47. Фундаменты в условиях морозного пучения. Конструкции фундаментов в вечномерзлых грунтах.

Под морозным пучением грунтов подразумевается их свойство при определенном сочетании гидротермических условий в пределах сезонного промерзания увеличиваться в объеме под действием сил кристаллизации льда при фазовых превращениях, содержащейся в грунте дополнительно воды к кристаллам льда. Внешнее проявление этого свойства грунтов заключается в неравномерном поднятии дневной поверхности за счет образования ледяных включений.

В зависимости от гранулометрического состава, природной влажности, глубины залегания уровня грунтовых вод и расчетной глубины промерзания грунтов грунты подразделяются на пять разновидностей: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые, условно непучинистые и непучинистые. Так, пылеватые супеси, суглинки и пылеватые глины пластичной консистенции при расположении уровня грунтовых вод в слое сезонного промерзания или ниже нормативной глубины промерзания в супесях не более чем на 0,5 м, а в суглинках и глинах не более 1 м относятся к наиболее морозоопасным сильнопучинистым грунтам.

К среднепучинистым относятся пески пылевые, супеси, суглинки и глины с природной влажностью, превышающей показатель консистенции 0,5, при стоянии уровня грунтовых вод, превышающем нормативную глубину промерзания в пылеватых песках не более чем на 0,6 м, в супесях – не более чем на 1 м, в суглинках – не более чем на 1,5 м и в глинах – не более чем на 2 м, по степени морозной пучинистости.

К группе слабопучинистых грунтов относятся пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины тугопластичной консистенции, а также крупноблочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при стоянии уровня грунтовых вод, превышающем нормативную глубину промерзания: в пылеватых и мелкозернистых песках не более чем на 1 м, в супесях – не более чем на 1,5 м, в суглинках (с числом пластичности меньше 0,12) – не более чем на 2 м, в суглинках (с числом пластичности более 0,12) – не более 2,5 м и в глинах (с числом пластичности меньше 0,28) – не более чем на 3 м.

К практически непучинистым относятся: крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые и все виды глинистых грунтов твердой консистенции с природной влажностью в период промерзания меньшей, чем влажность на границе раскатывания при уровне грунтовых вод ниже нормативной глубины промерзания: в крупнообломочных, пылеватых и мелкозернистых песках более чем на 1 м, в супесях - более чем на 1,5 м, в суглинках (с числом пластичности меньше 0,12) – более чем на 2 м, в суглинках (с числом пластичности более 0,12) на 2,5 м и в глинах с числом пластичности меньше 0,28 – более чем на 3 м. Эта классификация грунтов по степени морозной пучинистости включена в стандарт для проверки устойчивости фундаментов на действие сил морозного пученния грунтов оснований.

При определении степени морозной пучинистости грунтов следует в основном ориентироваться на их природную влажность и положение уровня стояния грунтовой воды на период, соответствующий началу промерзания грунта.

Скальные, крупнообломочные грунты, содержащие менее 30 % по массе частиц диаметром < 0,1 мм, пески гравелистые крупные и средней крупности независимо от их природной влажности и уровня залегания грунтовой воды относятся к непучинистым грунтам.

Если происходит промерзание грунта, то он примерзает также и к боковой поверхности фундамента, поэтому,

увеличиваясь сам в объеме, стремится вытолкнуть фундамент кверху. На фундамент в этом случае действуют касательные

силы морозного пучения (рис)

Проявление сил морозного пучения грунта:

а - слой промерзания заканчивается выше подошвы фундамента; б - грунт промерзает ниже подошвы

фундамента:

1 - дневная поверхность DL; 2 - фундамент; 3 - направление перемещения влаги к фронту промерзания; F

1 -касательные силы морозного пучения; F

2 - нормальное давление морозного пучения; T - температура, ° C

Наибольшее распространение получили свайные фундаменты. На насыпях и подсыпках применяются столбчатые

фундаменты. Глубина заделки свай в вечномерзлые грунты должна быть не менее 2 м.

Вечномерзлые грунты обладают большой прочностью, поэтому забивка свай возможна только в пластично-мерзлые

грунты. Применяются следующие виды устройства свай:

1) бурозабивные − забиваются в предварительно пробуренные лидерные скважины, имеющие поперечное сечение

чуть менее, чем у свай;

2) буроопускные − поперечное сечение скважины более, чем у сваи. В этом случае скважину выбуривают, а затем

заполняют грунтовым раствором и опускают сваю. Она вмораживается в грунт;

3) опускные сваи − сначала оттаивают грунт паровой иглой, спускают сваю, затем она вмерзает в грунт.

В пластично-мерзлых грунтах лидерная скважина может выбуриваться, а может осуществляться виброопусканием

трубы, служащей для извлечения грунта.

Далее устраивается ростверк − часто высокий, тогда получается теплоизоляция за счет воздуха. Могут устраиваться

сваи-колонны.

Уменьшить влияние сил трения можно следующим образом:

Осушение грунтов с помощью дренажа, отвод поверхностных вод, утепление грунтов около фундамента. Покрытие

боковой поверхности фундаментов незамерзающими обмазками, применение обсыпок из слабопучинистых грунтов