45. Свойства вечномерзлых грунтов.

Из инженерной геологии (геокриологии) известны следующие виды:

1.Сплошная мерзлота.

2.Слоистая мерзлота (деградация сплошной мерзлоты).

3.Островная мерзлота.

4.Линзовая мерзлота.

Мерзлыми называются грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед.

Вечномерзлыми называются грунты, которые в условиях природного залегания находятся непрерывно в мерзлом состоянии

без оттаивания в течение многих лет (условно трех лет и более). Таким образом, "мерзлый" − это состояние грунта.

В зависимости от состава и температурно-влажностных условий грунты подразделяются на твердомерзлые,

пластично-мерзлые и сыпучемерзлые. Твердомерзлые грунты − это крупнообломочные при температуре T<0 ° C и

суммарной влажности w>0,03; пески при T< -0,3 ° C и глины при T< -1,5 ° C. Твердомерзлые грунты прочно

сцементированы льдом и практически несжимаемы, E>100 МПа, разрушаются хрупко. Пластично-мерзлые грунты имеют

более высокую температуру, сжимаются больше, чем твердомерзлые, обладают вязкими свойствами. Сыпучемерзлые −

крупнообломочные и песчаные грунты, льдом практически частицы не сцементированы и их свойства под влиянием

понижения температуры практически не изменяются.

Сопротивление сдвигу мерзлых грунтов, так же, как и грунтов талых, зависит от их вида, состояния, нагрузки и

времени ее воздействия, а также температуры.

Сопротивление сдвигу формируется в основании за счет сцепления, которое снижается при длительном действии

нагрузки. При оттаивании мерзлых грунтов их сопротивление сдвигу резко снижается.

Сжимаемость мерзлых грунтов зависит от температуры, влажности и времени действия нагрузки (рис). При

близкой к нулевой температуре мерзлые грунты могут сильно сжиматься. Сжимаемость оттаивающих грунтов может

значительно превышать их сжимаемость в мерзлом состоянии. При оттаивании льда в мерзлом грунте происходит его

просадка. Осадка бывшего мерзлым грунта после его оттаивания складывается из осадки за счет оттаивания в нем льда и

уплотнения за счет этого скелета, а также за счет дальнейшего уплотнения грунта уже в оттаявшем состоянии.

Осадка оттаивания не зависит от нагрузки, а осадка дальнейшего уплотнения пропорциональна нагрузке.

График изменения высоты слоя мерзлого грунта h от давления p:

1 - сжатие в мерзлом состоянии; 2 - просадка вследствие происшедшего оттаивания при давлении pотт; 3 -

сжатие в оттаявшем состоянии.

Имеются два принципа строительства на вечномерзлых грунтах: I − грунты основания используются в мерзлом

состоянии, которое сохраняется в течение строительства и эксплуатации здания или сооружения, и II − когда в грунтах

основания допускается оттаивание предварительное или в период строительства и эксплуатации зданий или сооружений.

Использование I принципа предпочтительнее

46. Фундаменты на вечномерзлых грунтах .Принципы проектирования.

Существуют два принципа проектирования.

Сохранение вечномёрзлого состояния грунтов.

Этот метод целесообразно применять в тех районах, где:

- М.М.(многолетняя мерзлота) имеет значительную мощность;

- сооружения выделяют значительные количества тепла и не занимают больших площадей в плане.

Расчётно-теоретическое и конструктивное обоснование этого принципа было произведено в конце 20-х годов. Однако по такому методу строили здания ещё раньше (Чита, Иркутск). В настоящее же время этот метод является общепризнанным и универсальным, т.к. позволяет наилучшим образом использовать высокие строительные качества любых мёрзлых грунтов. По этому методу построено много промышленных сооружений и целые города (Норильск).

В результате наблюдений за зданиями, фундаменты которых были возведены по 1 принципу, было установлено, что граница М.М. под зданиями со временем поднимается (отсутствие растительности, солнечной радиации). Это способствует ещё большей устойчивости зданий. Стремясь как можно больше снизить влияния теплового выделения здания на мёрзлые грунты, прибегают к проектированию зданий на столбчатых и свайных фундаментах.

Устойчивость фундаментов определяется из условия:

где Q– нормативная сила, удерживающая фундамент от выпучивания;

N – нормативная нагрузка от веса сооружения;

τ_см – нормативная величина сил смерзания грунта к боковой поверхности фундамента, кг /см²;

q – нормативная нагрузка от веса сооружения и грунта на его уступах;

_с – коэффициент однородности и условий работы.

₁ – коэффициент перегрузки постоянной нагрузки = 0.9;

₂ – коэффициент перегрузки сил пучения = 1.1;

2. Допущение протаивания грунта под зданием (второй принцип строительства).

Осуществляется двумя методами:

а) метод приспособлений конструкций фундаментов и надфундаментных строений к неравномерной осадке оттаивающих грунтовых оснований (конструктивный метод).

Применяется:

температура вечномерзлой толщи грунтов близка к «0°C »;

грунт при оттаивании относительно мало просадочны S ≤ Su (как правило, относится к гравилистым, щебёночным или песчаным грунтам).

Если величина осадок окажется > допускаемых величин, то переходят к:

б) методу предпостроечного оттаивания - уменьшение осадки оттаявших грунтов осуществляется путём предварительного уплотнения под действием собственного веса.

Применяется:

основание сооружения имеет неоднородные по сжимаемости в мёрзлом и талом состоянии грунты;

проектируемое сооружение имеет сосредоточенные избытки тепла (неравномерность оттаивания основания).

Необходимо помнить, что применение того или другого принципа строительства зависит:

от особенностей возводимых сооружений;

геокриологических условий места постройки.

Следует иметь в виду, что строить сооружения надо одним из двух принципов.

Не в коем случае не смешивать эти принципы, как для соседних зданий и сооружений, так и для сооружений, расположенных в одном и том же районе. И особенно это относится для отдельного сооружения.