CC BY
150
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ГРУНТОВ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ МНОГОЭТАЖНЫХ ДОМОВ Г. ЯКУТСКА
Спиридонова Марфа Николаевна
студент, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,
РФ, г. Якутск E-mail: _ proektpzis! 1 @mail. ru
Афанасьева Алена Аркадьевна
студент, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,
РФ, г. Якутск
Гаврильев Иван Макарович
студент, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,
РФ, г. Якутск
Кононова Екатерина Алексеевна
старший преподаватель, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,
РФ, г. Якутск E-mail: [email protected]
IMPACT OF TEMPERATURE CONDITIONS CHANGE OF SUBSURFACE ON BEARING RESISTANCE OF PERMAFROST BASE BY THE EXAMPLE OF HIGH-RISE BUILDING IN YAKUTSK
Marfa Spiridonova
Student, North-Eastern Federal University in Yakutsk named after M.K. Ammosov,
Yakutsk, Russia
Alena Afanasyeva
Student, North-Eastern Federal University in Yakutsk named after M.K. Ammosov,
Yakutsk, Russia
Влияние изменения температурного режима грунтов на несущую способность ММГ основания на примере многоэтажных домов г.Якутска // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Спиридонова М.Н. [и др.]. 2015. № 6 (18) .
URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/2253
Ivan Gavrilyev
Student, North-Eastern Federal University in Yakutsk named after M.K. Ammosov,
Yakutsk, Russia
Ekaterina Kononova
Senior Lecturer,
North-Eastern Federal University in Yakutsk named after M.K. Ammosov,
Yakutsk, Russia
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается влияние изменения температурного режима на несущую способность ММГ основания на примере многоэтажных домов города Якутска. Для выявления изменений температурного режима многолетнемерзлых грунтов основания многоэтажных зданий города Якутска сравнены результаты собранных архивных данных с полученными замерами и произведен расчет несущей способности свайного фундамента.
ABSTRACT
The article deals with the study of the effect of changes in temperature on bearing resistance of permafrost base by the example of high-rise building in Yakutsk. To determine temperature condition changes in permafrost base of high-rise buildings in Yakutsk, the authors compare results of collected historical data obtained from the measurements and calculations of bearing capacity of pile foundation.
Ключевые слова: температурный режим грунтов основания,
многолетнемерзлые грунты, мерзлотно-грунтовые условия, инженерногеологические изыскания.
Keywords: temperature conditions of subsurface, permafrost base, frozen ground condition, geological engineering survey.
Эксплуатация большинства многоэтажных зданий и сооружений в городе Якутске связана с постоянными утечками минерализованных агрессивных сточных вод из канализационных трубопроводов и трубопроводов горячей
воды (см. рисунок 1). Неграмотная эксплуатация зданий может вызвать локальное оттаивание многолетнемерзлых грунтов (ММГ) основания, что может привезти к снижению несущей способности грунтов.
Рисунок 1.Фактическое состояние подполий многоэтажных зданий
Несущая способность основания зависит от свойств и состава ММГ и от его температурного режима. Изменчивым показателем ММГ в результате эксплуатации сооружений может быть содержание водорастворимых солей, органических веществ, а также температурный режим оснований. Оценка содержания солей и органических веществ входит в состав инженерногеологических изысканий и, соответственно, является дорогостоящим процессом. Для измерения температурного режима при строительстве в районах распространения многолетнемерзлых грунтов должны проводить постоянный мониторинг изменений температурного режима грунтов основания как в период возведения, так и во время эксплуатации зданий и сооружений.
Целью данной работы является изучение влияния изменений температурного режима грунтов на несущую способность многолетнемерзлых грунтов основания многоквартирных домов г. Якутска.
Для оценки мерзлотно-грунтовых условий и температурного режима многолетнемерзлых грунтов основания изучены архивные труды ведущих научно-исследовательских институтов (Якут ТИСИЗ, Институт
Мерзлотоведения и т. д.) и единичные результаты инженерно-геологических изысканий.
Согласно этим архивным данным собраны материалы по 23 кварталам с общим количеством 102 многоквартирных зданий, в которых установлены работоспособные температурные трубки по состоянию на 70—90-ые года.
Для оценки нынешней ситуации в 2013 году нами был организован выезд на обследование проветриваемых подполий на наличие и работоспособность температурных скважин многоквартирных зданий. Были охвачены 346 зданий с температурными скважинами, из которых работоспособными оказались 119 трубок, что составляет 35 % от общего количества. Предварительное обследование установленных ранее температурных скважин показало, что большинство таких трубок находятся в неработоспособном состоянии ввиду различных причин. Основной причиной неработоспособности температурных трубок является отсутствие защитных крышек, из-за которого в скважину попали вода и мусор, а также чрезмерная коррозия материала трубки. По сохраненным термическим скважинам производятся замеры установившегося температурного режима грунтов основания. За 2013 год нами проведены замеры температур грунтов оснований 97 многоквартирных зданий, а за 2015 год повторно замерены 48 объектов.
Для расчета оснований по 1-й группе предельных состояний (по несущей способности) собраны нагрузки на наиболее нагруженные фундаменты типовых многоквартирных домов (см. рисунок 2) г. Якутска (серии 1-447С с кирпичными стенами и стенами из мелкого блока, а также серий 1-439А-37, 1-464ВМ, 112). Типовые здания построены по принципу I, т. е. с сохранением многолетнемерзлых грунтов основания в процессе строительства и эксплуатации здания, с устройством проветриваемых подполий высотой 1,0—1,2 м. Результаты сбора нагрузок приведены в табл. 1.
Рисунок 2. Типовые многоквартирные дома различных серий
Сбор нагрузок
Таблица 1.
Серии типовых многоквартирных зданий Количе ство этажей Год построй -ки Максимальная нагрузка, действующая на фундамент, тс
Под центром здания На середине стороны прямоугольного в плане здания длинной На середине стороны прямоугольного в плане здания короткой Под углом прямоугольного здания
Кирпичные дома серии 1-447С 5 50-70 гг. 75.113 63.180 66.757 53.474
Мелкоблочные дома серии 1-447С 5 60-70 гг. 120.156 69.190 87.420 72.885
Крупноблочные дома серии 1-439А-37М 5 1964- 1971 70.425 43.111 59.500 42.330
Крупнопанельные дома серии 1-464ВМ 5 19711977 гг. 69.250 65.041 60.866 51.782
Крупнопанельные дома серии 112 9 с 1985 г. 115.910 78.334 95.132 77.029
Для выявления изменений температурного режима многолетнемерзлых грунтов основания многоквартирных зданий г. Якутска сравнены результаты собранных архивных данных с полученными замерами и произведен расчет несущей способности свайного фундамента (сваи приняты квадратного сечения стороной 40 см и длиной 8 метров). Расчет грунтов основания произведен
на программном комплексе SVAI/PC. Программа разработана ГПИИ «Якутгражданпроект», отделом САПР и полностью повторяет алгоритм расчетов по СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». Результаты замеров по годам и расчета несущей способности некоторых объектов сведены в табл. 2.
Таблица 2.
Сводная ведомость полученных результатов
Адрес многоквар- тирного здания Температура нулевых годовых амплитуд грунта по датам замера, оС Несущая способность, тс Примечание
Квартал А
Ленина 7, серия 1-447С (кирпич) — 1995 8.07.13 25.02.15 Т-ра грунтов с 1995 года по 2015 год повысилась на 1.91 °С, что дало уменьшение несущей способности на 27 тс. Несущая способность обеспечена.
— -3.1 -1.0 -1.19
— 127.901 95.923 100.717
Ленина 9, серия 1-447С (кирпич) 1995 2009 — — Т-ра грунтов с 1995 года по 2009 год понизилась на 1.3 °С, что дало увеличение несущей способности на 18 тс. Несущая способность обеспечена.
-3.0 -4.3 — —
126.674 144.517 — —
Ленина 11, монолитнокаркасный 1957 2010 2011 — Т-ра грунтов с 1995 года по 2011 год понизилась на 0.7 °С, что дало увеличение несущей способности на 11 тс. Несущая способность обеспечена.
-3.5 -4.2 -4.2 —
135.917 146.946 —
Хабарова 5, серия 1-439А-37М 1989 1992 1995 Апрель 2013 Т-ра грунтов с 1995 года по 2013 год понизилась на 1.3 °С, что дало увеличение несущей способности на 17 тс. Несущая способность обеспечена.
-2.5 -3.2 -3.5 -3.8
123.001 130.837 135.765 140.693
Хабарова 9, серия 1-439А-37М 1989 1995 2009 2011 Т-ра грунтов с 1995 года по 2011 год понизилась на 0.3 °С, что дало увеличение несущей способности на 5 тс. Несущая способность обеспечена.
-3.5 -3.5 -3.8 -3.8
135.765 135.765 140.693 140.693
Ярославского 2, монолитнокаркасный 1995 2009 — — Т-ра грунтов с 1995 года по 2009 год повысилась на 0.7 °С, что дало уменьшение несущей способности на 8 тс. Несущая способность обеспечена.
-6.1 -5.4 — —
192.794 184.589 — —
Ярославского 4, монолитнокаркасный 1995 2009 — — Т-ра грунтов с 1995 года по 2009 год повысилась на 0.7 °С, что дало уменьшение несущей способности на 8 тс. Несущая способность обеспечена.
-6.1 -5.4 — —
192.794 184.589 — —
Квартал Б
Аммосова 4, серия 1-447С (мелкий блок) Скважина №1 Т-ра грунтов с 1979 года по 2015 год понизилась на 0.04 °С, что дало увеличение несущей способности на 0.5 тс. Несущая способность не обеспечена.
— 15.08.79 12.07.13 16.05.15
— -5.8 -5.8 -5.84
— 180.11 180.11 180.519
— Т-ра грунтов с 2005 года по 2015 год понизилась на 0.96 °С, что дало увеличение несущей способности на 14 тс. Несущая способность обеспечена.
— 2005 25.02.15 15.05.15
— -2.2 -2.99 -3.16
— 132.813 143.342 146.09
Чернышевского 4/1, 12-ти этажный дом — 1995 12.07.1 3 25.02.15 Т-ра грунтов с 1995 года по 2015 год повысилась на 0.82 °С, что дало уменьшение несущей способности на 12 тс. Несущая способность обеспечена.
— -4.9 -5.0 -4.08
— 177.671 179.155 165.444
Ярославского 13, серия 1-464ВМ — 1995 2009 — Т-ра грунтов с 1995 года по 2009 год повысилась на 0.2 °С, что дало уменьшение несущей способности на 3 тс. Несущая способность обеспечена.
— -5.2 -5.0 —
— 182.121 179.155 —
Квартал В
Кулаковского 4/1, серия 1-464ВМ 1995 2009 — — Т-ра грунтов с 1995 года по 2009 год повысилась на 0.7 °С, что дало уменьшение несущей способности на 10 тс. Несущая способность обеспечена.
-4.7 -4.0 — —
174.507 164.054 — —
Ярославского 35, серия 1-447С (кирпич) 1995 2009 — — Т-ра грунтов с 1995 года по 2009 год повысилась на 1.6 °С, что дало уменьшение несущей способности на 20 тс. Несущая способность обеспечена.
-6.5 -4.9 — —
193.484 173.838 — —
Ярославского 41, серия 1-464ВМ — 1995 2009 — Т-ра грунтов с 1995 года по 2009 год повысилась на 0.9 °С, что дало уменьшение несущей способности на 13 тс. Несущая способность обеспечена.
— -6.4 -5.5 —
— 199.552 186.868 —
Квартал 50
Петра Алексеева 73, серия 1-447С (кирпич) 1957 2010 2011 Апрель 2013 Т-ра грунтов с 1995 года по 2013 год повысилась на 1.3 °С, что дало уменьшение несущей способности на 11 тс. Несущая способность не обеспечена.
-4.1 -2.6 -2.6 -2.8
63.078 52.277 52.277 52.277
Петра Алексеева 79, серия 1-447С (кирпич) 1995 2010 201.1 Апрель 2013 Т-ра грунтов с 1995 года по 2013 год повысилась на 0.5 °С, что дало уменьшение несущей способности на 3 тс. Несущая способность не обеспечена.
-3.7 -3.8 -3.8 -3.2
60.73 61.318 61.318 57.723
Стадухина 80/2, серия 1-447С (кирпич) Скважина №1 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год повысилась на 0.1 °С, что дало уменьшение несущей способности на 0.5 тс. Несущая способность обеспечена.
25.07.13 12.05.15
-5.7 -5.6
77.619 77.092
Скважина №37 Т-ра грунтов с 2010 года по 2013 год повысилась на 0.4 °С, что дало уменьшение несущей способности на 1 тс. Несущая способность обеспечена.
2010 Апрель 2013
-5.6 -5.2
77.092 76.394
Квартал 57
Ленина 19, монолитнокаркасный 1995 — 8.07.13 — Т-ра грунтов с 1995 года по 2013 год понизилась на 0,3 °С, что дало увеличение несущей способности на 5 тс. Несущая способность обеспечена.
-3.7 — -4.0 —
139.051 — 143.905 —
Квартал 59
Ленина 34, серия 1-447С (кирпич) 1995 2009 11.07.13 Т-ра грунтов с 1995 года по 2013 год повысилась на 1.4 °С, что дало уменьшение несущей способности на 20 тс. Несущая способность обеспечена.
-4.8 -4.8 -3.4 —
170.18 170.18 150.59 —
Квартал 61
Ярославского 32, серия 1-464ВМ 29.06.78 2009 10.07.13 25.02.15 Т-ра грунтов с 1978 года по 2015 год понизилась на 0,2 °С, что дало увеличение несущей способности на 3 тс. Несущая способность обеспечена.
-6.0 -6.0 -5.3 -6.2
192.771 192.771 183.642 195.621
Квартал 63
Каландраш-вили 1,серия 1-464ВМ 1995 2009 — — Т-ра грунтов с 1995 года по 2009 год повысилась на 0.9 °С, что дало уменьшение несущей способности на 18 тс. Несущая способность обеспечена.
-3.6 -2.5 — —
157.978 139.683 — —
Квартал 136
Пояркова 10, серия 1-447С (кирпич) 15.04.73 18.07.73 25.07.13 16.03.15 Т-ра грунтов с 1973 года по 2015 год понизилась на 2.38 °С, что дало увеличение несущей способности на 24 тс. Несущая способность обеспечена.
-1.8 -2.0 -3.8 -4.38
94.942 97.324 113.231 118.698
Квартал 64
Каландраш-вили 7/1, монолитнокаркасный — — 17.07.13 20.03.15 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год повысилась на 0.68 °С, что дало уменьшение несущей способности на 10 тс. Несущая способность обеспечена.
— — -5.0 -4.32
— — 178.716 168.783
Кулаковского 32, монолитно-каркасный — — 17.07.13 15.05.15 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год повысилась на 1.88 °С, что дало уменьшение несущей способности на 20 тс. Несущая способность обеспечена.
— — -6.2 -4.32
— — 184.395 164.216
Кулаковского 32/2, монолитно-каркасный — — 17.07.13 15.05.15 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год повысилась на 0.47 °С, что дало уменьшение несущей способности на 6 тс. Несущая способность обеспечена.
— — -3.9 -3.43
— — 158.750 151.171
Квартал 51
Дзержинского 5/1, монолитно-каркасный — — 18.07.13 16.03.15 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год понизилась на 0.22 °С, что дало увеличение несущей способности на 4 тс. Несущая способность обеспечена.
— — -0.8 -1.02
— — 82.772 86.708
Дзержинского 7, серия 1-439А-37М — — 18.07.13 16.03.15 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год повысилась на 0.85 °С, что дало уменьшение несущей способности на 9 тс. Несущая способность обеспечена.
— — -2.5 -1.65
— — 103.396 94.609
Квартал 46
Лермонтова 22, серия 1-447С (кирпич) — — 25.07.13 12.05.15 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год понизилась на 0.8 °С, что дало увеличение несущей способности на 4 тс. Несущая способность обеспечена.
— — -5.5 -6.3
— — 125.092 129.007
Дзержинского 31/1, серия 1-439А-37М — — 25.07.13 12.05.15 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год повысилась на 0.18 °С, что дало уменьшение несущей способности на 1 тс. Несущая способность обеспечена.
— — -2.8 -2.62
— — 104.568 103.432
Квартал 47
Свердлова 12, серия 1-447С (мелкий блок) — — 25.07.13 12.05.15 Т-ра грунтов с 2013 года по 2015 год понизилась на 0.84 °С, что дало увеличение несущей способности на 4 тс. Несущая способность обеспечена.
— — -4.7 -5.54
— — 119.755 123.792
Анализ результатов температурных замеров грунтов оснований показал, что температура нулевых годовых амплитуд (температура на глубине 9—10 метров) изменилась незначительно. Температура грунта при правильной эксплуатации здания (без захламления подполья и утечек) немного уменьшается, это связано с тем, что правильно работает проветриваемое подполье, а при неправильной эксплуатации зданий температура зачастую поднимается, что снижает несущую способность ММГ оснований. Из приведенных расчетов можно сказать, что повышение температуры на 0.2 °С дает снижение несущей способности в среднем на 1 тс.
На основании выполненных работ можно дать следующие рекомендации по эксплуатации жилых зданий г. Якутска:
• Для предотвращения нарушения сформировавшегося на данный момент температурного режима грунтов основания жилого фонда и сохранения устойчивости фундаментов рекомендуется:
1. Периодически проводить ревизию сантехнических
и канализационных сетей для своевременного выявления и устранения утечек из сетей.
2. В зимний период регулярно убирать снег по периметру здания, в теплый период года — обеспечить тщательный отвод поверхностных вод с территории, не захламлять вентилируемое пространство для обеспечения ее естественной вентиляции.
• При качественном выполнении вышеуказанных мероприятий работа проветриваемого подполья обеспечит сохранность температурного поля грунтов основания.
• Два раза в год в период наибольшего оттаивания (сентябрь—октябрь) и промерзания грунтов (март—апрель) проводить наблюдения за температурным режимом грунтов основания для контроля за его стабильностью.
Таким образом, в НИРС проведены обследования температурных скважин всех многоквартирных зданий г. Якутска, выполнены замеры температур грунтов оснований по выявленным работоспособным температурным скважинам, даны сравнительные температурные данные прошлых лет и за 2013, 2015 годы, сделан анализ конструктивных схем многоквартирных зданий типовых серий, рассчитана несущая способность грунтов основания с учетом изменения температурного режима грунтов, даны рекомендации по эксплуатации многоквартирных домов г. Якутска.
Список литературы:
1. ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». — М., 1995.
2. ГОСТ 25358-82. «Грунты. Методы полевого определения температуры». — М., 1982.
3. ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния». — М., 2010.
4. Механика грунтов, основания и фундаменты: учебное пособие для строит. спец. вузов / Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др.; под ред. С.Б. Ухова. — 4-е изд., стер. — М.: Высш. шк., 2007. — 566с.:ил
5. Руководство по применению полупроводниковых терморезисторов для геотермических измерений. — Якутск: ИМ СО АН СССР, 1985.
6. СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». — М., 1990.
7. СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты». (с уч. изм., Пост. Госстроя РФ № 5 от 21.01.2002 г.) — М., 2002.
