ПРОМЕРЗАНИЕ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ:ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены факторы, способствующие возникновению сил морозного пучения грунтов, а также способы противодействия силам морозного пучения. Проанализированные практические примеры последствий негативного влияния сил морозного пучения грунтов на фундаменты и надземные конструкции зданий, выявленных при инструментально-технических обследованиях. Приведены рекомендации по сохранению оснований от промерзания и обеспечению устойчивости фундаментов зданий и сооружений на действие усилий пучения грунтов.

Ключевые слова: глинистый грунт, основание, фундамент, свая, морозное пучение.

Среди опасных факторов, которые необходимо учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений в первую очередь выделяются высокий уровень грунтовых вод и подверженность грунтов морозному пучению при сезонном промерзании. В этих условиях особую актуальность получают вопросы, связанные с обеспечением сохранности основания фундаментов зданий от промерзания и реализации пучинистых свойств.

Как показывает практика, даже в случае однократного промерзания грунта основания фундаменты и здания в целом могут получать значительные повреждения, недопустимые деформации и т.д. Последствия влияния промерзания грунтов на здания рассмотрены в данной статье на примере реально существующих зданий и сооружений, обследованных авторами в разное время.

Анализ практических примеров промерзания грунтов основания Вопросы, связанные с пучением грунтов при промерзании, исследовались в трудах многих ученых-геотехников (Б.И. Далматов, С.А. Кудрявцев, М.Ф. Киселев, Э.В. Костерин, В.О. Орлов, М.И. Сумгин, В.М. Улицкий, Н.А. Цытович и др.), и достаточно широко освещены в литературе.

Для западной Сибири влияние морозного пучения грунтов на фундаменты рассматривалось учеными «СибАДИ» (В.Н. Гольцов [1], Э.В. Костерин, М.Я. Сапожников [2]) и специалистами института «Омскгражданпроект» (Р.Ш. Абжалимов [3, 4] и др.).

В Нормативных источниках также имеются подробные инструкции по проектированию оснований и фундаментов при наличии пучинистых грунтов. По сути, для фундаментов мелкого заложения сохранность основания от пучения обеспечивается глубиной заложения, назначаемой в зависимости от состояния грунта основания, уровня подземных вод и режима будущей эксплуатации здания по [6].

Как вариант предусматривается замена подверженных пучению грунтов непучинистым материалом, либо заложение фундаментов независимо от глубины промерзания в случае, если специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную надежность сооружения. Для свайных фундаментов Нормы ограничиваются проверкой устойчивости фундаментов на действие касательных сил морозного пучения.

Здесь необходимо отметить, что в отличие от отмененного СНиП [7] в действующем СП [8] приведен метод расчета устойчивости фундамента на действие сил морозного пучения. До введения свода правил в действие данный расчет рассматривался в Нормах, посвященных основаниям и фундаментам в многолетнемерзлых грунтах.

Также для повышения сопротивляемости фундаментов всех типов на действие сил морозного пучения используется нагружение (весом смонтированных конструкций, грунта и др.), обваловка, утепление, обмазка поверхностей специальными составами и др. Несмотря на все вышеперечисленное, на практике достаточно часто встречаются случаи повреждений конструкций зданий вследствие воздействия сил морозного пучения грунтов. Степень этих повреждений может достигать критических значений.

Для массово применяемых свай сечением 0,3х0,3 м минимальное усилие, необходимое для образования трещин, составляет Ncrc = 111 кН; расчетное выдергивающее усилие, действующее на сваю при промерзании глинистого грунта до расчетной глубины промерзания N = 170 кН (при показателе текучести грунта менее 0,25), т.е. превышает начальное усилие трещинообразования.

Более того, выдергивающее усилие для свай с минимальным армированием может достигать величины прочности арматуры на разрыв (например, для сваи с арматурой 4d12 А500 прочность составляет [N] = 195 кН); для свай сечением 0,3х0,3 м опасной границей является промерзание даже до глубины 1,0...1,2м; армирование стволов свай в меньшей степени оказывает влияние на сопротивляемость раскрытию трещин, чем прочностные характеристики бетона, что влечет необходимость контроля прочности при строительстве.

Анализ многочисленных данных по инженерно-геологическим изысканиям показывает, что сезоннопромерзающие грунты на данной территории часто находятся в мягко- и текучепластичном состоянии, т.е. фактические силы пучения могут быть выше расчетных.

Заказчикам строительства следует тщательно учитывать все риски, связанные со строительством здания, в том числе риск приостановки строительства на длительные сроки. В противном случае, как показывает практика, недостроенные объекты могут получить критические дефекты вследствие морозного пучения грунтов, при наличии которых продолжение строительства нецелесообразно из-за несоразмерных затрат на восстановление.

Специалистам проектных организаций необходимо выполнять проверку устойчивости фундаментов на действие силам морозного пучения грунтов, в том числе на период производства строительных работ. В проектах требуется указывать способы и мероприятия по противодействию влиянию сил морозного пучения грунтов на фундаменты, либо выполнять специализированные расчеты и предусматривать конструктивные мероприятия, компенсирующие влияние сил морозного пучения на фундаменты. Эти мероприятия должны неукоснительно соблюдаться не только в случае приостановке строительства (консервация), но и при возведении здания в зимний период времени.

В случае возобновления строительства недостроенных зданий, или строительства новых зданий на фундаментах, простоявших длительное время при наличии пучинистых грунтов в основании, необходимо выполнять детальные инструментально-технические обследования основания и фундаментов. Только на основе результатов обследований допускается принимать решения о возможности такого строительства и выполнении необходимых восстановительных мероприятий.

Список литературы:

1. Гольцов, В.М. Воздействие касательных сил морозного пучения грунтов на забивные сваи в период строительства: дис. … канд. техн. наук: 05.23.02 / Гольцов Владимир Михайлович. – Омск, 1998. – 200 с.
2. Сапожников, М.Я. Результаты наблюдений за перемещениями свайных фундаментов промышленных сооружений с ростверками, расположенными в зоне промерзания / М.Я. Сапожников, Г.Д. Храпов // «Вопросы механики грунтов». – Омск, ЗападноСибирское кн. изд-во, 1971. – С.50-54.
3. Абжалимов, Р.Ш. Особенности взаимодействия пучинистых грунтов с конструкциями подземных переходов и метод их расчёта: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.02 / Абжалимов Раис Шакирович. – М.1987 – 23 с.
4. Абжалимов, Р.Ш. Использование сезонно промерзающих пучинистых грунтов в качестве оснований для фундаментов малоэтажных зданий и подземных сооружений в инженерной практике. Монография / Р.Ш. Абжалимов. – г. Омск: Изд-во ООО «Омскбланкиздат», 2013. – 422 с.
5. Краев, А.Н. Определение содержания незамерзшей воды в мёрзлых грунтах на примере существующей автомобильной дороги, расположенной в ЯНАО / А.Н. Краев, Т.В. Пермитина // Сб. материалов XIV научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей. 27.11.2014 г. – Тюмень: РИО ТюмГАСУ, 2015. – С. 51-56.
6. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. – Введ. 2015-07-01. М.: Минрегион России, 2010 – 161 с.: ил.
7. СНиП 2.02.03-85*. Свайные фундаменты. Нормы проектирования/ Госстрой СССР. – М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР, 2000 – 74 с.
8. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. – Введ. 2015-07-01. М.: Минрегион России, 2010 – 86 с.: ил.
9. Ульрих, С.С. Сезонное промерзание грунтов и их взаимодействие с фундаментами зданий / С.С. Ульрих, В.И. Пусков – Красноярск, 1965. – 166 с.
10. Предложения по снижению глубины промерзания грунтов резервов и разработке мерзлых грунтов при зимних земляных работах. – М.: СОЮЗДОРНИИ, 1970 – 23 с.
11. Тишков, Е.В. Анализ решений фундаментов антенных сооружений связи / Е.В. Тишков, И.М. Ивасюк // Сб. «Научные труды Общества железобетонщиков Сибири и Урала». Вып.10. – Новосибирск: НГАСУ, 2010. – С. 40-44.
12. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. – Введ. 2015- 07-01. М.: Минрегион России, 2011. – 156 с.: ил.