выпуски арматуры оставляют такой длины, чтобы обеспечить прочную связь с ростверком.

Кирпичные столбы такой конструкции обладают повышенной несущей способностью и могут служить в качестве фундамента даже для двухэтажных зданий.

Монолитные бетонные столбы

Вместо кирпичной кладки возводят столбы из монолитного бетона. В отличие от кирпичных столбиков возведение железобетонных опор связано с устройством опалубки. Для устройства фундаментного основания используют бетон марки не ниже М 300.

Железобетонные столбы обладают высокими показателями несущей способности.Они могут выдерживать довольно большой вес малоэтажного строения.

Как и кирпичные столбики, железобетонные столбы возводят на уширенной бетонной подготовке.

Работы по возведению монолитных опор производят в следующем порядке:

1. Производят разметку строительного участка. Отмечают реперами центры опор.
2. Выкапывают ямы проектной глубины. На дно насыпают песок и тщательно его трамбуют. На песчаную подушку укладывают бетон толщиной 150 – 200 мм.
3. Внутри ям устанавливают опалубочные щиты с распорками. Опускают арматурные каркасы.
4. Производят заливку опалубки бетонным раствором.
5. Через 28 – 30 дней опалубку демонтируют. Поверхность столбов покрывают гидроизоляцией.

Столбы из асбоцементных труб

Столбчатый фундамент из асбоцементных труб в зонах вечной мерзлоты возводят при условии соблюдения достаточного просвета между низом строения и грунтовым основанием.

При проектировании здания используют первый принцип формирования фундаментного основания. Проём между домом и землёй обеспечивает поддержание температуры воздуха окружающей среды. Этим исключается тепловое воздействие строения на многолетнюю мерзлоту.

Стандартный диаметр труб для фундаментных столбов – 300 мм. Строительная промышленность выпускает асбестовые трубы длиной 6 м и 12 м. Чтобы получить опору нужной длины, её обрезают абразивным кругом. Наращивают трубу с помощью муфты (отрезка трубы большого диаметра).

Для формирования одной опоры нередко используют связку из нескольких труб.

Устанавливают столбчатый фундамент на ВГ следующим образом:

1. В отмеченных местах бурят скважины. Диаметр скважин должен быть таким, чтобы трубы плотно входили в отверстия.
2. Дно скважин засыпают щебнем слоем 300 мм.
3. В отверстия опускают асбестоцементные трубы. Согласно расчётам несущей способности опор внутрь труб помещают арматурный каркас.
4. Трубы заливают бетонным раствором, оставляя выпуски арматуры.
5. Зазоры между стенкой трубы и отверстием заполняют трамбованным песком.

Бутовые опоры

Если рядом со строительным участком можно добыть бутовый камень, то фундамент возводят из бутовых столбов. В зоне вечной мерзлоты столбчатый фундамент делают мелко заглублённым. Столбы возводят из подогнанных камней по размеру и форме, которые скрепляют цементным раствором.

Наряду с вышеописанными видами столбчатых опор, опоры возводят из сборных железобетонных фундаментных блоков. Для частных домов основание из сборного железобетона экономически невыгодно. Возводят такие опоры на строительстве крупных промышленных и гражданских объектах.

Столбчатый фундамент для небольших частных домостроений на ВГ экономит немалые средства застройщиков, которые решили построить дом своими руками.

Методы погружения опор

Перед работой обеспечивают сохранность близлежащих строений, обследуют их. Такое изыскание влияет на выбор способа погружения металлических свай, стоек из бетона, обсадных труб. Иногда усиливают существующие основания, укрепляют грунт. Сваи доставляют на площадку, уже подготовленные к монтажу.

Применяют методы заглубления:

• ударом, забивкой;
• бетонированием обсадных оболочек;
• вибрационным погружением;
• вдавливанием;
• винтовым способом.

Эффективность погружения зависит от правильного выбора материала стоек и грунта.

Ударный

Свае передается поступательная энергия, при этом стойка заглубляется в землю, а часть почвы вытесняется наружу. Работу ведут с помощью ударных агрегатов самоходного или рельсового передвижения. В вертикальной позиции сваю удерживают копры со стрелами.

Первоначальное погружение проходит медленно, контролируют наклон стержня. На верхушку элемента надевают наголовник, чтобы ударная сила не разрушала тело сваи. Стойку заглубляют до достижения проектной отметки. Ударный метод используют на разных видах грунта, при этом работа проходит быстро. Стержни уплотняют почву вокруг себя на расстоянии до двух метров.

Буронабивной

Оболочки бетонируют составами марки от М 100 и выше, одновременно устанавливают продольные стальные стержни внутрь конструкции. Готовность сваи к нагрузке наступает через 28 суток, когда железобетон наберет заданную прочность.

Используют многоразовые трубы секционного типа. Участки опускают в скважину и вынимают после заливки следующего прохода. Секции скрепляют между собой сваркой или делают технологические соединения. Бурят скважины ударным способом, вращением, вибрацией, используют домкраты. Во время бетонирования смесь непрерывно уплотняют.

Вибрационный

Виброагрегаты снижают силу бокового трения и сопротивление почвы, поэтому требуется меньше напряжений. Вибрирование дополнительно уплотняет землю на расстоянии 1,5 – 3,0 сечения сваи и повышает несущие свойства грунта.

Вибропогружатели через наголовник передают стойке автоматические колебания, и погружение свай идет под влиянием веса. Тяжелые стержни погружают на низких частотах, а для легких стержней достаточно высокочастотного воздействия. Метод работает при монтаже во влагонасыщенных и песчаных почвах, плотных слоях, глинистых и суглинистых породах.

Вдавливание

Применяется в очень твердых и плотных слоях (исключение составляют скальные грунты). Вдавливанием заглубляют сплошные свайные элементы и непротяженные трубчатые экземпляры (3 – 3 метров). Стойку фиксируют в вертикальном положении, ствол закрепляют пневматическими зажимами. Наголовник надевают для передачи давления после погружения на 1 метр.

Если стержень не может достичь проектной отметки, его приподнимают специальным оборудованием, опять опускают и продолжают вдавливать в грунт.

Завинчивание

Так заглубляют винтовые свайные стержни, которые включают в конструкции наконечник с лопастными элементами для облегчения вхождения в почву. Сама свая представляет собой железобетонный или металлический ствол. Способ используют при погружении в рыхлых и подтапливаемых землях. Винтовые элементы используют в качестве основания для установки ЛЭП, строительства эстакад, мостов и других объектов со значительной нагрузкой.

Завинчивание применяют в регионах с плотной застройкой, например, в городах, где ударные нагрузки разрушат соседние фундаменты. Специальные агрегаты фиксируют сваю в инвентарной опалубке и передают крутящий момент с помощью трансмиссии на погружаемый элемент. Держатели разжимают стойку после достижения требуемой глубины.

Ленточный мелкозаглубленный фундамент

На вечной мерзлоте допускается возведение мелкозаглублённых монолитных ленточных фундаментов. На таком основании строят небольшие одноэтажные постройки. Кирпичные дома в условиях мерзлоты строят на скальных грунтах.

Надёжность монолитного основания здания определяет долговечность и целостность несущих конструкций. Габариты монолитной ленты определяют расчётом на основе следующих факторов:

• несущая способность верхнего слоя грунтового основания;
• глубина залегания многолетней мерзлоты промерзания;
• толщина деятельного слоя почвы, уровень грунтовых вод;
• сезонные изменения свойств грунта;
• план дома – расположение несущих стен, которые передают нагрузку от веса здания на фундамент;
• расчёт удельной нагрузки на единицу площади строения;
• наличие и доступность материальных ресурсов.

Обоснование возведения монолитной ленты

В условиях отдалённых северных районов страны могут возникать трудности, связанные с отсутствием логистики по доставке сборных железобетонных блоков на строительный участок, поэтому, чаще всего, ленточный фундамент возводят из монолитного железобетона.

Проектирование и расчёт монолитной ленты

При больших объёмах крупных объектов необходимо обращаться к специалистам-проектировщикам. На основе проекта составляется сметная документация и спецификация расходных материалов для возведения монолитного фундамента.

Из проектной документации можно определить, сколько нужно изготовить или заказать бетонного раствора, какой марки. Также производится подсчёт потребности в арматуре, гидроизоляции и прочих сопутствующих материалов.

Этапы работ

Возведение монолитного фундамента в условиях вечной мерзлоты разбивают на несколько этапов. Этапы работ выполняют в следующем порядке:

• подготовительные;
• земляные;
• опалубочные;
• армирование;
• бетонирование;
• уход за бетоном.

Подготовительные

Правильно выполненные подготовительные мероприятия, обеспечивают ритмичное строительство объекта. Мероприятия проводят в следующем порядке:

1. Устраивают подъездной путь к строительной площадке. Дорога должна обеспечить беспрепятственный проезд автотранспорта при любой погоде;
2. На место строительства завозят материалы (цемент, песок, арматуру, доски и брус), инструменты и бетономешалку. Делают необходимый запас воды.
3. Готовят площадку для изготовления опалубочных щитов, устанавливают бетономешалку или ёмкость для замеса раствора вручную.
4. Подводят электрический кабель с устройством электрощита.

Земляные

После окончания подготовительных работ приступают непосредственно к выполнению земляных работ. Снимают плодородный слой грунта. Выемку грунта производят до проектной отметки. Траншеи под ленту роют такой ширины, чтобыбыло удобно производить опалубочные работы.

Устройство подвального помещения увеличивает внешнее воздействие почвы на вертикальную поверхность фундаментного основания. Поэтому монолитную ленту делают шире с более мощным арматурным каркасом.Стенки траншей копают под углом для предотвращения осыпания грунта внутрь рвов.

Основание траншей трамбуют. Если нет возможности применить виброплиту, трамбуют дно рвов вручную колодой. Затем по всему дну траншей насыпают подушку из щебня и песка толщиной слоёв 100 – 150 мм.

Опалубочные

Подготовленные щиты укладывают в траншеи. Щиты изготавливают из досок, строительной фанеры. По возможности берут в аренду многоразовые опалубочные щиты. Важно, чтобы щиты не имели щелей и были надёжно закреплены упорами, распорками и стяжками.

Во избежание протечки жидкого раствора внутренние поверхности опалубки покрывают листами рубероида или полиэтиленовой плёнкой. После демонтажа покрытие оставляют на поверхности монолита в качестве гидроизоляции.

Стыки покрытия делают с напуском в 10 – 15 см. Лучше всего использовать строительную полиэтиленовую плёнку, сделанную из вторичного сырья. Материал толщиной 40 – 60 мкм обладает высокой прочностью.

Армирование

Арматурные каркасы изготавливают из стержней периодического профиля диаметром от 8 до 12 мм. Для поперечных связей применяют гладкие стержни 8 – 10 мм в диаметре.

Каркасы из арматуры скрепляют на строительной площадке вязальной проволокой или сваривают на специальном стенде. Также к арматуре приваривают закладные детали.

Каркасы укладывают в опалубку таким образом, чтобы металл был покрыт бетонным раствором толщиной 30 мм. Для этого ставят различные подкладки из дерева. Делают это с целью создания защитного слоя бетона, не допускающего коррозию металла.

Бетонирование

В опалубку фундаментов небольших зданий заливают бетон марок М 250 – М 300. Готовят бетонный раствор рядом с возводимым основанием здания вручную или с помощью бетономешалки. Если недалеко от строительства находится растворный узел, бетон нужной марки заказывают на предприятии. В назначенное время на площадку прибудет автомиксер.

Заливку опалубки нужно производить непрерывно. Прерывать процесс можно только на 2 – 3 часа. Иначе полученный монолитный фундамент потеряет нужную несущую способность. Во время заливки контролируют горизонтальность поверхности монолитной ленты.

Проектирование и расчёт фундаментов на вечномёрзлых грунтах требуют профессионального подхода, поэтому заниматься этим должны специализированные проектные организации.

Требования к свайным фундаментам в условиях мерзлоты

В северных климатических районах с постоянным промерзанием земляного основания возможно явление морозного пучения грунтов, которое свойственно глинистым и пылеватым почвам. Такое явление выпучивания замерзшего грунта может вызвать неравномерную осадку во время сезонного оттаивания верхнего слоя мерзлой почвы.

Схема устройства свайного фундамента

Чтобы исключить опасность неравномерной просадки здания, а, следовательно, возможного перекоса и опрокидывания несущих конструкций постройки, свайные фундаменты на мерзлых грунтах опускают на большую глубину. Поэтому так важно на стадии проектирования выполнить тщательный расчет величины опускания буроопускных свайных конструкций, учесть весь комплекс действующих геологических и гидрогеологических условий во время сезонного промерзания и оттаивания грунтов основания.

Буроопускные сваи обладают значительной способностью сопротивляться силе морозного пучения грунтов в условиях вечной мерзлоты. Правильное устройство свайного фундамента гарантирует устойчивость, прочность и долговечность всего здания или постройки.

Источник: furnilux.ru