74Свая
на вечномерзлом грунте
Преснов Олег Михайлович
кандидат технических наук, доцент, Сибирский федеральный университет, [email protected] Иванова Людмила Алексеевна
кандидат технических наук, доцент, Сибирский федеральный университет, [email protected] Бычковская Снежана Игоревна
студент, кафедра гражданского и промышленного строительства, Сибирский федеральный университет, [email protected]
Ломова Дарья Андреевна
студент, кафедра гражданского и промышленного строительства, Сибирский федеральный университет, [email protected]
При строительстве многоэтажных зданий самым сложным и ответственным этапом является установка фундамента. Для решения данной задачи чаще всего используют свайные фундаменты из-за их высокой прочности и экономичности. Однако, во время установки свайного фундамента возникает множество проблем, которые требуют высокой квалификации ведения свайных работ. Погружение свай в многолетне-мерзлые грунты требует дополнительных операций, использования дополнительного оборудования, увеличения трудоемкости, продолжительности, а значит и стоимости работ.
В статье анализируются основные проблемы при строительстве свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах, а также пути решения этих проблем с использованием свай, описанной в патенте Российской Федерации № 2018146724 на изобретение «Свая, возведённая в вечномёрзлом грунте» по классу E02D 27/35, заявленном 25.12.2018 года и опубликованном 24.06.2019 года ^ 2 692 394
Ключевые слова: вечномерзлый грунт, свая, сдвиг, сжатие, смерзание, свая-оболочка, трубчатый арматурный каркас.
При строительстве многоэтажных зданий во все времена было и остается самым сложным и ответственным этапом - установка фундамента. Для решения данной проблемы чаще всего используют свайные фундаменты из-за их высокой прочности и экономичности. Однако, во время установки свайного фундамента возникает множество проблем, которые требуют безотлагательного решения и высокой квалификации ведения свайных работ.
Издревле люди обустраивают свои жилища не только в теплых регионах, но и на территории Крайнего Севера, где очень сложные климатические условия. И в данном случае актуальным является возведение свайных фундаментов, которые должны соответствовать требованиям установки и дальнейшей эксплуатации в таких сложных погодных условиях.
Погружение свай в многолетнемерзлые грунты требует дополнительных операций, использования дополнительного оборудования, увеличения трудоемкости, продолжительности, а значит и стоимости работ.
Вечная мерзлота широко распространена на территории Российской Федерации. Как правило, они залегают на глубине от 0,5 до 4,5 м, а толщина слоя колеблется от нескольких метров до 1,5 км и более.
При проектировании и строительстве фундамента на такой основе необходимо учитывать ряд особенностей, присущих как самому ММГ, так и расположенному над ними активному слою.
В нижележащем слое ММГ могут происходить следующие процессы, которые могут необратимо сказаться на фундаментах возводимых зданий:
- колебания температуры в верхнем слое многолетнемерзлых грунтов с сливающимся активным слоем;
- образование морозных трещин и клиньев льда. Этот процесс начинает развиваться в активном слое почвы из-за колебаний температуры, но продолжается в вечной мерзлоте: весной вода через морозные трещины попадает в ММГ и промерзает, образуя клинья льда;
- увеличение глубины оттаивания за счет увеличения застроенной площади на определенной территории, и, как следствие, увеличение количества тепла, возникающего в результате бытовой и производственной деятельности человека.
- возникновение проседания термокарста в результате интенсивного плавления ММГ. Этот процесс может быть вызван проникновением в почву даже незначительного количества тепла, при этом величина проседания может достигать нескольких метров. Например, если мерзлота находится у основания массивного фундамента, она может таять неравномерно. Это связано с повышенным тепловым потоком в грунте через фундамент (поскольку теплопроводность фундамента превышает теплопроводность грунта) и может привести к неравномерной осадке фундамента. В то же время характер протаивания может варьироваться в зависимости от географического распространения многолетнемерзлых грунтов. Также важно, чтобы при повторном замерзании почвы можно было наблюдать ее подъем. Из-за отсутствия потока воды в районе оттепели может образоваться термокарстовое озеро, которое может привести к еще большему оттаиванию почвы.
В активном слое также есть процессы, которые могут повлиять на возведенные объекты:
- температурные колебания толщины активного слоя;
- промерзание и оттаивание грунтов, расположенных выше границы оттаивания;
- мерзлое пучение почв;
- образование льда в земле, которое происходит с перепадом высоты;
- образование морозных трещин;
- медленно спускаться по склону (солифлюксия);
- оползни на поверхности из-за влажности почвы во время оттепелей.
С учетом всех перечисленных процессов и явлений сегодня в проектировании и строительстве применяются два принципа использования ММГ в качестве фундамента зданий или сооружений:
- мерзлота фундамента сохраняется как при строительстве, так и при эксплуатации здания/ сооружения;
- ММГ используется в оттаявшем состоянии (оттаявшем до проектной глубины) как до начала строительства, так и в процессе эксплуатации.
Первый принцип используется, когда сохранение мерзлого состояния почв возможно, а также целесообразно с точки зрения экономических затрат.
Второй принцип используется, когда деформации ММГ при оттаивании не превышают допустимых значений, а также когда многолетнемерзлые грунты прерывистые или находятся на неровной глубине поверхности.
При устройстве свайных фундаментов в многолетнемерзлых грунтах забивные сваи во многих случаях неприменимы и уступают сваям, которые использовались в
строительстве с начала 21 века. Для решения технической задачи предлагается возводимая в многолетнемерзлых грунтах свая, содержащая трубчатую свайную скважину, устанавливаемую в разрабатываемую скважину с диаметром, превышающим поперечное сечение трубчатой свайной скважины, и пространство, образованное между сваей скважинных труб и скважиной. стены колодца залиты раствором, который после монтажа застывает.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве свайных фундаментов на многолетнемерзлых грунтах. Технический результат -увеличение несущей способности сваи, увеличение сопротивления сваи крутящему моменту, а также сохранение устойчивости даже в случае внезапного оттаивания.
К вечной мерзлоте относятся такие почвы, которые 3 года и более находятся в мерзлом состоянии, имеют неустойчивую структуру, а при оттаивании испытывают значительное проседание в результате нарушения естественного структурного состояния.
Фундаменты на вечномерзлых грунтах требуют особого подхода; Для их строительства используется особая технология.
Уже при проектировании опорной базы в условиях вечной мерзлоты следует предусмотреть ряд аспектов:
1. Разработка мероприятий по снижению возможных деформаций здания.
2. Точный расчет глубины фундамента. Выбор типа фундамента с учетом местных условий. Технология возведения опоры здания, разработанная для устройства фундаментов зданий из вечной мерзлоты (метод иммерсионной опоры).
3. Строительство дома в любом состоянии - ответственный процесс, требующий тщательного соблюдения строительных норм и правил, с упором на выполнение технологии работ.
4. В условиях вечной мерзлоты к строительству здания следует подходить еще более ответственно, выбирая подходящий фундамент для поддержки здания.
По сравнению с другими типами фундаментов, фундамент на вечной мерзлоте (сваях) имеет существенные преимущества:
1. Исключается необходимость разработки естественного грунта в траншее, что довольно сложно сделать из-за природных условий местности.
2. Свайные фундаменты в вечной мерзлоте можно возводить при любых погодных условиях, в любое время года.
3. Технология свайного фундамента (погружным методом) проста и недорога.
4. Свайные фундаменты в условиях вечной мерзлоты обычно заглубляются на большую глубину, что исключает риск неравномерной осадки здания и опрокидывания конструкции.
Для решения технической задачи предлагается возводимая в вечномерзлых грунтах свая, содержащая трубчатый ствол сваи, установленный в выработанной скважине с диаметром, превышающим поперечное сечение ствола трубчатой сваи, и образованное пространство между стволом трубчатой сваи и стены колодца заливаются раствором, который после монтажа застывает. Новинка состоит в том, что трубчатый ствол сваи выполнен в виде армированной каменной конструкции, содержащей трубчатый арматурный каркас с крупным агрегатом в виде камня, образованный внешними и внутренними соосно расположенными цилиндрическими каркасами арматурных стержней, объединенных в каждая клетка поперечными кольцами и центра-
торами, соединяющими клетки друг с другом, снаружи и внутри, трубчатый арматурный каркас покрыт металлической сеткой, прикрепленной к арматурным стержням внешней и внутренней обоймы и удерживающей наполнитель в трубчатом пространстве между рамками, и центральная полость ствола трубчатой сваи, пустоты между крупным заполнителем армокаменной конструкции и пространство между ней и стенками скважины заполнены раствором глины с цементом.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении несущей способности сваи, заложенной в вечной мерзлоте, за счет обеспечения крутящего момента сваи при оттаивании.
Установка свай при подъеме в вечной мерзлоте может производиться, например, по технологии бурения.
После завершения всех этапов сборки рекламируемая свая приобретает большую устойчивость в вечной мерзлоте в результате промерзания грунта по всему сечению конструкции, что способствует повышению сопротивления сваи на скручивание и остается устойчивой даже в случае внезапного удара. размораживание.
Таким образом, технический эффект, достигаемый при реализации изобретения, заключается в увеличении несущей способности сваи, возводимой в вечной мерзлоте, в увеличении крутящего момента сваи, а также в сохранении устойчивости и при быстром размораживании.
Литература
1. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. 51 с.
2. Свод правил СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88. М.: Минрегион России, 2012. 110 с.
3. Аксёнов В.И., Геворкян С.Г., Иоспа А.В., Кривов Д.Н., Шмелёв И.В. Работа винтовых свай в мёрзлых грунтах // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2014. № 4. С. 2—8.
4. Гончаров Ю.М., Таргулян Ю.О., Вартанов С.Х. Производство свайных работ на вечномерзлых грунтах. Л.: Стройиздат, 1981. 160 с.
5. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. М.: Машиностроение, 1968. 376 с.
6. Патент Российской Федерации № 2018146724 на изобретение «Свая, возведённая в вечномёрзлом грунте» по классу E02D 27/35, заявленном 25.12.2018 года и опубликованном 24.06.2019 года (RU 2 692 394 C1).
7. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах. М.: Стройиздат, 1980. 303 с.
8. Руководство по эффективным способам устройства свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах в нефтегазовом строительстве. М.: НИИОСП им Н.М. Герсева-нова, ИКЦ ПФ, 2005. 166 с.
Pile on permafrost soil
Presnov O.M., Ivanova L.A., Bychkovskaya S.I., Lomova D.A.
Siberian Federal University
In the construction of multi-storey buildings, the most difficult and crucial stage is the installation of the foundation.
To solve this problem, pile foundations are most often used because of their high strength and efficiency.
However, during the installation of a pile foundation, many problems arise that require highly qualified pile
work. Driving piles into permafrost soils requires additional operations, the use of additional equipment, an increase in labor intensity, duration, and hence the cost of work. The article analyzes the main problems in the construction of pile foundations in permafrost soils, as well as ways to solve these problems using piles described in the patent of the Russian Federation No. 2018 and published on June 24, 2019 (RU 2 692 394 C1). Keywords: permafrost soil, pile, shear, compression, freezing, shell pile, tubular reinforcing cage. References
1. SNiP 2.02.04-88. Bases and foundations on permafrost soils. M.: CITP Gosstroy USSR, 1990. 51 p.
2. Code of rules SP 25.13330.2012. Bases and foundations on permafrost soils. Updated edition of SNiP 2.02.04-
88. Moscow: Ministry of Regional Development of Russia, 2012. 110 p.
3. Aksenov V.I., Gevorkyan S.G., lospa A.V., Krivov D.N., Shmelev I.V. Work of screw piles in frozen soils //
Foundations, foundations and soil mechanics. 2014. No. 4. S. 2-8.
4. Goncharov Yu.M., Targulyan Yu.O., Vartanov S.Kh. Production of pile work on permafrost soils. L.: Stroyizdat,
1981. 160 p.
5. Zelenin A.N. Fundamentals of soil destruction by mechanical means. M.: Mashinostroenie, 1968. 376 p.
6. Patent of the Russian Federation No. 2018146724 for the invention "Pile erected in permafrost" according to
class E02D 27/35, declared on December 25, 2018 and published on June 24, 2019 (RU 2 692 394 C1).
7. Guidelines for the design of foundations and foundations on permafrost soils. Moscow: Stroyizdat, 1980. 303 p.
8. Guidance on effective methods for the construction of pile foundations on permafrost soils in oil and gas
construction. Moscow: NIIOSP named after N.M. Gersevanova, ICC PF, 2005. 166 p.
