СОХРАНЕНИЕ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ПОД УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТОВ И ОСНОВАНИЙ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ

Россия — трансконтинентальная страна, имеющая широкую протяженность по Евразии, и находится на востоке Европы и на севере Азии. Общая протяжённость границ России — 60 933 км.

В силу своей площади , неоднородности  расположения водоемов и  большим разнообразием рельефа: равнины с невысокими холмами и высокогорные вершины, Россия имеет особое климатическое разделение,  что не идет в сравнение не с одной страной мира.

Страна находится преимущественно в умеренном климатическом поясе. Так же на значительной части территории  преобладает субарктический климат, что объясняет суровые погодные условия: продолжительные холодные зимы,  и короткое, относительно холодное лето,  что не дает грунтам прогреться. «Значительную территорию России занимают вечномерзлые грунты, залегающие на глубине от 0,5 до 4,5 м, имеющие толщу мощностью от нескольких метров до 1,5 км».[2]

Рисунок 1. Климатические пояса России

«Вечномерзлые грунты – это грунты,  находящиеся в мерзлом состоянии (имеющие отрицательную температуру) в течении трех лет и более,  подразделяются на твердомерзлые,  пластично-мерзлые и сыпучемерзлые».[1]

«Твердомерзлый грунт-это грунт, который прочно сцементирован льдом, характеризуется хрупким разрушением и незначительной сжимаемостью под внешней нагрузкой». [1]

«Пластично-мерзлый грунт - это грунт, в котором кроме связующего льда содержится незамёрзшая вода, благодаря чему грунт обладает вязкостью и повышенной сжимаемостью под внешней нагрузкой». [1]

«Сыпучемерзлые грунты - это грунт, имеющий отрицательную температуру,  но не сцементирован льдом». [1]

Вечномерзлые грунты являются структурно-неустойчивыми грунтами, так как при оттаивании происходят просадки в результате нарушения структуры. Оттаивание грунта происходит ежесезонно в верхней зоне основания над толщей вечномерзлых грунтов.

Устройство фундаментов в районах севера,  является сложной задачей. Неправильный расчет может привести к необратимым последствиям.

«При устройстве фундаментов на вечномерзлых грунтах в зависимости от конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений, применяется один из принципов использования грунта:

1)вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

2)вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения)». [1]

Выбор принципа зависит от вида грунта. Принцип 1принимают, если грунты основания можно сохранить в мерзлом состоянии при небольших затратах.  Принцип 2 используют при строительстве на скальных и малосжимаемых грунтах.

Рассмотрим наиболее дорогостоящий 1 принцип устройства фундаментов.

При использовании 1 принципа, необходимо предусматривать устройство холодных подполий или холодных первых этажей зданий, укладку в основании сооружений охлаждающих труб, установку сезоннодействующих охлаждающих устройств жидкостного или парожидкостного типов – СОУ.

В  жилых зданиях и сооружениях чаще всего используются вентилируемые подполья или холодные первые этажи.

Рисунок 2. Устройство вентелируемого подполья

Подполья допускается устраивать открытыми,  с продухами в цоколе здания, или закрытыми. Высота подполья должны быть не менее 1,2 м от поверхности грунта.

Работа закрытого подполья заключается в следующем: при отрицательных температурах вентиляционные продухи открывают, тем самым сохраняют грунт в мерзлом состоянии. При наступлении положительных температур, продухи закрывают. Так как отрицательные температуры в  широтах, где распространены вечномерзлые грунты, преобладают 8-9 месяцев, основание набирает прочность и при повышении температуры в течении 3-4 месяцев, грунт  не успевает оттаять.

В связи с повышением средней температуры климатической  системы Земли,  за последние 40 лет, использование холодных подполий неэффективно, так как период отрицательных температур сокращается.  Грунт начинает оттаивать, нарушая свою структуру.  Это может послужить причиной обвала зданий.

Выходом может быть использование индивидуальных термостабилизаторов. «Термостабилизатор устанавливается вертикально либо наклонно под углом до 45 градусов к вертикали, в непосредственной близости от нижнего конца свай в основаниях. Испарительная часть термостабилизатора находится в грунте и имеет защитное цинковое покрытие. Хладагент - аммиак или углекислота.  Преимуществом является большой срок службы – 50 лет, антикоррозийное цинковое покрытие,  простота в монтаже, экологически безопасный хладагент,  адаптированная к условиям севера сталь, может подлежать ремонту, 100% контроль качества сварных  швов, как в момент изготовления,  так и в момент монтажа. Предназначены для охлаждения талых и пластично-мерзлых грунтов под зданиями с проветриваемым подпольем и без него, под эстакадами трубопроводов и для других сооружений с целью повышения их несущей способности. Применяются также для предупреждения выпучивания свай» [4]. Вместе в термостабилизатором устанавливаются температурные датчики грунта Devireg™ 850.

«Devireg™ 850 представляет собой полностью автоматический прибор с цифровой системой управления, использующий информацию интеллектуальных датчиков, расположенных на объекте охлаждения. Каждый датчик измеряет как температуру, так и влажность и система включает/отключает охлаждение, основываясь на комбинации этих параметров. Это позволяет экономить до 75% электроэнергии по сравнению с системами, использующими только информацию о температуре. Цифровые датчики, которые используются для Devireg™ 850, позволяют также значительно увеличить точность измерения параметров по сравнению с аналоговыми приборами. В результате достигается максимальная эффективность и низкое потребление энергии» [3].

Для каждой охлаждаемой площади должен использоваться как минимум один датчик грунта, но для получения более адекватного результата рекомендуется использовать два или более датчиков.

Принцип работы: при повышении температуры наружного воздуха,  начинается оттаивание грунта,  датчик температурного режима Devireg™ 850, отправляет сигнал на центральное отслеживающее устройство.

Центральное отслеживающее устройство запускает работу термостабилизаторов, происходит циркуляция хладагента по трубкам,  при закрытых вентиляционных продухах,  тем самым сохраняя грунт в мерзлом состоянии более длительное время.

При понижении температуры наружного воздуха, происходит естественное замораживание грунта, датчик температурного режима Devireg™ 850, отправляет сигнал на центральное отслеживающее устройство, работа термостабилизаторов прекращается.

Рисунок 3. Установка индивидуальных термостабилизаторов

Использование индивидуальных термостабилизаторов под зданиями с проветриваемыми подпольями и холодными первыми этажами, является хорошим решением проблемы оттаивания грунта. Одним из главных плюсов является экономия электроэнергии, что позволяет принимать этот способ при экономически целесообразных затратах на мероприятия, обеспечивающие сохранение состояние мерзлого грунта.

Список литературы:

1. СП 25.13330.2012 ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ. Москва 2012г [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://mtsk.mos.ru/Handlers/Files.ashx/Download?ID=10896 (дата обращения 14.12.2017)   
2. СП 131. 13330.2012  СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ. Москва 2012г. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://nostroy.ru/nostroy_archive/nostroy/698304440-SP%20131.13330.2012(dlya%20oznakomleniya).pdf  (дата обращения 14.12.2017)   
3. Паспорт. Датчик грунта для D evireg ™ 850. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL:http://www.teplolux-mini.ru/img/Devi/Deviregs/D850/Passport_D850.pdf (дата обращения 14.12.2017)   
4. Журнал технических решений. Системы температурной стабилизации вечномерзлых грунтов. Тюмень 2014г. 2012г [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.npo-fsa.ru/sites/default/files/tehresh-pdf.pdf (дата обращения 14.12.2017)