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.

Оглавление

1. Общие положения

2. Подготовка скважин для погружения свай в вечномерзлые грунты

3. Буроопускной способ погружения свай

4. Опускной способ погружения свай

5.Бурозабивной способ погружения свай

6. Контроль качества и приемка работ

Дата введения	01.02.2020
Добавлен в базу	01.09.2013
Актуализация	01.02.2020

Этот документ находится в:

• Раздел Экология Раздел 91 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СТРОИТЕЛЬСТВО Раздел 91.060 Строительные элементы Раздел 91.060.99 Строительные элементы прочие

• Раздел Строительство Раздел Справочные документы Раздел Директивные письма, положения, рекомендации и др.

Организации:

Разработан	НИИОСП Госстроя СССР
Разработан	ПСМО Норильскстрой
Утвержден	НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР

• СНиП 3.02.01-83Основания и фундаменты
• СНиП II-21-75Бетонные и железобетонные конструкции
• СНиП II-28-73*Защита строительных конструкций от коррозии. Нормы проектирования
• СНиП II-В.9-73Антикоррозионная защита строительных конструкций зданий и сооружений. Нормы проектирования
• СНиП II-18-76Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования
• ГОСТ 18698-79Рукава резиновые напорные с текстильным каркасом. Технические условия
• СНиП III-4-80*Техника безопасности в строительстве
• Показать все

Чтобы бесплатно

скачать этот документ в формате PDF, поддержите наш сайт и нажмите кнопку:

• Сканы страниц документа
• Текст документа

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НИИОСП ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ нмеии Н.М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ имени Н.М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

свая в зависимости от способа их погружения и способа подготовки скважин*

2. ПОДГОТОВКА СКВАЖИН ДНЯ ДОГРУЖЕНИЯ СВАЙ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ

2*1* Ударно-канатное бурение (станками ЕС-I, ВС-IM, УЖ) и др.) заключается в разрушении и измельчении Мерзлого грунта кромками до-дота бурового снаряда, сбрасываемого с высоты 0,5-1 м, ваяивке в скважину воды для получения бурового шлама и удаления из скважины жидкого бурового шлама желонировашгем*

Буренке является калспроизводятельным и трудоемким процессом* поэтому его рекомендуется применять щщ подготовке скважин в вечно-мерзлых грунтах с большим содержанием крушообяоночнйго материала и валунов при подтоке грунтовых вод, при прослойках талого грунта, когда требуется обсадка х в других случаях, когда бодее экономичные я производительные способы бурения неприменимы.

2*2. Качество стенок скважшш при ударно^канатном бурении зависит от состава и температуры пробуриваемых вечномерзлых грунтов* В однородных низкотемпературных грунтах без хрупнообломочнкх включений скважины получаются вертикальными, правильной формы, с ровными стенками* В грунтах с большим количеством кругаообяомочинх включений и валунов скважины могут отклоняться от вертикали, иметь изломы продольной оси, эллиптичность, каверны* На дне скважины обычно остается слой шлама глубиной 15-30 см* Прогрев мерзлых грунтов, прилегающих в стенкам скважины, значительный, в особенности в местах, где встречаются валуны и прослойки гравия и гальки, поэтому при заливке в скважину воду в процессе бурения необходимо регулировать ее температуру с учетом температуры и состава грунта. Оборудование для ударно-канатного бурения предусматривает возможность обсадки как устья, так и ствола скважины.

2.3. Вращательное резцово-шнековое бурение скважин бурильно-крановыми машинами ЕМ-8020, ШК-1501, Ш-2000 ш др. заключается в разрушении мерзлого грунта ре гнием и отчасти сколом и в удалении сравнительно крупных кусков мерзлого грунта механическими способами.

Вращательное бурение является высокопроизводительным, малоэнергоемким процессом, его рекомендуется применять в однородных вечно -мерзлых грунтах с ограниченным количеством крушообломочкого материала.

2.4. Вращательное шарошечное бурение е пневмошнековой системой очистил скважин (станками ЕГС-500, ЕГС-350, НГС-600 к до.) замечается в разрушении * измельчении мерзлого грунта шарошками и удалении разрушенной порода с помощью шнеков» сжатого воздуха. Бурение наиболее эффективно при проходке скважин в твердомерзлых грунтах с содержанием валунов до 5СЙ (размером до 30 см) и гравнйно-галечникових грунтах. Такое бурение как более производительное рекомендуется применять вместо ударно-канатного.

2.5. При вращательном резцово-шнековом я шарошечном бурении скважины получаются вертикальными, правильной формы, с ровными стенками. На дне скважин обычно остается небольшое количество неизвлеченной разрушенной породы. Как устье, тал и ствол скважины при враща -тельном бурении обсаживать можно, но это достаточно трудоемкая операция. Прогрев мерзлых грунтов, прилегающих к стенкам скважин, незначителен и не оказывает существенного влияния на продолжительность вмерзания свай.

2.6. При комбинированном бурении мерзлый грунт разрушается в результате совместного теплового и механического воздействия .

2.7. Комбинированное огневое териомеханхческое бурение термомеханическим буровым станком ТБС заключается в разрушении мерзлого грунта в результате воздействия на забой скважины высокотемпературной газовой струн (800-1400°С), подаваемой со сверхзвуковой скоростью, и механического вращательного воздействия шарошками. Разрушенный, раздробленный и истертый до состояния мелкого песка и пыли грунт удаляется восходящей струей отработанного газа. Огневое термомеханическое бурение скважин под свая на однородных вечномерзлых грунтах с ограниченным количеством крупнообломочного материала является достаточно производительным и может быть сопоставимо с враща -тельным резцово-шнековым бурением. Однако стоимость станков ТБС и их эксплуатации примерно в Ю раз превосходит таковую по сравнению с бурильными машинами вращательного действия (БМ-802С).

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

Особенности погружения

На участках со среднегодовым диапазоном температур на глубине 5–10 м ниже –1,5 0 С при сооружении фундаментов в мерзлых грунтах чаще всего используется технология смерзания опорных стоек со структурой твердомерзлой толщи. Винтовые опоры погружают двумя методами: в предварительно устроенные скважины, либо в заблаговременно оттаявшую породу.

Бурение

Монтаж предполагает разметку территории и бурение с использованием спецтехники или особой установки. Оборудование располагается на шлаковой либо щебневой основе с возможностью оперативного смещения для предотвращения оползания пластов в процессе земельных работ. После устройства скважины ее заливают раствором в объеме, необходимом для заполнения пустот. На следующем этапе производится опускание стойки с последующим вытаскиванием обсадной трубы.

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.

Вечномерзлые грунты: характеристики, свойства

Вечномерзлыми считаются такие грунты, которые находятся в мерзлом состоянии 3-х и более лет, они имеют неустойчивую структуру, при оттаивании подвергаются значительной просадке в результате нарушений природного структурного состояния.

Срез вечномерзлого грунта

Вечномерзлый слой разделяется на две части по вертикали:

Деятельный слой – поверхностный слой мерзлого грунта подвергается частичному оттаиванию во время летнего сезона и снова замерзает с наступлением зимы. Интенсивные процессы оттаивания и замерзания почвы вызывают пучение, что негативно сказывается на устойчивости и прочности зданий, построенных на этом грунтовом основании.

Мощность деятельного слоя зависит от климата местности и геологического состава залегающего грунта, может составлять от 0,3 до 4,0 метров, при этом при продвижении к югу, толщина деятельного слоя значительно возрастает. Наибольшей толщины поверхностный слой достигает в почвах, сложенных их песка и осколочных скальных пород, имеющих открытые поры.

Различают два типа деятельных грунтов:

• Сливающиеся – в условиях зимних холодов почва деятельного слоя промерзает на всю толщину, и смерзается с вечной мерзлотой основания, на которое опирается.
• Несливающиеся грунты – между деятельным грунтовым слоем и вечномерзлым материковым, существует незамерзающая перемычка.

Вечномерзлая толща – этот грунтовый слой принято подразделять на два вида:

• Непрерывная мерзлая толща – состоит из сплошного однородного слоя мерзлого грунта.
• Толща слоистая – представлена прослойками из смерзшихся почв, льдистых включений или слоев, которые размываются подпочвенными водами.

Вечная мерзлота может быть сложена из грунтов любого типа, среди которых наиболее широко представлены основные группы почв. Самый наименьший процент в мерзлотных почвах составляют скальные породы.

Твердомерзлый грунт

По состоянию вечномерзлые грунты принято подразделять на следующие виды:

• Твердомерзлые – этот вид представлен смерзшимся песком, который в замерзшем состоянии приобретает все свойства и характеристики скального грунта.
• Пластичномерзлые – состоят из глинистых пород, которые в результате глубокого промерзания, содержат замерзшую воду, и могут сжиматься при воздействии определенных нагрузок.
• Грунты сыпучемерзлые – эту группу составляют песчаные и гравийные грунты, которые даже в замерзшем состоянии не скованы льдом, находятся в достаточно рыхлом состоянии.

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.

Суть свайно ростверкового фундамента

Конструкция свайного фундамента состоит из ростверка и собственно свай. Цена свайного фундамента гораздо меньше, чем стоимость строительства ленточных монолитных фундаментов.

Такой способ изготовления свай часто используется, когда строительная площадка не позволяет использовать копер или подвозить сваи к месту установки. В частном строительстве чтобы получить в итоге добротный фундамент, рекомендовано применять именно такой тип устройства свай, в частности для сложных грунтовых условий.

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.

Возведение фундаментов в условиях вечной мерзлоты

Для возведения дома используются специальные технологии. На стадии проектирования конструкций сооружения, необходимо предусмотреть такие моменты:

• Разработать меры по снижению износа постройки вследствие деформаций;
• Тщательно рассчитать глубину закладки фундамента;
• Выбрать тип конструкции, учитывая местные особенности грунта;
• Технологический проект по монтажу опор здания, рассчитанный на строительство в сложных природных условиях. Определить метод заглубления деталей.

Независимо от климатических условий, в которых ведётся строительство, в процессе возведения здания требуется соблюдать строительные стандарты и нормы. Особо тщательно контролируется правильность выполнение технологии работ. На вечномёрзлых грунтах строительству домов необходимо уделять еще больше внимания, подбирая соответствующие несущие конструкции постройки.

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.

Морозное пучение

Под морозным пучением принято понимать внутриобъемное деформирование промерзающих грунтов, способствующее увеличению их объема вследствие замерзания в них влаги и образования ледяных включений в виде прослоек и линз. Обратный процесс в момент оттаивания сопровождается осадкой, разуплотнением и, как следствие, снижением несущей способности грунтов. Морозное пучение выражается в неравномерном поднятии деятельного слоя грунта. Возникают напряжения грунта при пучении, что оказывает существенное воздействие на фундаменты и на наземные конструкции зданий.

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.

Особенности установки винтовых свай в многолетнемерзлые грунты

Необходимо произвести предварительный расчет величины заглубления, просчитать степень пучения почвы, осадку при сезонном таянии и другие обстоятельства.

Для погружения свай применяется лидерное бурение шнеком, диаметр которого такой же, как и диаметр самой сваи.

Применение свай со сварным наконечником в таких условиях не рекомендовано. Зачастую используются сваи-стойки.

В условиях многолетнемерзлых грунтов применяют особый вид винтовых свай – с узкими небольшими лопастями. Для талых грунтов возможно применение более широколопастных изделий. Винтовые сваи, предназначенные для погружения в многолетнемерзлые почвы, обладают значительным углом наклона спирали и большее количество витков, но при этом меньший диаметр.

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.

Доступные способы погружения

Особенности погружения свай в мерзлые грунты определяются с учетом конкретной ситуации и текущего состояния почвы. Существует несколько вариантов монтажа винтовых опор:

1. механизированная установка применяется при промерзании до 700 мм и предполагает использование дорогостоящего оборудования или особой грузоподъемной техники;
2. монтаж в лидирующие скважины производится при промерзании более 700 мм с предварительным размораживанием специальными иглами или другими устройствами;
3. забивание свай в скважины меньшего диаметра или без предварительной подготовки замерзшего грунта.

Два первых методы целесообразно применять при устройстве несущей конструкции на участках с твердомерзлой толщей, а третий способ чаще всего задействуют для пластичных типов почвы. При этом в целях максимальной экономии средств и сил следует использовать естественное состояние вечномерзлой структуры без нарушения ее свойств. Если в процессе монтажа производилось предварительное оттаивание, необходимо в кратчайшие сроки восстановить природные свойства пластов. Такой принцип способствует быстрому смерзанию поверхностей стоек с грунтом, позволяя им формировать повышенную несущую способность.

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.

Современные противопучинные технологии.

Одним из действенных современных способов снижения воздействия сил морозного пучения при применении свай для обустройства фундаментов и оснований является применение свай с противопучинными полимерными покрытиями.

С 2011 года на российском рынке присутствует решение от — Противопучинная полимерная термоусаживаемая оболочка ОСПТ «Reline», ТУ 2247-004-75457705-2014 (для металлических свай) и Противопучинное полимерное покрытие ПСПП «Reline» ТУ 20.30.12-001-75457705-2018 (для железобетонных свайных конструкций).

ОСПТ «Reline» представляет собой полимерную термоусаживаемую оболочку, произведенную из радиационно-модифицированного полимера.

ОСПТ»Reline»: остается пластичной даже при глубоком минусе (до -63ºС); не смерзается с грунтом, то есть свая, остается в исходном положении; адгезивный слой обеспечивает прочное сцепление оболочки со сваей, не дает ей сдвигаться по свае (сила касательного сцепления составляет не менее 30 кг/1 кв.см, что превышает силу морозного пучения в десятки раз).

Эффективность ОСПТ «Reline» была подтверждена ОАО «Фундаментпроект» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в рамках проведения лабораторных исследований и натурных испытаний, результатом которых стало подтверждение уникальных качественных характеристик материала, снижение сил морозного пучения было подтверждено в пределах 50-60%. При расчете оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения по СП 25.13330.2012 для свай, покрытых оболочками противопучинными термоусаживаемыми ОСПТ «Reline» к значениям τfh следует применять коэффициент 0,42.

Оболочка ОСПТ «Reline» прошла аттестацию в ПАО «Газпром» и разрешена для применения при строительстве объектов различного назначения. На основании аттестации данные материалы включены в реестр Газпром СтройТЭК Салават.
Одним из крупнейших объектов, при строительстве которых было применено решение ОСПТ «Reline» стал газопровод «Сила Сибири».
В свою очередь, при обустройстве фундаментов и оснований зданий с применением железобетонных свайных конструкций одним из немногих возможных решений, направленных на минимизацию воздействия сил морозного пучения является противопучинное полимерное покрытие ПСПП «Reline».

ПСПП «Reline» (ТУ 20.30.12-001-75457705-2018) — это полимерное износоустойчивое композиционное покрытие на эпоксидной основе, которое используется для защиты бетонных и ЖБ поверхностей, контактирующих с пучинистыми грунтами. Покрытие образует на поверхности сваи прочный водонепроницаемый слой. Это современная альтернатива противопучинистым смазкам, которые стираются с поверхности и смещаются при многочисленных циклах оттаивания-замерзания грунта. ПСПП «Reline» может применяться как самостоятельное покрытие, так и с финишными красками, в том числе для защиты от УФ. Немаловажным плюсом ПСПП «Reline» является возможность нанесения на заглубленные ж/б фундаменты сложной формы, что позволяет не только значительно снизить воздействие деструктивных сил морозного пучения, но и предотвратить проникновение влаги через поры поверхности к металлической арматуре, что существенно продлевает срок эксплуатации фундамента.

Нанесение ПСПП «Reline» возможно как методом безвоздушного распыления с раздельной подачей подогреваемых компонентов — для заводских условий, так и кистью или валиком в трассовых условиях.

Рекомендации по устройству свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку “Купить” и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО “ЦНТИ Нормоконтроль”

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

• Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
• Курьерская доставка (7 дней)
• Самовывоз из московского офиса
• Почта РФ

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников организаций, занимающихся проектированием и строительством фундаментов на вечномерзлых грунтах и распространяются на устройство свайных фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов основания при условии, что грунты основания используются в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации здания или сооружения.

• Заменяет РСН 14-62
• Заменяет РСН 41-72

Рекомендации составлены в развитие глав СНиП II-18-76 “Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования” и СНиП 3.02.01-83 “Основания и фундаменты. Правила производства работ”

Особенности погружения

На участках со среднегодовым диапазоном температур на глубине 5–10 м ниже –1,5 0 С при сооружении фундаментов в мерзлых грунтах чаще всего используется технология смерзания опорных стоек со структурой твердомерзлой толщи. Винтовые опоры погружают двумя методами: в предварительно устроенные скважины, либо в заблаговременно оттаявшую породу.

Бурение

Монтаж предполагает разметку территории и бурение с использованием спецтехники или особой установки. Оборудование располагается на шлаковой либо щебневой основе с возможностью оперативного смещения для предотвращения оползания пластов в процессе земельных работ. После устройства скважины ее заливают раствором в объеме, необходимом для заполнения пустот. На следующем этапе производится опускание стойки с последующим вытаскиванием обсадной трубы.

Оттаивание

Чаще всего размораживание реализуется с применением паровых игл, нижняя часть которых перфорирована. Горячая среда, подаваемая под давлением 0,6 ±0,2 МПа из острия инструмента, разжижает замерзшую породу до текучей консистенции, куда постепенно погружается игла.

Источник: furnilux.ru