Устройство и расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах

Устройство и расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

Soil bases and foundations on permafrost soils

Дата введения 2013-01-01

Предисловие

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛИ – Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова – институт ОАО “НИЦ “Строительство” (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации (ТК 465) “Строительство”

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 25.13330.2010 “СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах”

Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе “Национальные стандарты”, а текст изменений и поправок – в ежемесячно издаваемых информационных указателях “Национальные стандарты”. В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе “Национальные стандарты”. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет

Изменения N 1, 2, 3, 4 внесены изготовителем базы данных по тексту М.: Стандартинформ, 2019; М.: Стандартинформ, 2020

Введение

Настоящий свод правил является актуализированной редакцией СНиП 2.02.04-88 “Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах”. Основанием для разработки нормативного документа является Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ “Технический регламент о безопасности зданий и сооружений”.

Актуализация выполнена сотрудниками НИИОСП им.Н.М.Герсеванова – институтом АО “НИЦ “Строительство” (кандидаты техн. наук И.В.Колыбин, О.А.Шулятьев, А.Г.Алексеев – руководители темы; доктора техн. наук Б.В.Бахолдин, Л.Р.Ставницер; кандидаты техн. наук: С.Г.Безволев, Г.И.Бондаренко, О.Н.Исаев, В.Е.Конаш), МГУ им.М.В.Ломоносова (д-р техн. наук Л.Н.Хрусталев и доктора геол.-минерал. наук И.А.Комаров, Л.Т.Роман) и ОАО “Фундаментпроект” (канд. техн. наук В.И.Аксенов и инженер А.В.Иоспа).

Изменение N 1 к СП 25.13330.2012 подготовлено АО “НИЦ “Строительство” – НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы – канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук О.А.Шулятьев, канд. техн. наук А.Г.Алексеев; исполнители – д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, д-р техн. наук Л.Р.Ставницер; канд. техн. наук С.Г.Безволев, канд. техн. наук Г.И.Бондаренко, канд. техн. наук О.Н.Исаев, канд. техн. наук В.Е.Конаш), МГУ им.М.В.Ломоносова (д-р техн. наук Л.Н.Хрусталев, д-р геол.-минерал. наук И.А.Комаров, д-р геол.-минерал. наук ) и ОАО “Фундаментпроект” (канд. техн. наук В.И.Аксенов, инж. А.В.Иоспа).

Изменение N 2 к СП 25.13330.2012 подготовлено АО “НИЦ “Строительство” – НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы – канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук О.А.Шулятьев, канд. техн. наук А.Г.Алексеев; исполнители – канд. техн. наук С.Г.Безволев, канд. техн. наук О.Н.Исаев; инж. П.М.Сазонов) и МГУ им.М.В.Ломоносова (д-р техн. наук Л.Н.Хрусталев).

Изменение N 3 к СП 25.13330.2012 подготовлено авторским коллективом АО “НИЦ “Строительство” – НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы – канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук О.А.Шулятьев, канд. техн. наук А.Г.Алексеев; канд. техн. наук С.Г.Безволев, канд. техн. наук О.Н.Исаев; П.М.Сазонов, А.В.Иоспа) при участии МГУ им.М.В.Ломоносова (д-р техн. наук Л.Н.Хрусталев) и АО “Фундаментпроект” (канд. техн. наук В.И.Аксенов).

Изменение N 4 к СП 25.13330.2012 подготовлено авторским коллективом АО “НИЦ “Строительство” – НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы – канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук О.А.Шулятьев, канд. техн. наук А.Г.Алексеев; П.М.Сазонов, А.А.Чапаев, Э.С.Гречищева) при участии МГУ им.М.В.Ломоносова (д-р геол.-минерал. наук И.А.Комаров).

1 Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых на территории распространения вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтов.

Настоящий свод правил, кроме 4.1-5.7, не распространяется на проектирование оснований гидротехнических сооружений, земляного полотна автомобильных и железных дорог, аэродромных покрытий и фундаментов машин с динамическими нагрузками.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил приведены нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

ГОСТ 6727-80 Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций. Технические условия

ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент

ГОСТ 8734-75 Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент

ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент

ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 13015-2012 Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения

ГОСТ 19281-2014* Прокат повышенной точности. Общие технические условия

* Изменением N 3 предлагается исключить из раздела “Нормативные ссылки” ссылку на ГОСТ 18281-2014**.

** Вероятно ошибка оригинала. По тексту СП упоминается ГОСТ 19281-2014. – Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия

ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 24846-2012 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений

ГОСТ 24847-2017 Грунты. Методы определения глубины сезонного промерзания

ГОСТ 25358-2012 Грунты. Метод полевого определения температуры

ГОСТ 26262-2014 Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания

ГОСТ 27217-2012 Грунты. Метод полевого определения удельных касательных сил морозного пучения

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 27772-2015 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия

ГОСТ 28622-2012 Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости

ГОСТ 30416-2012 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

ГОСТ 30672-2012 Грунты. Полевые испытания. Общие положения

ГОСТ 34028-2016 Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия

ГОСТ Р 52544-2006 Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных конструкций. Технические условия

ГОСТ Р 53582-2009 Грунты. Метод определения сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов

ГОСТ Р 56726-2015 Грунты. Метод лабораторного определения удельной касательной силы морозного пучения

СП 14.13330.2018 “СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах”

СП 22.13330.2016 “СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений” (с изменениями N 1, N 2)

СП 28.13330.2017 “СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии” (с изменением N 1)

СП 47.13330.2016 “СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения”

СП 50.13330.2012 “СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий” (с изменением N 1)

СП 63.13330.2018 “СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения”

СП 116.13330.2012 “СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения”

СП 131.13330.2018 “СНиП 23-01-99* Строительная климатология”

Примечание – При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты” за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины и определения

Определения основных терминов приведены в приложении А.

СНиП 2.02.04-88 ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ – Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу i

Содержание материала

• СНиП 2.02.04-88 ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
• 1. Общие положения
• 2. Характеристики вечномерзлых грунтов оснований
• 3. Основные положения проектирования оснований и фундаментов принципы использования вечномерзлых грунтов в качестве основания
• Глубина заложения фундаментов
• Устройство оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу i
• Устройство оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу ii
• Требования к инженерной подготовке территории и охране окружающей среды
• 4. Расчет оснований и фундаментов общие указания
• Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу i
• Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу ii
• Расчет оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения
• 5. Особенности проектирования оснований и фундаментов на сильнольдистых вечномерзлых грунтах и подземных льдах
• 6. Особенности проектирования оснований и фундаментов на засоленных вечномерзлых грунтах
• 7. Особенности проектирования оснований и фундаментов на биогенных вечномерзлых грунтах
• 8. Особенности проектирования оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах в сейсмических районах
• 9. Особенности проектирования оснований и фундаментов мостов и труб под насыпями
• Физические и теплофизические характеристики вечномерзлых грунтов Приложение 1
• Расчетные значения прочностных характеристик мерзлых грунтов Приложение 2
• Среднегодовая температура и глубина сезонного оттаивания и промерзания грунта Приложение 3
• Расчет температурного режима вентилируемого подполья Приложение 4
• Расчет оснований при строительстве по способу стабилизации верхней поверхности вечномерзлых грунтов Приложение 5
• Расчет свайных фундаментов на действие горизонтальных сил и изгибающих моментов Приложение 6
• Расчет осадок оснований, сложенных сильнольдистыми грунтами и подземным льдом Приложение 7
• Расчет глубины оттаивания грунтов под сооружениями Приложение 8
• Основные буквенные обозначения величин Приложение 9
• Все страницы

Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу I

4.6. Расчет оснований фундаментов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится исходя из условия

где F – расчетная нагрузка на основание;

F_u – несущая способность (сила предельного сопротивления) основания, определяемая расчетом (п. 4.7), а для оснований свайных фундаментов – расчетом или по данным полевых испытаний свай (п. 4.16);

g_n – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемые в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 в зависимости от вида и класса ответственности сооружения, а для оснований опор мостов – согласно СНиП 2.05.03-84 и указаниям п. 9.13 настоящих норм.

4.7. Несущая способность основания F_u, кН (кгс), вертикально нагруженной висячей сваи или столбчатого фундамента определяется по формуле

, (3)

где g_t – температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения, определяемый по указаниям п. 4.10;

g_с – коэффициент условий работы основания, принимаемый по указаниям п. 4.9;

R – расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи или под подошвой столбчатого фундамента, кПа (кгс/см 2 ), определяется согласно указаниям п. 4.8;

А – площадь подошвы столбчатого фундамента или площадь опирания сваи на грунт, м 2 (см 2 ), принимаемая для сплошных свай равной площади их поперечного сечения (или площади уширения), для полых свай, погруженных с открытым нижним концом, – площади поперечного сечения сваи брутто при заполнении ее полости цементно-песчаным раствором или грунтом на высоту не менее трех диаметров сваи;

R_af,i – расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах (i-го слоя грунта, кПа (кгс/см 2 ), определяемое согласно указаниям п. 4.8;

А_af,i – площадь поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверхностью сваи, а для столбчатого фундамента – площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью фун­дамента, м 2 (см 2 );

n – число выделенных при расчете слоев вечномерзлого грунта.

При однородных по составу вечномерзлых грунтах несущую способность основания висячей сваи допускается определять по формуле

где R_af – расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу на поверхности смерзания, кПа (кгс/см 2 ), при средней по длине сваи (эквивалентной) температуре вечномерзлого грунта Т_е (п. 4.12.);

А_af – площадь смерзания сваи с вечномерзлым грунтом, м 2 (см 2 ).

Примечания: 1. При расчете несущей способности основания столбчатого фундамента силы смерзания грунта, определяемые вторым слагаемым формулы (3), учитываются только при условии выполнения обратной засыпки пазух котлована влажным грунтом, что должно быть отмечено в проекте.

2. В случаях, когда слой сезонного промерзания – оттаивания не сливается с вечномерзлым грунтом, несущую способность свай в пределах немерзлого слоя грунта допускается учитывать по СНиП 2.02.03-85. При этом должны быть предусмотрены меры по стабилизации верхней поверхности вечномерзлого грунта.

4.8. Расчетное давление на мерзлый грунт под подошвой фундамента R и расчетные сопротивления мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания фундамента R_af устанавливаются по данным испытаний грунтов, проводимых в соответствии с ГОСТ 24586-81, с учетом коэффициента надежности по грунту g_g, принимаемому согласно указаниям п. 2.8, и расчетных температур грунта основания Т_m, T_z и Т_е, определяемых теплотехническим расчетом по указаниям п. 4.12.

По результатам испытаний грунтов шариковым штампом или на одноосное сжатие расчетные значения R, кПа (кгс/см 2 ), вычисляются по формуле

где c_n – нормативное значение предельно длительного сцепления, кПа (кгс/см 2 ), принимаемое равным: c_n = c_n,eg при испытаниях грунтов шариковым штампом и c_n = 0,5s_n – при испытаниях на одноосное сжатие, где c_n,eg и s_n – соответственно предельно длительное эквивалентное сцепление и сопротивление грунта одноосному сжатию;

g_I – расчетное значение удельного веса грунта, кН/м 3 (кгс/см 3 );

d – глубина заложения фундамента, м (см).

В случаях, предусмотренных п. 2.9, расчетные значения R и R_af допускается принимать по таблицам рекомендуемого приложения 2.

При расчетах несущей способности оснований значения R следует принимать: для свайных фундаментов – при расчетной температуре грунта T_z на глубине z, равной глубине погружения сваи; для столбчатых фундаментов – при расчетной температуре грунта T_m на глубине заложения подошвы фундамента.

Расчетные сопротивления сдвигу R_af,i следует принимать: для свайных фундаментов – при температуре грунта T_z на глубине середины i-го слоя грунта; для столбчатых фундаментов – при температуре грунта T_m на глубине, соответствующей середине нижней ступени фундамента.

При расчетах по формуле (3) значения R_af принимается при средней (эквивалентной) температуре грунта Т_е (п. 4.12).

Для буроопускных свай расчетное сопротивление сдвигу необходимо принимать наименьшим из значений сдвига по поверхности смерзания сваи R_af и сдвига по грунту или буровому раствору R_sh; для буронабивных свай – по значению R_sh. При расчете несущей способности комбинированных свай (дерево-металлических, сборно-монолитных и др.) значения R_af следует принимать с учетом неодинаковой прочности смерзания с грунтом их различных элементов в соответствии с указаниями рекомендуемого приложения 2.

Для свай, опираемых на песчано-щебеночную подушку высотой не менее трех диаметров скважины, расчетное значение R допускается принимать для грунта подушки, а значение А – равным площади забоя скважины. При опирании свай на льдистые грунты с льдистостью ii ³ 0,2 расчетные значения R следует принимать с понижающим коэффициентом n_i = 1 – i_i.

Для кратковременных нагрузок с временем действия t, равным или меньшим продолжительности перерывов между ними, расчетные значения R и R_af допускается принимать с повышающим коэффициентом n_t (кроме опор мостов) в соответствии с данными табл. 2.

Время действия нагрузки t, ч

4.9. Коэффициент условий работы основания g_c принимается по табл. 3 в зависимости от вида и способов устройства фундаментов (кроме опор мостов).

Виды фундаментов и

способы их устройства

Столбчатые и другие виды фундаментов на естественном основании

То же на подсыпках

Буроопускные сваи с применением грунтовых растворов, превышающих по прочности смерзания вмещающие грунты

То же при равномерной прочности грунтовых растворов и вмещающего грунта

Опускные и буронабивные сваи

Бурозабивные сваи при диаметре лидерных скважин менее 0,8 диаметра свай

То же при большем диаметре лидерных скважин

Значения коэффициента g_с приведенные в табл. 3, допускается увеличивать пропорционально отношению полной нагрузки на фундамент к сумме постоянных и длительных временных нагрузок, но не более чем в 1,2 раза, если расчетные значения деформаций основания при этом не будут превышать предельно допустимых значений.

4.10. Температурный коэффициент g_t, учитывающий температурные условия работы основания, устанавливается расчетом в зависимости от состояния и температуры грунтов основания до загружения фундаментов и их изменения в процессе эксплуатации сооружения. Значения g_t допускается принимать равными:

а) g_t = 1,1, если расчетная среднегодовая температура вечномерзлых грунтов Т_о (п. 8 обязательного приложения 3) соответствует твердомерзлому состоянию грунта и не выше расчетной среднегодовой температуры на верхней поверхности вечномерзлого грунта Т’_о (п. 4.13), устанавливающейся в основании сооружения в процессе его эксплуатации;

б) g_t = 1,0, если расчетная среднегодовая температура вечномерзлых грунтов Т_о соответствует пластичномерзлому состоянию грунта и выше значения температуры Т’_о, устанавливающейся в процессе эксплуатации сооружения.

При расчетах оснований трубопроводов, линий электропередач и других линейных сооружений коэффициент g_t следует принимать равным 0,8.

4.11. Передача на фундаменты проектных нагрузок допускается, как правило, при температуре грунтов в основании сооружения не выше установленных на эксплуатационный период расчетных значений. В необходимых случаях следует предусматривать мероприятия по предварительному (до загружения фундаментов) охлаждению пластичномерзлых грунтов (п. 3.14) до установленных расчетом значений температуры.

При соответствующем обосновании расчетом основания по деформациям допускается загружать фундаменты при температурах грунта выше расчетных, но не выше значений: Т = Т_bf – 0,5° С – для песчаных и крупнообломочных грунтов и Т = Т_bf – 1° С – для пылевато-глинистых, где T_bf – температура начала замерзания грунта (п. 5 обязательного приложения 1). Несущая способность основания F_u в этом случае должна определяться при расчетных температурах грунта, устанавливаемых без учета теплового влияния сооружения по формуле (10), принимая коэффициент g_t по расчету, но не более 1,2.

4.12. Расчетные температуры грунтов T_m, T_z и Т_е определяются расчетом теплового взаимодействия сооружения с вечномерзлыми грунтами основания в периодически установившемся тепловом режиме с учетом переменных в годовом периоде условий теплообмена на поверхности, формы и размеров сооружения, глубины заложения и расположения фундаментов в плане, а также теплового режима сооружения и принятых способов и средств сохранения мерзлого состояния грунтов основания.

При расчетах вечномерзлых оснований по несущей способности деформациям расчетные температуры грунтов T_m, T_z и Т_е следует принимать равными:

Т_m – максимальной в годовом периоде температуре грунта в установившемся эксплуатационном режиме на глубине заложения фундамента z_d, отсчитываемой от верхней поверхности вечномерзлого грунта;

Т_е – максимальной в годовом периоде средней по глубине заложения фундамента z_d температуре вечномерзлого грунта в установившемся эксплуатационном режиме (эквивалентная температура грунта);

T_z – температура вечномерзлого грунта на данной глубине z от его верхней поверхности, принимаемой на момент установления температуры Т_е.

4.13. Для оснований свайных, столбчатых и других видов фундаментов сооружений с холодным (вентилируемым) подпольем, опор трубопроводов, линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений, кроме оснований опор мостов, расчетные температуры грунтов T_m, T_z и Т_е допускается определять по формулам:

для оснований сооружений с холодным подпольем под серединой сооружения

; (6)

под краем сооружения

; (7)

под углами сооружения

, (8)

для оснований опор линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений и трубопроводов

где Т’_о – расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности вечномерзлого грунта в основании сооружения, ° С, определяемая согласно обязательному приложению 4;

T_bf – температура начала замерзания грунта, ° С, определяемая согласно обязательному приложению 1;

Т_о – расчетная среднегодовая температура грунта, ° С, определяемая согласно обязательному приложению 3;

a_m, a_z, a_e – коэффициенты сезонного изменения температуры грунтов основания, принимаемых по табл. 4 в зависимости от значения параметра , с 0,5 (ч 0,5 ), где z – глубина от поверхности вечномерзлого грунта, м;

c_f – объемная теплоемкость, Дж/ (м 3 ×° С) [ккал/(м 3 ×° С), и l_f – теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м 3 ×° С) определяемые согласно обязательному приложению 1;

k₁, k₂ и k₃ – коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по табл. 5 в зависимости от отношений z/В и L/В, L и В – соответственно длина и ширина сооружения, м;

k_ts – коэффициент теплового влияния изменения поверхностных условий при возведении фундаментов линейных сооружений, принимаемый по табл. 6 в зависимости от вида и глубины заложения фундаментов z, м.

Значения (ч 0,5 )

SGround.ru

Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов

Сравнение методик расчета фундаментов на морозное пучение

Сравнение различных методик расчетов на пучение

Оглавление

1. Два типа воздействия – касательные и лобовые силы морозного пучения
2. Основные методики расчетов на морозное пучение
3. Расчет на пучение по методике СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»
4. Расчет на пучение по методике СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»
5. Расчет на пучение по «Пособию по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83».
6. Расчет на пучение по методике «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г»
7. Сравнение результатов расчета на пучение по рассмотренным методикам
8. Заключение
9. Связанные статьи

1. Два типа воздействия – касательные и лобовые силы морозного пучения

Не смотря на кажущуюся простоту расчета на воздействие морозного пучения есть много нюансов и спорных моментов при его выполнении. В данной статье я попытался упорядочить все имеющиеся знания на эту тему.

В зависимости от положения подошвы фундамента относительно максимальной расчетной глубины промерзания грунта на фундамент воздействуют следующие силы пучения:

1. Касательные силы морозного пучения — воздействуют на боковые поверхности фундамента если его подошва заложена ниже глубины промерзания.

2. Лобовые и касательные силы морозного пучения — воздействуют на фундамент если его подошва заложена выше глубины промерзания.

Согласно примечанию к п. 6.8.10 СП 22.13330.2016 Малозаглубленные фундаменты допускается применять для сооружения пониженного уровня ответственности и малоэтажных зданий при нормативной глубине промерзания не более 1,7 м. А, например, в Руководстве п. 4.22 говорится что глубина промерзания под подошвой малозаглубленного фундамента должна быть не более 1,0 метра, а под подошвой заглубленного на 0,5 и более — не более 0,5 м.

Если же фундамент не заглублен в грунт вообще (поверхностный фундамент) или заглублен на небольшую глубину и выполнена замена грунта обратной засыпки на непучинистый, то на него будут действовать только лобовые силы пучения:

2. Основные методики расчетов на морозное пучение

Формулы и указания для расчетов на морозное приводятся во многих источниках – нормативных документах, СНиП, СП, пособиях и руководствах. В данной статье приводятся ссылки на некоторые из них:

Расчеты на воздействие лобовых сил морозного пучения выполняются в большинстве источников по формуле (формула из п. 6.2 [4]):

• n₁ – коэффициент перегрузки, равный 0,9;
• n – коэффициент перегрузки, равный 1,1;
• N н – нормативная нагрузка на основание в уровне подошвы фундамента;
• F_ф – площадь подошвы фундамента, см2;
• h₁ – глубина промерзания грунта, считая от подошвы фундамента, см.;
• σ н – нормативное значение нормального давления морозного пучения, создаваемое одним сантиметром промороженного слоя грунта кгс/см3 (по таблице 2 [4]).

Таблица 1. Значение нормального давления морозного пучения

Наименование грунта по степени морозной пучинистости	σ н в кгс/см 3 , при площади подошвы фундамента, см 2
50х50	70х70	100х100	>100х100
Сильнопучинистые	0.06	0.04	0.03	0.02
Среднепучинистые	0.05	0.03	0.02	0.01
Слабопучинистые	0.04	0.02	0.01	–

Как видно из формулы и таблицы, для уравновешивания лобовых сил пучения необходимо на каждый 1 кв. метр площади подошвы фундамента приложить вдавливающую нагрузку от 1 до 6 Тонн при 10 см толщины промерзающего слоя под подошвой. Так же очевидно, что лобовое пучение резко возрастает с увеличением толщины слоя промерзающего грунта под подошвой фундамента и уменьшением габаритов подошвы фундамента. Например если толща промерзающего грунта под подошвой фундамента будет иметь мощность 1,5 м то усилие лобового пучения по расчету составит от 15 до 90 Тонн на каждый кв. метр подошвы фундамента.

Например, при глубине промерзания 1,0 м под подошвой фундамента, и размерах подошвы 1,0х1,0 метра в среднепучинистых грунтах для уравновешивания лобовых сил морозного пучения на фундамент должна приходиться сжимающая нагрузка 22 Тонны (включая массу фундамента), а в сильнопучинистых грунтах – 33 Тонны.

Как правило в частном строительстве, если фундаменты не закладывались ниже глубины промерзания, то это малозаглубленные фундаменты с малыми нагрузками, и они будут испытывать деформации пучения (подъем, перекос). В этом случае необходимо выполнить расчеты на подъем и относительную деформацию пучения (перекос) основания под фундаментом по методике [5]. Расчеты деформаций пучения по [5] достаточно сложны, т.к. они учитывают скорость промерзания грунта, его расчетную темпертатуру и др. Максимальные расчетные значения деформаций не должны превышать предельных допустимых значений, приведенных в Табл. 3.1 [5], а так же в соответствии с указаниями п. 6.8.11 СП 22.13330.2016 [8] по таблице Приложения Г (и прим. 6 к таблице) по аналогии с набухающими грунтами (средний допустимый подъем в размере 25% и относительную разность осадок в размере 50% соответствующих предельных деформаций).

Для расчетов на морозное пучение в первую очередь необходимо определить расчетную глубину промерзания грунта.

Глубина промерзания грунта определяется в соответствии с требованиями действующих на сегодняшний день в РФ нормативных документов на основании климатических данных холодного периода года (информацию следует брать из инженерных изысканий, запрашивать на ближайших метеостанциях или принимать по таблицам СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»). Формулы и указания для определения нормативной и расчетной глубины промерзания грунта рассмотрены в этой статье.

Расчеты на морозное пучение встречаются в большом количестве нормативных документов, учебниках, пособиях и др. литературе. В данной статье будет рассмотрено 4 основных расчета из разных источников:

• по методике СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»;
• по методике СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» — применительно к талым грнутам;
• по методике «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г» (аналогичны, за исключением нескольких отличий, расчету из «Руководство по проектированию опор и фундаментов линий электропередачи и распределительных устройств подстанций напряжением выше 1 кВ»);
• По методике «Пособия по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83»;

Первые 2 документа – действующие нормативы, включенные в перечень обязательных нормативных документов в области строительства.

Так же существуют и другие источники которые здесь не рассмотрены, например: «Рекомендации по совершенствованию конструкций и норм проектирования искусственных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах с учетом природных условий БАМа», Москва 1981 г.

В заключении будет приведена сравнительная таблица расчетов на пучение, выполненных для одних и тех же фундаментов, но по разным методикам. Фундаменты рассмотрены 2х типов – столбы с прямыми боковыми гранями, и столбчатые фундаменты с уширением в нижней части – с развитой подошвой (анкерные фундаменты), всего 4 типоразмера фундаментов.

3. Расчет на пучение по методике СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»

Данный нормативный документ можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ или напрямую по этой ссылке. Это основной норматив в области проектирования фундаментов (кроме районов распространения многолетней мерзлоты), действующий в данный момент (март 2019 г.).

Расчеты на пучение приведены в разделе 6.8 СП 22.13330.2016, основная формула расчета на касательные силы пучения (ф. 6.35):

• — коэффициент условия работы, принимаемый равным 1,0;
• — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1;
• τ_fh — удельная касательная сила пучения («сила смерзания» грунта на поверхности контакта грунт-фундамент). Принимаемая по опытным данным или по таблице 6.12;
• A_fh — площадь сдвига по мерзлым грунтам (площадь поверхности смерзания грунт-фундамент);
• F — расчетная постоянная нагрузка, действующая на фундамент;
• F_rf – расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания в следстиве трения его боковой поверхностью о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания.

Для фундаментов, имеющих вертикальные грани:

• A_f — площадь сдвига талых грунтов (площадь поверхности контакта талый грунт-фундамент ниже расчетной глубины промерзания);
• R_f – расчетное сопротивление талых грунтов сдвигу по боковой поверхности фундамента.

К сожалению, в данном СП умолчали как вычисляется удерживающая сила для фундаментов, имеющих не вертикальные грани, или имеющих развитую подошву. Эти сведения приходится черпать из других источников.

4. Расчет на пучение по методике СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»

Данный документ можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ или напрямую по этой ссылке.

Расчеты на пучение приведены в разделе 7.4 СП 25.13330.2012. Основная расчетная формула точно такая же как и в СП 22. Однако в определении составляющих этой формулы есть существенные отличия:

• F_rf — для фундаментов с анкерной плитой вычисляется не по фактической поверхности контакта грунт-фундамент, а по условной поверхности по периметру анкерной плиты (площадь сдвига равна периметру анкерной плиты, умноженному на толщину слоя талого грунта в пределах фундамента);
• τ_fh — удельная касательная сила пучения, принимаемая по таблице 7.8 и существенно больше чем аналогичный показатель в СП 22.13330.

Расчет по «Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических эмалей» [1] полностью аналогичен расчетам по методике СП 25.13330.2012, включая значения касательных сил пучения.

5. Расчет на пучение по «Пособию по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83»

Данное пособие можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ или напрямую по этой ссылке. Расчеты выполняются по п. 2.148…2.154 Пособия.

Расчет по «Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83» [7] в части фундаментов без анкерной плиты полностью аналогичен расчету по СП 22.13330.2016 (включая коэффициенты по шероховатости поверхности). А вот для фундаментов с анкерной плитой принципиально отличается от всех других методик расчетов:

— вводится сложный понижающий коэффициент к удельной касательной силе пучения (п. 2.154 Пособия к СНиП 2.02.01-83), в зависимости от параметров анкерной плиты. Коэффициент принимается по таблицам и явно имеет какое-то эмпирическое происхождение;

— трение по боковой поверхности для анкерных фундаментов принимается на площадь по периметру анкерной плиты, а не на фактическую площадь боковой поверхности (по аналогии с СП 25.13330.2012).

6. Расчет на пучение по методике «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г»

Данное руководство можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ или напрямую по этой ссылке.

Расчеты на воздействие касательных сил морозного пучения выполняются по пунктам 4.18-4.21 данного Руководства.

Расчет по методике «Руководства по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г» [4] очень похож на расчет по «Руководство по проектированию опор и фундаментов линий электропередачи и распределительных устройств подстанций напряжением выше 1 кВ» [6], однако в [6] τ_fh — удельная касательная сила пучения умножается на коэффициенты, в зависимости от глубины промерзания, а в [4] в расчет принимается фиксированное значение этого параметра. Этот расчет принципиально отличается других тем что:

— нагрузка, вдавливающая фундамент так же уменьшается на 0,9 как и удерживающее усилие, а выпучивающая сила увеличена на коэффициент перегрузки 1,1;

— удельные касательные силы пучения принимаются 100, 80 и 60 Тс/м2 для сильно-, средне-, и слабопучинистых грунтов соответственно;

— глубина, в пределах которой учитывается смерзание фундамента с грунтом ограничена 2,0 м;

— для анкерных фундаментов (с уширением в нижней части) вместо трения по боковой поверхности, удерживающая сила вычисляется как удвоенная масса грунта над свесами подошвы.

7. Сравнение результатов расчета на пучение по рассмотренным методикам

Для сравнения расчетных методик были выполнены расчеты четырех разных фундаментов двух типов в разных грунтовых условиях. Типы фундаментов:

Таблица 2. Принятые для расчетов типы фундаменов

Номер типа фундамента	I	II	III	IV
Тип фундамента	Анкерный	Анкерный	Прямой столб	Прямой столб
Размер сечения колонной части, м	0,8х0,8	0,8х0,8	0,8х0,8	0,8х0,8
Размер подошвы (плитной части) в плане, м	2,4х2,4	2,4х2,4	–	–
Толщина подошвы (плитной части), м	0.5	0.5	–	–
Глубина заложения фундамента, м	3	3.3	4	5
Глубина промерзания нормативная	2	2.2	1.5	1.5

Во всех расчетах приняты неотапливаемые здания (сооружения), противопучинное покрытие и уклон боковых граней фундамента отсутствует, поверхность бетона гладкая, грунты основания – глинистые с показателем текучести 0,3 (или пески мелкие). Расчетная постоянная нагрузка на фундамент принята 8 Тонн-сил во всех расчетах одинаковой.

Результаты расчетов сведены в таблицу:

Таблица 3. Результаты сравнения методик расчета

Номер типа фундамента	I	II	III	IV
Удерживающая сила по методике [8] , Тс	51.42	54.76	33.47	48.51
Выпучивающая сила по методике [8] , Тс	53.5	55.45	45.94	45.94
Удерживающая сила по методике [9] , Тс	56.66	61.4	33.47	48.51
Выпучивающая сила по методике [9] , Тс	60.54	63.19	49.37	49.37
Удерживающая сила по методике [4] , Тс	54.14	59	33.26	48.17
Выпучивающая сила по методике [4] , Тс	56.32	56.32	46.46	46.46
Удерживающая сила по методике [7] , Тс	58.75	63.7	35.52	45.94
Выпучивающая сила по методике [7] , Тс	39.36	48.35	45.94	51.92

(Если удерживающая сила больше выпучивающей то устойчивость фундамента на воздействие морозного пучения обеспечена, и наоборот)

Из таблицы видно, что наиболее жесткие расчетные требования к фундаментам предъявляет расчет по методике СП 25.13330.2016 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» [9].

При этом расчеты для прямых столбов без анкерной плиты дают очень похожие результаты, а для фундаментов с анкерной плитой (подошвой) – результаты расчета существенно отличаются. Особенно выделяется расчет по «Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83» [7] – он показывает для анкерных фундаментов наименьшую силу выпучивания и наибольшую удерживающую силу.

Так же очевидно что для столба без анкерной плиты даже большая глубина погружения с трудом обеспечивает устойчивость на действие касательных сил пучения.

8. Заключение

Методика расчета по «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г» дает вполне адекватные результаты, несмотря на странное ограничение глубины смерзания 2,0 метра.

А вот методика «Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83», как и многие расчеты из этого источника вызывают сомнения, т.к. при некоторых соотношениях расчетных параметров она выдает отрицательные силы морозного пучения для анкерных фундаментов (пучение вдавливает его), что теоретически возможно, но выглядит очень странно и не логично.

При ответственных расчетах на морозное пучение рекомендую придерживаться методики СП 22.13330.2016, или СП 25.13330.2012 если необходимо получить наиболее надежный результат. Данные документы – действующие нормативы и результаты расчетов по ним признают все проверяющие органы, в том числе Гос. Экспертизы РФ.

Самостоятельно выполнить расчеты Вы можете воспользовавшись расчетным файлом по ссылке.

Фундаменты на вечномерзлых грунтах

К домам, которые строят в районах вечной мерзлоты, в силу уникальных грунтовых условий предъявляются особые требования. Начальная стадия – возведение фундамента – в обязательном порядке должна сопровождаться проведением инженерно-геокриологических изысканий с целью адекватного прогнозирования поведения грунта при строительстве и последующей эксплуатации постройки. В этой статье мы рассмотрим 2 принципа, на которых базируется использование вечномерзлых грунтов в качестве основания дома. Учитывая сложность проведения расчета теплового режима грунтов и специфику проектирования фундаментов в таких условиях, мы не рекомендуем делать все своими руками – это как раз тот случай, когда лучше довериться специалистам.

Строительство фундаментов в условиях вечной мерзлоты

Уже после того, как будут проведены инженерно-геокриологические исследования, определяются с проектом дома и его фундаментом. При этом возможно два варианта развития событий: либо стремятся к тому, чтобы сохранить вечномерзлый грунт в его естественном состоянии (наиболее популярное и недорогое решение), либо проектируют здание с расчетом, что основание дома будет находиться в оттаивающем (оттаянном) состоянии. Конкретный выбор делается при сопоставлении технико-экономических расчетов и эффективности рассматриваемых решений.

1 Принцип – сохраняем мерзлое состояние грунта

В соответствии с 1 принципом вечномерзлое основание стремятся сохранить в первоначальном состоянии не только в процессе возведения постройки, но и при его дальнейшей эксплуатации. Данный принцип применяется в тех ситуациях, когда сохранение замерзшего грунта в его исходном состоянии экономически целесообразно. Проще всего строить фундамент на песчаном грунте, который не относится к категории пластичномерзлых. Для последних случаев дополнительно предусматривают мероприятия по уменьшению температуры основания до расчетных значений, а также в расчетах фундамента учитывают возможные пластические деформации основания под нагрузкой.

Следуя первому принципу преимущественно устраивают свайный или столбчатый фундамент, о глубине заложения подошвы которого мы поговорим в конце статьи. Но могут быть и другие решения, например, ленточный фундамент. Единственное условие – не дать верхнему слою грунта изменить свои свойства под воздействием тепла от эксплуатируемого сооружения. Для этого подполье делают холодным, вентилируемым через продухи в забирке или цокольной части дома.

2 Принцип – допускаем последующее оттаивание грунта

Второе решение используют реже и, как правило, при условии, что грунт на строительной площадке не является пучинистым или просадочным, при изменении температурных условий которого деформации не превышают предельно допустимых значений. В этом случае его либо оттаивают перед возведением фундамента, либо проводят все необходимые расчеты и допускают, что основание будет оттаивать во время эксплуатации постройки.

О глубине заложения фундамента

При устройстве фундаментов на вечномерзлом грунте важно правильно определить глубину его заложения. Если речь идет о возведении основы дома по принципу 1, то для разных типов конструкций ее величина назначается отдельно:

• для свайных фундаментов глубина заложения должна быть не менее чем на 2 метра больше толщины слоя грунта, который сезонно оттаивает и промерзает. Расчет ведется на то, что пласт вечномерзлой почвы обеспечит требуемое значение сопротивления на сжатие;
• для всех остальных типов фундаментов глубину их заложения устанавливают больше толщины сезонно оттаивающего грунта на 1 метр;
• если проектируется возведение на насыпном материале с установленными характеристиками, то значение глубины закладки подошвы не нормируется и определяется исходя из условий строительства

Строительство основы дома по принципу 2 подразумевает расчет глубины заложения подошвы фундамента при комплексной оценке толщины сезонно промерзающего грунта (ГПГ), уровня грунтовых вод (УГВ) – все с привязкой к зоне оттаивания, которая будет образовываться при последующей эксплуатации сооружения.

В заключение

Строительство фундамента на вечномерзлых грунтах – занятие, требующее особого подхода, впечатляющих предварительных расчетов и, желательно, работы специалистов в данной сфере. Вы можете построить столбчатый фундамент для бани по принципу 1, без особого риска соорудить легкую постройку, но любой другой капитальный проект стоит поручить профессионалам. Если же все-таки тяга к экономии взяла свое, и вы все равно хотите строить своими руками, то рекомендуем внимательно ознакомиться со СНиП 2.02.04-88 – нормативным документом, в котором подробно изложен фронт работ.

Фундамент на вечномерзлых грунтах

Строительство дома является весьма сложным и ответственным процессом. Некоторые постройки можно легко возводить своими руками, без привлечения специалистов. Но, бывают случаи, когда без помощи просто не обойтись. Прежде всего, это касается анализа почвы и выбор основания под здания. Дело в том, что строительство тех или иных сооружений на некоторых грунтах может составить некоторые сложности. В особенности это касается участков с вечномерзлыми грунтами.

Особенности вечномерзлой почвы

В вечномерзлых грунтах присутствуют льдо-цементные связи. Благодаря этому в период морозов такая почва обладает высокой прочностью. Но, когда температура начинает подниматься, эти связи постепенно разрушаются. В результате этого прочность грунта значительно падает. Количество воды в грунте резко увеличивается, что приводит к его разжижению. В таком состоянии почва становится неподходящей для строительства, не говоря уже о выдерживании веса от построенного здания.

Вечномерзлые грунты занимают довольно большую площадь. В результате этого ученые стали разрабатывать новые технологии, которые позволили бы возводить на них различные строения. Благодаря таким технологиям, уже несколько десятилетий участки с вечномерзлыми грунтами используются для строительства.

Что учесть при проектировании фундамента?

Каждое строительство начинается с составления проектной документации. Это позволяет учесть все нюансы и проблемы, которые могут возникнуть во время строительства. Когда речь идет о вечномерзлых грунтах, в процессе проектирования необходимо учесть:

• Разницу температур. Это касается как деятельного, так и вечномерзлого слоя грунта.
• Промерзание, а также оттаивание почвы, находящейся выше точки оттаивания грунта.
• Пучение почвы в морозный период. Пучение часто приводит к выпучиванию и дальнейшему разрушению фундамента.
• Движение почвы под воздействием тех или иных сил.
• Глубину оттаивания земли.
• Скорость таяния почвы, что часто приводит к непредвиденным усадкам. В некоторых случаях усадка может составить пару метров (подробные рекомендации Вы найдете в статье о просадочных грунтах).

Необходимо учесть все эти нюансы, то можно спроектировать и соорудить прочное основания под здание на вечномерзлых грунтах. В проектной документации в обязательном порядке должны присутствовать схемы геологического разреза с точными указаниями уровня грунтовых и поверхностных вод.

Разновидности фундаментов для вечной мерзлоты

Свайные фундаменты

При выборе фундамента для возведения дома на вечномерзлых грунтах стоит учесть глубину их залегания.

Если речь идет о свайном основании, то он обустраивается на глубине, которая на 2,5 м больше толщины промерзающего и оттаивающего грунта. Для всех остальных типов фундаментов разница будет составлять 1,3 м.

Для строительства зданий на вечномерзлых грунтах могут использоваться столбчатые фундаменты. Конечно, перед тем как приступать к работам, нужно провести некоторые расчеты. Согласно строительным нормам, вес здания должен быть достаточным, чтобы противостоять пучению грунта (читайте также подробную статью про пучинистые грунты). Как показывает практика, одноэтажные сооружения не удовлетворяют этому условию. Поэтому столбчатый фундамент рекомендовано использовать исключительно для строительства зданий в два и более этажа.

Столбчатые фундаменты

При строительстве столбчатого фундамента стоит учитывать, что его нужно правильно углубить. Особенность такого основания заключается в том, что на его возведение не нужны большие денежные затраты. Работы можно легко провести собственными руками, без использования дорогостоящих материалов и специальной техники.

Срок эксплуатации такой конструкции составляет 90 лет, но только при условии, что при строительстве будут выдержаны все требования.

Свайно-винтовая разновидность

На вечномерзлом типе грунта можно использовать свайно-винтовой фундамент. Его можно возводить в любое время года. Основным достоинством является прочность монтажа. Что касается недостатков, так это высокая стоимость фундамента.

Перед возведением конструкции проводят некоторые расчеты и испытания. Это позволяет определиться со следующим перечнем вопросов:

• какова оптимальная длина свай;
• глубина их залегания;
• нужна обвязка или нет;
• существует ли перепад высот
• многие другие нюансы.

Если неправильно подобрать сваю по толщине, то при монтаже она может деформироваться, что негативно скажется на ее несущей способности.

Толщина стенки должна быть не меньше 4 мм. Использование таких материалов позволит соорудить прочное основание для многоэтажных сооружений. Чтобы снизить негативное влияние грунта на фундамент, его устраивают несколько ниже уровня замерзания.

Ленточные фундаменты

На вечномерзлых грунтах часто используют и незаглубленные ленточные фундаменты. Недостаток такого основания заключается в том, что оно не подходит для возведения тяжелых зданий. А это значит, что для строительства нельзя использовать кирпич и камень.

Оптимальным вариантом станут деревянные домики. Чтобы повысить несущую способность конструкции, специалисты рекомендуют использовать опоры из монолитных труб и столбов.

Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах: расчет

Сохранение состояния грунта

Принципиальная схема строения в разрезе с учетом основания

Этот вариант целесообразен для применения, если:

• имеется значительная мощность многолетнемерзлого грунта;
• здания производят выделение большого количества тепла и невелики по площади.

Расчет и обоснование этого варианта был произведен в конце прошлого века. Сейчас он общепризнан и позволяет максимально использовать высокие строительные качества вечномерзлых грунтов.

Суть этого принципа сводится к сохранению изначального состояние грунта, как при возведении строения, так и при последующем его использовании. Это приемлемо при экономической целесообразности сохранения грунта в естественном состоянии.

Легче прочего возводить основания на видах вечномерзлых грунтах, не относящихся к пластично-мерзлым. При наличии таких почв возможно уменьшение температуры основания до необходимых значений. При расчете фундаментов, закладываемых на вечномерзлых грунтах, учитываются предполагаемые разрушения и деформации под нагрузкой.

В этом случае, основной момент – не допустить изменений вечномерзлого слоя. То есть не дать ему изменить свои свойства от тепла, выделяемого эксплуатируемым зданием. Поэтому подполье устраивают холодным и хорошо вентилируемым (через продухи в цокольной части или забирке).

Особенности вечномёрзлых грунтов

Возведённые фундаменты на вечномёрзлых грунтах (ВГ) имеют свои отличия из-за особых механических свойств геологических оснований. Признак вечномёрзлого грунта наблюдается при проведении изыскательских работ в наполненной льдом почве, толще покрова, зонах тектонических сдвигов.

Несущая способность ВГ зависит от механических свойств, так называемого «льдоцемента», изменения температурных циклов и прочих явлений. Чтобы произвести расчёт фундамента на вечномёрзлом грунте, необходимо произвести ряд геологических и мерзлотных изыскательских исследований.

Вечномёрзлые грунты скреплены, пронизывающими льдо-цементными связями, которые представляют собой вытянутые прожилки изо льда, проходящие через массив почвы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Во время наступления тёплого сезона льдо-цементные связи могут частично разрушаться (просто таять). В результате несущая способность грунтового основания существенно падает. В районах с такими условиями почва непригодна для строительства.

Принципы проектирования оснований строений на вечномёрзлых грунтах

Сегодня проектировщики для расчёта фундаментных оснований на ВГ применяют два основных метода проектирования фундаментов на многолетних мёрзлых грунтах (М.М).

Первый метод

Основан метод на сохранении температуры ВГ,не давая возможности оттаивания мерзлоты. Такой способ проектирования используют для районов с залеганием мощных пластов многолетних мёрзлых грунтов. Основные принципы метода были разработаны и осуществлены во втором десятилетии ХХ века. Хотя многие дома и строения в таких городах, как Иркутск, Чита и Хабаровск, были спроектированы и построены по такому принципу ещё в конце Х1Х века.

В основу этого способа включены следующие положения:

• подошва фундамента должна быть погружена в мерзлоту на глубину не меньше 1 м;
• под фундамент делают выемку грунта с таким расчётом, чтобы затем образовавшиеся пазухи заполнить непучинистой почвой;
• обратная засыпка по периметру основания строения в сечении представляет трапецию, обращённой меньшей вершиной вниз;
• строительные объекты должны иметь подполье высотой не менее 0,7 – 1 м;
• по периметру подполья в стенках устраивают технологические проёмы (продухи) для постоянного проветривания помещения.

Схема устройства основания здания по первому принципу

Предназначение продухов заключается в том, что благодаря сквозным отверстиям, подполье постоянно проветривается. Воздушные потоки выносят наружу тёплый воздух и заносят воздушные массы с низкой температурой. Получается своеобразный холодильник, который не даёт проникнуть теплу от дома внутрь мёрзлого основания. Мёрзлый грунт сохраняет постоянную температуру и не теряет свою несущую способность.

В результате наблюдений на протяжении нескольких десятков лет, был сделан вывод о том, что граница вечной мерзлоты под зданием сдвигалась вверх. Это происходило вследствие отсутствия воздействия солнечной радиации, жизнедеятельности деятельного слоя (Д.С). На рисунке показано, как изменяется граница М.М:

Изменение границы кровли М.М под зданием

Устойчивость сооружения, спроектированного по 1-му принципу, определяет по формуле:

Q – сила, противостоящая выпучиванию грунта;

N – полная нагрузка от веса строения;

T – степень смерзания боковой грани фундамента с грунтом;

q – нагрузка от здания, направленная на уступы грунта;

K_c – к-нт однородности;

K₁ – к-нт перегрузки (постоянная величина равная 0,9);

K₂ – к-нт перегрузки от сил пучения (постоянная величина равная 1,1);

F – касательная сила пучения.

Второй принцип

Данный метод проектирования оснований зданий на ВГ допускает некоторое оттаивание почвы непосредственно под строением. Для этого применяют два способа:

• конструктивный;
• предпостроечный.

Конструктивный

Суть метода заключается в расчёте опорных конструкций зданий и сооружений с большим запасом прочности. Проект допускает неравномерную осадку сооружения в течение долгих лет эксплуатации.

Возможные деформации строения из-за образования чаши оттаивания

Такое явление создаёт условия неравномерной осадки, а это в свою очередь может угрожать целостности конструкций дома. Чтобы этого не происходило, проектные организации при расчётах фундаментов закладывают определённый запас прочности.

Предпостроечный

Применение данного метода проектирования обусловлено рядом причин:

1. Многолетний мёрзлый грунт состоит из неоднородных пород с разными показателями сжатия, как в мёрзлом, так и в талом состоянии.
2. Основание сооружения по всей площади подвергается неравномерному прогреву (наличие котельной и прочее).

Противостоять неравномерной осадке зданий можно только одним путём. Нужно проектировать несущие конструкции с достаточным запасом прочности. Для этого устанавливают дополнительные пояса жёсткости из металлопроката высокого профиля.

Район вечной мерзлоты

Инженерно-геологические изыскания

В расчётах несущей способности и особенностей конструкций оснований зданий и сооружений на ВГ используют данные результатов геокриологических исследований. Исследованиями занимаются специализированные проектные организации в соответствии с нормативной документацией. Нормативные документы включают в себя СНиПы, Госстандарт и другие рекомендации.

Результаты геокриологических изысканий включают в себя:

• характеристики геокриологических данных места строительства – площадь и глубина залегания ВГ, средняя температура, высота сезонного оттаивания грунта, уровень грунтовых вод и прочее;
• данные лабораторных исследований и испытаний образцов грунта в полевых условиях. На основании их делают выводы о механическом свойстве грунта как в мёрзлом, так и в талом состоянии, литологическом виде;
• результаты прогнозирования изменений мерзлотного и гидрогеологического состояния грунта в зависимости от сезонных изменений температур, толщины снеговых осадков, высоты деятельного слоя.

Фундамент зимой: можно ли заливать фундамент зимой – преимущества и недостатки

Соблазн заливки фундамента зимой невероятно велик. Стройматериалы для фундамента, как и рабочая сила, в это время стоят намного дешевле, нежели летом, да и свободного времени у любого человека появляется гораздо больше.

Тем не менее, очень многие боятся начинать строительство в холодное время года, поскольку есть целый ряд опасений, которые связаны с возможным разрушением конструкции, плохом застывании растворов, а также предварительном износе некоторых строительных материалов.

Заливка фундамента во время морозов является действительно трудоемким и сложным процессом, однако в то же время, возможным в реализации. Желающим начать постройку именно зимой следует быть готовым к работе в условиях низкой температуры воздуха и тщательном выборе технологий и материалов.

Плюсы и минусы зимней заливки фундамента

Преимущества

• Заливка фундамента зимой оправдана, когда участок земли под застройку обладает очень «хрупким» грунтом. Промерзший грунт хорошо сохраняет форму, потому работы здесь выполняется, как правило, зимой.
• Заливка фундамента в холодное время года оправдано строительством в северных регионах.
• Низкая цена строительных материалов и рабочей силы.
• Зимой у человека больше свободного времени.

Недостатки

• Если летом выкопать под фундамент траншею смогут рабочие, то зимой потребуется применение спецтехники, чтобы справиться с промерзшей землей.
• Есть риск купить некачественные материалы, которые поставщики давно не могли продать.
• Работа в достаточно жестких условиях.

Особенности зимней заливки

Для обеспечения надежности и прочности фундамента загородного дома при его заливке зимой, следует соблюдать определенные правила. В первую очередь, нельзя выполнять работы частями с очень большими промежутками времени между каждой отдельной заливкой. Раствор бетона укладывают небольшими сегментами, быстро перекрывая их следующим слоем. Также нужно:

• Хорошо очистить подготовленную траншею от снега и убрать со дна канавы и арматуры образовавшуюся наледь.
• Накрыть котлован специальным изоляционным материалом.
• Заранее прогреть дно между всеми стенками опалубки.
• Обеспечить полноценный проход к опалубке.

Заливать бетон поверх промерзшей почвы нельзя, так как при оттаивании она будет оседать и вполне может стать главной причиной проседания фундамента.

Заливка фундамента в зависимости от его типа

• Ленточный фундамент. Этот вариант самый популярный среди застройщиков. Минусом заливки основания зимой является низкая производительность труда. Рабочим надо чаще отдыхать, а для некоторых операций нужно гораздо больше времени, нежели летом. Специалисты советуют, насколько возможно, уменьшать число «мокрых» операций. К примеру, применение готовых блоков из бетона. Они доставляются прямо с завода и укладываются в готовый котлован. Для блоков надо будет совсем чуть-чуть бетонного раствора, что означает сокращение «мокрых» работ в разы.
• Готовые бетонные сваи. В случае если задуманное здание легкое, то можно воспользоваться свайной технологией. Такое основание очень популярно среди домов из древесины. Соблюдая правила построения, можно построить надежный и прочный свайный фундамент зимой, который не будет уступать прочим типам оснований. Сваи из бетона делятся на две категории: буронабивные и бурозабивные. Первые делаются способом заливки бетона в пробуренные скважины, бурозабивные же забиваются в землю. Вторая категория гораздо быстрее и удобнее, поскольку сваи можно купить с завода и при этом не делать раствор. Но недостататок данных свай – это их цена и большой шум в момент забивания свай в землю. Решение проблемы – применение технологии винтовых свай. Сегодня данная технология очень распространена и популярна на строительном рынке.

Подробнее про виды и типы фундамента читайте в статье:Как выбрать фундамент для будущего дома?

Как заливать фундамент зимой?

Алгоритм заливки фундамента бетоном зимой:

• Земляные работы. Копать зимой сложно, поэтому используем экскаватор.
• Опалубка. Делается так же, как и летом. Сбиваются щиты из досок, толщиной 20 мм, подпираются специальными распорками.
• Замешивание бетона. Вначале нужно смешать воду с присадкой и пластификатором, чтобы она не замерзала. Затем добавить щебень и песок. Пропорция 1:3.
• Заливка. Прежде чем залить фундамент зимой, желательно выбрать день без ветра и осадков.
• Утепление. Сверху все накрываем пенопластом, придавливаем кирпичами, чтобы мороз не ударил по цементу. Очень низкие температуры могут легко повредить верхний слой. При сильных морозах до -20С не отвердевший бетон находится в полной безопасности. Более -20С – опасно, нужно выстоять его до данного времени как минимум один-два месяца.
• Гидроизоляция. В случае если весенние воды не за горами, а бетон не отвердел, необходимо изолировать его от воды любым способом. Внутри котлована можно вырыть яму для сбора осадков, а затем выкачать всю воду, можно напылить битум, прикрутить рулонный гидроизолятор болтами.