книги из ГПНТБ / Малоэтажные полносборные индустриальные здания разработки по материалам исследований Амдерминской подземной лаборатории (сборник научных трудов)
..pdfЛЕНИНГРАДСКИЙ ЗОНАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ
ТИПОВОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ( ЛЕНЗНИИЭП) ГОСГРАЖДАНСТРОЯ
МАЛОЭТАЖНЫЕ
ПОЛНОСБОРНЫЕ
ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ
ЗДАНИЯ
РАЗРАБОТКИ ПО МАТЕРИАЛАМ ИССЛЕДОВАНИЙ
АМДЕРМИНСКОЙ ПОДЗЕМНОЙ ЛАБОРАТОРИИ
(сборник научны х трудов)
ОТДЕЛ НАУЧНО—ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
ИОБОБЩЕНИЯ ОПЫТА ЛЕНИНГРАД 1974
уда 69(211-17):728.I8s728.7Is69.032.6
Гео. пу5л.:ч:гя
Иаучио-т. |
■ ' |
r f ’ 5 |
lIa |
f |
s ’;; -■ .vwrr : |
. -_j |
В сборнике помещены результаты работ,а так
же материалы по |
обобщению опыта |
проектирования |
и строительства |
на Крайнем Севере |
легких зданий |
с применением стали, алюминия и эффективных ма териалов. Работы выполнены сотрудниками Отдела исследований инженерных сооружений в Арктике.
Публикуемые статьи могут представлять инте рес для широкого круга инженеров и научных ра ботников, занятых исследованиями,проектировани ем и строительством на Крайнем Севере, особенно в труднодоступных его радонах.
© Ленинградский зональный научно-иссле довательский и проектный институт типово го и экспериментального проектирования хилых и общественных зданий, 1974.
2 5 Л Е Т И С С Л Е Д О В А Н И Й В П О С Е Л К Е А М'У;Е.Р Ц/А*'
Ю.Я. В е я л и
Начало планомерным исследованиям в Амдерме положила орга низация базы для исследовательских работ по изучению вечномер злых грунтов как оснований покрытий и сооружений.
До этого на арктическом побережье были попытки организации постоянных исследовательских баз, в частности в пос.Тикси и Диксон. Они сыграли известную положительную роль в выяснении отдельных факторов работы сооружений, в изучении динамики из менения температурного режима грунтов оснований, но существо вали недолго и, в конечном счете, были ликвидированы.
Целью исследований в Амдерме являлось изучение в полевых условиях, на моделях и в лаборатории работы зданий и сооруже ний в целом и их конструктивных элементов с организацией при этом полигонов, использованием построенных сооружений и осуще
ствлением опытного |
строительства. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Н а |
п е р в о м |
э т а п е |
|
(1950 |
- |
1954 |
г г .) |
усилия |
|||||||
исследователей |
были сконцентрированы |
на выполнении комплекса |
||||||||||||||
работ |
по изучению различного рода конструкций покрытий |
аэро |
||||||||||||||
дромных сооружений, |
|
выбора наиболее |
|
экономичных |
|
и технически |
||||||||||
эффективных их типов |
для |
массового |
строительства. |
Примерно в |
||||||||||||
2,5 |
км |
от пос.Амдерма был устроен полигон, |
где |
|
были |
созданы |
||||||||||
и в |
течение более |
четырех лет |
исследовались |
различные |
конст |
|||||||||||
рукции |
насыпных сооружений. |
В |
ходе |
|
испытаний |
были проверены |
||||||||||
три группы насыпных сооружений» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
- многослойные |
|
(тип |
"А") |
и однослойные |
(тип Т " ) насыпи, |
||||||||||
создающие термоизоляционный |
слой |
над основанием, |
защищая его |
|||||||||||||
от |
протаивания |
(пассивная |
защита оснований); |
|
|
|
|
|||||||||
|
- насыпи |
с дополнительным |
охлаждением |
грунтов оснований |
||||||||||||
за |
счет |
аккумулирования |
зимнего |
холода |
с |
помощью эвтектиче |
||||||||||
ских растворов |
(тип |
|
"К"). |
В качестве |
последних использовались |
3
оернокиолый магний и хлористый натрий. Предполагалось, что ле
том при оттаивании ими долее* |
выделяться холод который и бу |
||||
дет способствовать поддержанию в мерзлом состоянии |
окружающе |
||||
го грунта: |
|
|
|
|
|
- наоыпи |
о дополнительным |
охлаждением |
грунтов |
за |
очет |
принудительной |
циркуляции охлажадающих раотворов по |
специально |
|||
уложенным трубам (тип "Ф"). При этом проверялось до |
14 разно |
||||
видностей наоыпей (®j - Ф24) , отличных в конструктивном |
отно |
||||
шении. Одновременно устанавливался различный режим работы |
ох |
||||
лаждающих уотройотв и отрабатывалась методика |
термоконтроля. |
Научное руководство работами осуществлялось Б.Н. Филиппо вым. В их выполнении принимали активное учаотие Л.И. Федоров, (начальник экопедиции), Н.И.Митрофанов, В.П.Дзершкович.В.А.Ве селов, Б.В.Брунштейн, Б.А.Дерюгин, П.В.Александров и другие.
Для размещения личного ооотава исследователей было по строено два жилых одноэтажных деревянных дома, возведено так
же производственное здание электрохолодильной отанции и оклад о м е помещения.
В результате исследований было установлено, что конструк ции типа "К" в предложенном виде непригодны для практического
применения; основания под ними протаяли, сами конструкции пре
терпели катастрофические деформации. Наибольшей термической |
и |
||||||
механической устойчивостью обладают опытные конструкции |
типа |
||||||
"Ф", где применено искусственное поддержание мерзлого |
состоя |
||||||
ния грунтов основания. Одновременно установлен режим |
наиболее |
||||||
рациональной работы холодильной установки в течение года |
при |
||||||
менительно |
к разновидностям |
конструкций наоыпных |
сооружений |
||||
этого типа. |
|
|
|
|
|
|
|
Положительные результаты |
дало |
применение иокуоотвенного |
|||||
охлаждения |
основания опытного |
здания |
размером 7 ,9 |
х 12,9 |
м |
в |
|
плане; нулевая изотерма здесь не оцуокалаоь ниже 54 см от |
|
по |
|||||
верхности грунта. |
|
|
|
|
|
|
|
Большое значение для организации проведения |
иооледований |
||||||
и взмоканий |
в Арктике имела разработка методики |
термоизмере |
ний, в частности, ооздание датчиков, измерительных моотов, со вершенствование метода дистанционного замера температур*
Технические и экономические данные, подученные |
в ходе |
обработки результатов первого этапа иооледований в |
Амдерме, |
•4
обосновали и открыли широкую перспективу |
применения |
в строи |
||||||||
тельстве |
аэродромов |
и дорог |
конструкций |
насыпей |
|
с искусст |
||||
венным |
охлаждением, |
а |
также |
мерзлотных |
завес |
в |
плотинах и |
|||
портовых |
сооружениях. |
|
|
|
|
|
|
|||
В т о р о й |
э т а п |
исследований (1954-1958 |
г г .) в об |
|||||||
ласти |
насыпных сооружений |
характеризуется |
переходом к испыта |
|||||||
ниям натурных |
сооружений |
и разработкой ряда теоретических по |
||||||||
ложений. |
Велись широкие |
наблюдения |
за основанием |
аэродромных |
||||||
покрытий, |
глубиной |
их протаивания, |
образованием |
трещин в по |
крытии, за температурой поверхности покрытий, за режимом рабо ты конструкций и оснований автодорог и дамб, а также водопро пускных труб как деревянных, так и железобетонных. Инж.Шейни ным П.Б. и Томирдиаро С.З. разработаны теоретические расчеты глубины и времени протаивания однослойных и многослойных насы пей;, определен коэффициент конвективного теплообмена поверх ности насыпи с гладким покрытием.На этом этапе были предприня ты попытки организации наблюдений за работой отдельных здании.
Под |
руководством |
начальника мерзлотной |
станции |
Криволапо- |
ва К.Г. |
в 1953-1954 |
г г . были выполнены работы по |
определению |
|
глубины |
протаивания |
грунта под внутренними |
стенами двух жи |
лых зданий (й 4 и 10) в пос.Южный и организованы температурные
замеры |
в шахтных выработках |
с целью определения |
возможности |
|||||||||
создания в них лаборатории холода. |
|
|
|
|
|
|||||||
В |
1955-1957 |
г г . |
коллективом |
сотрудников (Шейкин И .В .- на |
||||||||
чальник |
станции |
, |
Томирдиаро |
С.В ., |
Двинянинов А .С., |
Новичко |
||||||
ва Ю.Д., |
Дерюгин Б .А ., |
Медведев |
В.А. и др.) |
организуются |
на |
|||||||
блюдения |
за температурой |
грунтов |
основания |
и осадками зданий |
||||||||
ряда |
деформирующихся объектов: |
трансформаторная |
подстанция, |
|||||||||
плавильная печь битумо-щебеночного |
завода, |
центральная |
ко |
|||||||||
тельная, |
жилой дом № 2, |
детские |
ясли. Проводятся замеры тем |
|||||||||
ператур |
в основании водоемов и водотоков с целью установления |
|||||||||||
влияния |
воды на температурный |
режим мерзлых грунтов. |
На осно |
ве первоначальных наблюдейий выполняются теоретические раз работки по применению гармонического метода к определению тем пературного поля под зданиями и максимальной глубины заложе ния фундаментов (инж.Шейкин И .В .), к расчету максимальных тем ператур вечномерзлых прогретых оснований под тепловыделяющими зданиями с подпольями и без них как при стационарном, так и нестационарном режимах (инж.Томирдиаро С.В. и Шейкин И .В .).
5
Т р е т и й |
э т а . , |
даваний начавшийся в 1958 г . , |
тесно связан |
с созданием |
в Ленинграде специализированного на |
учно-исследовательского подразделения по выполнению ряда работ
для Арктики. |
Амдерминская мерзлотная станция, |
преобразованная |
|||||||
впоследствии |
в |
лабораторию, |
с самого |
начала |
входит |
в состав |
|||
этого |
подразделения, |
выполняющего теоретические разработки и |
|||||||
руководящего исследованиями в Амдерме. |
Соответственно изменя |
||||||||
ется |
и характер |
работ - основным их |
направлением становится |
||||||
исследование зданий и сооружений. |
|
|
|
|
|||||
Новые задачи потребовали создания и новой, расширенной ла |
|||||||||
бораторной базы. |
|
|
|
|
|
|
|
||
В I959-I96I |
г г . |
в Амдерме |
на глубине |
14 |
м создается под |
||||
земная |
лаборатория |
по исследованию свойств |
грунтов |
и испыта |
нию моделей фундаментов, в том числе свайных, и других элемен
тов конструкций |
зданий. |
|
|
|
|
В 1965 |
г . |
вводится |
в строй опытное |
здание |
- лаборатория |
из алюминия и эффективных материалов. |
|
|
|||
В 1966-1967 |
г г . восстанавливается 2-этажное |
здание в Южном |
|||
поселке, |
куда |
и перебазируется основной |
состав |
лаборатории и |
|
подсобных служб. В этот же район в 1968 г . |
перевозится опытное |
||||
здание. Создаются полигоны для испытаний свай. |
|
||||
В 1969 |
г . построено |
деревянное здание |
надшахтной лаборато |
||
рии. |
|
|
|
|
|
База исследований усиленно пополняется оборудованием, при борами, транспортом, вспомогательными материалами и помещени ями. К работам на базе были привлечены новые кадры, часть из которых имела специальную научную подготовку (аспирантуру).
Начальниками базы в этот период были тт. Несслер И.А., Гришин П.А., Карпов В.М. и Маков Ю.М. Большой вклад в органи зацию выполнения исследований внесли тт . Васьковский А.П., Новичкова Ю.Д., Иванов В .Н ., Аксенов В .И ., Тихонов В.П ., Мо лочников А .Д., Кравчук И.И., Артемов З .П ., Романов А.А., Мар-, ков В .Н ., Маркова Е .А ., Кравченко О .Г ., Вязьменская Н.М. и др.
Технически работы обеспечивали: тт.Медведев В .А ., Кривей-, ко А.П., Ермишев М.К., Вишневский И.В., Прудникова А.А., Рожанчук Л.Н ., Ланцова Н.И., Городилов В .А ., Фирсов И.И., На тяжно И.А., Кисель А.А., Саенко Е .К ., Лепинских Г.В. и др.
Научное руководство работами мерзлотной станции (лабо ратории) осуществлялось канд. техн. наук Велли Ю.Я.
6
В разработке |
методики |
и руководстве |
работами по |
отдельным |
|||||||||||
темам активное участие принимали д-р техн. наук Докучаев В .В ., |
|||||||||||||||
ин*. Костров А.И., канд. техн. наук |
Гришин П.А. |
и канд. |
техн. |
||||||||||||
наук Маркин К.Ф. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Следует отметить |
большую научно-техническую помощь, |
ока |
|||||||||||||
занную в работе лаборатории кафедрами ЛИСИ: оснований и фунда |
|||||||||||||||
ментов |
(рук. д-р те-н . |
наук проф.Далматов Б .И .), |
строительной |
||||||||||||
физики |
(рук. канд, |
?ехн. наук Оборин Л.И.) |
и городского |
стро |
|||||||||||
ительства и хозяйства (рук. д-р техн.наук проф. Федоров Н .Ф .). |
|||||||||||||||
Следует |
особо отметить |
личный вклад |
канд. |
техн. |
наук Морарес- |
||||||||||
кула Н.Н. и инк. Быстрова В.И. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Выполненные |
на |
этом этапе работы по тематике |
мохно сгруп |
||||||||||||
пировать в следующие направления. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
I . |
Исследование свойств засоленных |
и сильнольдистых мерз |
|||||||||||||
лых |
грунтов |
арктического побережья. |
Исследования в |
этом |
|
на |
|||||||||
правлении были вызваны отсутствием |
данных |
|
о прочностных свой |
||||||||||||
ствах мерзлых засоленных грунтов, |
недооценкой их при проекти |
||||||||||||||
ровании |
и, |
как |
следствие, |
многочисленными |
деформациями |
зда |
|||||||||
ний, возведенных на этих грунтах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Были проведены |
как мгновенные, |
|
так и длительные опыты по |
||||||||||||
определению величины эквивалентного |
сцепления, сжимаемости |
и |
|||||||||||||
сопротивления сдвигу этих грунтов, |
в широком диапазоне |
полу |
|||||||||||||
чены данные |
о температуре |
их замерзания, |
разработана методика |
||||||||||||
определен”а |
общей засоленности грунтов. |
В |
ходе |
исследований |
|||||||||||
разработа! г |
одно- |
и |
двухсрезные |
сдвиговые приборы, |
полевые |
||||||||||
приборы "в.-амп - штанга" и др. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Опыты, |
выполненные в лаборатории |
и в |
натурных условиях, а |
||||||||||||
также |
на моделях фундаментов при различных разновидностях |
за |
|||||||||||||
соленных грунтов (суглинков, супесей |
и песков), |
позволили |
|||||||||||||
установить зависимости сопротивления их сдвигу от температуры, |
|||||||||||||||
степени |
засоленности, |
влажности, |
гранулометрического состава |
||||||||||||
грунта, |
а также |
от |
материала фундаментов, |
внешней пригрузки. |
Установлены нормативные сопротивления нормальному давлению н сдвигу засоленных мерзлых грунтов по боковым поверхностям фун даментов. Полученные в ходе исследований данные'опубликованы в материалах всесоюзных конференций н в справочных пособиях. На нх основе разработаны и введены в действие Госстроем СССР
"Указания по проектированию оснований н фундаментов на засо ленных н сильнольдистых вечномерзлых грунтах (СН 450-72)".
7
В настоящее время продолжаются исследования но уточнению этих данных, но основные усилия направлены на изучение физико механических и теплотехнических свойств сильнольдистых грунтов В частности, получены уже зависимости их прочности смерзания, эквивалентного сцепления от температуры, влажности и других факторов.
2. Исследование работы подполий зданий. Были проведены многолетние, весьма трудоемкие наблюдения за температурой воз
духа |
в различных точках подполья и грунта основания, |
а |
также |
||||||||
за распределением воздушных потоков, |
и |
замеры скоростей |
воз |
||||||||
духа в пределах подполья |
и вне |
его . |
В |
качестве объектов |
на |
||||||
блюдения были выбраны жилые и |
общественные |
здания различного |
|||||||||
назначения |
с разным режимом проветривания |
подполий, |
а |
также |
|||||||
производственные здания |
с наличием |
локальных источников |
боль |
||||||||
шого |
тепловыделения. |
Установленные |
в ходе исследований за |
||||||||
кономерности позволили создать общий метод расчета подполий |
и |
||||||||||
установить |
особенности расчета |
при наличии |
локальных источни |
||||||||
ков |
тепловыделения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Исследования |
температурного |
режима грунтов тепловыде |
ляющих зданий. Цель исследований - |
проследить |
изменение |
темпе |
ратурного режима грунтов оснований |
тепловыделяющих зданий раз |
||
личного назначения, а также влияние |
застройки |
территории |
в це |
лом. |
Были организованы |
многолетние наблюдения за |
температурой |
|||||||||||||
грунтов |
оснований |
более |
десяти |
зданий, |
|
а |
также |
на |
площадках - |
|||||||
между зданиями |
в |
поселке |
и в |
тундре |
с |
замерами |
температур |
не |
||||||||
менее трех раз в месяц. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Анализ данных замеров |
позволил установить |
закономерности |
|||||||||||||
изменения минимальных, |
максимальных |
и среднегодовых |
темпера |
|||||||||||||
тур |
грунта |
по |
глубине |
и амплитуды их колебаний, |
роль |
средне |
||||||||||
годовой |
температуры грунта как |
критерия |
теплового |
влияния |
||||||||||||
зданий, разработать рекомендации по |
|
установлению расчетной |
||||||||||||||
температуры |
грунта |
.для |
проектирования мероприятий по сохране |
|||||||||||||
нию грунта |
в мерзлом состоянии |
и методику прогнозирования из |
||||||||||||||
менений |
температурного |
|
режима |
основания |
при |
|
эксплуатации |
|||||||||
зданий. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 . Испытание свай, |
заглубленных в вечномерзлый грунт. Ис |
||||||||||||||
пытания |
металлических |
трубчатых |
свай |
диаметром от |
132 |
до |
||||||||||
325 мм |
и |
длиной |
от 4,5 |
м и более проводились на опытных пло |
||||||||||||
щадках-полигонах неоднократно» |
в I958-I96I г г . |
в 19б4-196бгг |
8
Сваи испытывались на действие как горизонтальных, так и верти кальных нагрузок при различных способах их погружения (пропа риванием и в предварительно пробуренные скважины). В ходе ис пытаний устанавливалось время восстановления температурного режима вокруг сваи, учитывалась глубина заделки сваи в вечно мерзлые грунты, определялась работа острия свай. Были получены данные о величинах сил смерзания•свай с грунтом при переменной величине температуры,а также отрабатывалась методика производ ственных испытаний свай.Полученные данные явилась хорошей про веркой теоретических положений и позволили усовершенствовать методы расчета свай, заглубленных в вечномерзлые грунты.
В 1967-1970 г г . были проведены полевые испытания термосвай (сваи Лонга - трубчатые металлические сваи, заполненные пропа ном или аммиаком). При этом была отработана методика заполне ния свай газом, контрольная аппаратура и получены весьма инте
ресные |
и ценные практические данные |
о режиме охлаждения грун |
|||||||||||
та вокруг |
свай |
и о процессах, |
происходящих в |
самой термосвае. |
|||||||||
Работа |
выполнялась |
в |
содружестве |
|
с Ленинградским институтом |
||||||||
холодильной промышленности |
и позволила рекомендовать этот |
тип |
|||||||||||
свай к широкому применению в практике строительства. |
|
||||||||||||
5. |
Натурные исследования |
существующих и строящихся гидро |
|||||||||||
технических |
сооружений. |
Сотрудники |
мерзлотной лаборатории |
в |
|||||||||
течение |
ряда |
лет |
(в 1956-1958 |
г г . |
и затем |
в |
1964-1971 |
г г .) |
|||||
вели |
планомерные |
наблюдения |
за |
плотинами |
в |
Амдерме и Тикси |
|||||||
и причалами |
в Певеке |
и Амдерме |
с замерами |
температур грунта |
|||||||||
тела |
и |
основания |
сооружений |
и |
контролем работы холодильных |
устройств. Полученные данные позволили проверить эффективность
и техническую пригодность |
запроектированных |
и построенных |
в |
||||||
Арктике |
гидротехнических |
сооружений. |
|
|
|
||||
6 . |
Теплотехнические |
|
исследования |
ограждающих конструкций |
|||||
зданий |
в Арктике. |
В' 1958-1960 г г . |
был выполнен комплекс |
ис |
|||||
следований |
температурно-влажностного режима |
и теплотехничес |
|||||||
ких свойств |
|
ограждающих |
конструкций |
зданий |
из беспесчаного |
||||
бетона. |
При |
обследовании зданий технического |
состава и дет |
||||||
ских яслей |
были получены |
фактические данные |
о сопротивлении |
||||||
теплопередаче |
стен |
из |
беспесчаного бетона, |
о распределении |
|||||
влаги в |
их пределах |
и |
величине инфильтрации |
через перекрытия |
и стены. Проведен анализ и сравнение полученных данных с тре бованиями проекта.
9