Устройство и расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах

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.

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).

Технология и способы погружения свай

Способ погружения свайных опор в мерзлые грунты при использовании технологии строительства оснований из буроопускных свай, включает следующие операции:

• Предварительное бурение скважин в вечномерзлом грунте.
• Устройство амортизационной песчано-гравийной подушки – в скважину послойно засыпается крупный песок с проведением тщательного уплотнения слоев. Второй слой подушки выполняется из мелкого гравия или щебня мелкой фракции. Устройство песчано-гравийной подушки предполагает выполнение тщательного уплотнения слоев песка и щебня.

• Погружение металлической сваи в подготовленную скважину (существует специальная технология).
• Заполнение пазух свайного фундамента грунтом или раствором – устройство основания под здание в вечномерзлых грунтах предполагает заполнение пространства вокруг наружных поверхностей свайной опоры мерзлым материковым грунтом; цементно-песчаным или цементно-глинистым раствором.

Посмотрите видео, как производится установка буроопускных опор.

Способ погружения свайных опор в мерзлые грунты выбирается в зависимости от комплекса условий, которые включают состояние мерзлых грунтов. В зависимости от ситуации, могут применяться следующие варианты погружения опор:

• Механизированная установка опор – при этом варианте буроопускные опоры монтируются в скважины при помощи специальных механизмов. Способ монтажа опор нельзя назвать экономичным, так как привлекается дорогая грузоподъемная техника.
• Устройство фундаментного основания методом погружения свай в предварительно оттаянный грунт (оттаивание проводится специальными иглами с помощью пара или электричества). Этот способ отличается сложностью и сопряжен с высокими затратами.
• Монтаж свай в скважины заведомо меньшего диаметра (бурозабивной способ).
• Забивка свайных опор в вечномерзлые грунты без проведения предварительной подготовки.

Два первых способа применяются в твердомерзлых грунтах, технология забивного погружения свай применяется обычно в мерзлых пластичных грунтах. Каждый способ имеет свои особенности, преимущества и недостатки, выбирая технологию погружения свай, следует всесторонне оценить существующие условия 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:

K_cQ + K₁ (N + q) >K₂TF

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

Разновидности фундаментов для вечной мерзлоты

Свайные фундаменты

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

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

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.

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.

Винтовые сваи на вечномёрзлых грунтах

Особо следует обратить внимание на устройство фундаментных оснований на винтовых сваях в условиях вечной мерзлоты. Винтовые опоры давно завоевали популярность в сфере устройства фундаментов для зданий и сооружений в тех местах, где возведение опорных конструкций из других материалов проблематично

Установка винтовых опор соответствует первому методу проектирования оснований зданий. Сооружения и дома, построенные на винтовых сваях, не соприкасаются с грунтом и поэтому не оказывают теплового воздействия на вечную мерзлоту.

Расчёт свайного основания на винтовых опорах в условиях многолетней мерзлоты практически ничем не отличается от расчёта несущей способности свай в районах средней полосы и южных районов страны. Единственным ограничением для использования винтовых свай являются скалистые грунты, почвы с крупнообломочными включениями.

Что такое винтовая опора

Винтовая свая представляет собой цельносварную металлическую трубу с винтовыми лопастями на нижнем её конце. Наконечник сваи для ВГ в корне отличается от обычных винтовых опор. Конец сваи имеет зубчатую коронку, что обеспечивает надёжное прохождение слоёв льда и мёрзлой почвы. Длину сваи определяют из расчёта вхождения конца опоры в однородный по составу грунт на глубину не менее 300мм.

Наконечники винтовых свай для ВГ

Установка винтовых свай

Ввиду особых условий, устанавливают винтовые конструкции только механизированным способом. Механизированная установка представляет собой самоходную платформу с подающей стрелой. Стрела оснащена вращающимся силовым механизмом, в котором закрепляют оголовок винтовой сваи. Под воздействием сил вращения опора ввинчивается в мёрзлый грунт, как штопор в пробку.

Установка винтовых свай механизированным способом

Как видно на снимке, сваи устанавливают на расстоянии друг от друга не более 3 м. Верхние части установленных опор нивелируют под одну отметку. Высоту наземной части свай рассчитывают таким образом, чтобы подполье дома достаточно интенсивно проветривалось. Движение воздушных масс под зданием не даёт проникать в толщу ВГ теплу от постройки.

Несущая способность винтовых опор

Строительная промышленность выпускает винтовые сваи длиной от 2,5 м и более. Размеры диаметров стволов: 58, 89 и 108 мм. По специальному заказу производитель изготовит металлические стойки индивидуальных размеров в соответствии с расчётными данными. В данной таблице указана несущая способность винтовых свай заводского изготовления:

58х2500, мм	89х2500, мм	108х2500, мм
1,6	2,5	3,5
1,4	2,2	3,2
0,3	0,5	0,7
2,8	4,4	6,4

Повышение несущей способности винтовых стоек

Повышают несущую способность металлических опор тем, что внутреннюю полость стволов заполняют бетонным раствором. После срезки верхних частей свай под одну отметку, внутрь стволов заливают жидкий бетон. Во время заливки трамбуют каждый слой раствора толщиной 500 – 700 мм. Для этого внутрь ствола опускают гильзу электрического вибратора.

Заполненная полость ствола опоры бетоном не нуждается в антикоррозионной защите. Внешнюю поверхность опор обрабатывают специальными антикоррозионными составами, предназначенными для эксплуатации в условиях вечной мерзлоты.

Уменьшение деформации здания

Проблема вечномерзлых земель состоит в деформации почвенной структуры. От этого может пострадать вся постройка. Для того чтобы предупредить деформационные процессы цементной основы и здания, перед строительством нужно:

• искусственно оттаивать вечномерзлую землю;
• уплотнять и закреплять оттаявшую почву;
• заменять насыщенную льдом землю песком или крупнообломочной почвой;
• увеличивать глубину закладки сооружения основы;
• постоянно регулировать глубину оттаивания почвы;
• пригласить профессионала по инженерно-геокриологическим работам, который проведет все расчеты и создаст проект фундамента.

Виды винтового фундамента.

Свайные фундаменты

Оголовки свай для мерзлых грунтов

По сравнению с другими типами оснований, фундамент на вечной мерзлоте (свайный), имеет значительные преимущества:

• Исключается необходимость разработки природного грунта в котловане, что достаточно тяжело выполнить в силу природных условий местности.
• Свайные фундаменты в мерзлоте допускается возводить при любых погодных условиях, в любое время года.
• Технология устройства свайных фундаментов (способ погружения) отличается простотой, доступностью.
• Свайные основания в условиях мерзлоты обычно заглубляют на большую глубину, поэтому исключается опасность неравномерной осадки здания и опрокидывания конструкций.

Необходимо выполнять тщательные расчеты величины заглубления свайных опор, учитывая весь комплекс действующих факторов по геологическим и гидрогеологическим показателям, в том числе – глубины сезонного промерзания и оттаивания грунта.

Особое внимание следует уделять морозному пучению почв, которые возникают в пылеватых и глинистых почвах. Выпучивание замерзшей почвы чревато неравномерной осадкой при сезонном оттаивании верхних слоев мерзлой породы

В настоящей статье рассмотрим подробно технологию возведения свайных фундаментов в районах вечной мерзлоты.

Свайно-винтовой фундамент

Строительство дома с фундаментом на вечномерзлой почве можно проводить в любое время года. Этот вид основы дома самый дешевый в монтаже. По технологичности он выше ленточного. Обязательная процедура перед сооружением этой основы – это пробное сооружение. Делается это для того, чтобы выяснить, какой длины нужны сваи, необходима ли дополнительная жесткая обвязка, которая нужна на торфяных и болотистых местах, выяснить перепады высот. Очень сильно влияет размер толщины стен свай.

Мероприятия для сохранения вечномерзлого состояния грунтов: 1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 4 – насыпной непучинистый грунт; 5 – теплоизоляция; 6 – вентилируемое подполье; 7 – сваи; 8 – неотапливаемый 1-ый этаж; 9 – вентиляционные каналы; 10 – замораживающие колонки.

Небольшая толщина вызывает деформацию столба свая при углублении на 1,5 м, да и несущая способность сразу падает на 80%. Оптимальная толщина стенки свая – 4-4,5 мм. Этот вид цементной основы называется еще монолитный или сборный. Строительство со свайным фундаментом на вечномерзлой почве – дорогое. Но эта основа прослужит долгую службу. Он является лучшим типом для строительства многоэтажных зданий на пучинистом грунте. Углубление нужно проводить ниже, чем уровень замерзания почвы.

Это позволит уменьшить влияние почвы на фундамент. Каждая свая будет подвержена минимальным касаниям боковых нагрузок.

Дорогим считается этот вид фундамента, потому что применяется специализированная техника. Этот вид строительства фундамента требует применения винтовых свай, под которые не нужно рыть ямы. Они вкручиваются в грунт винтовыми лопастями. Свайные основы выдерживают изменение грунта. Для того чтобы соорудить свайный фундамент, понадобятся некоторые приспособления.

1. Бурильная лопата. Этот инструмент делает сооружение свайной конструкции легче. При помощи лопаты пробуривают скважину, срезая почву. Процедура проводится несколько раз.
2. Свая из рубероида или готовые металлические сваи. Если проектируется сделать сваи из рубероида, необходимо свернуть заранее нарезанные листы, закрепить их с помощью скоб. Затем вырыть траншеи под сваи. Дно траншеи забетонировать раствором с расчетом – 3 ведра песка и 1 ведро цемента. После высыхания вставить в траншеи свернутые в трубу листы рубероида и арматуру для прочности конструкции. Залить бетонным раствором. Консистенция цементного раствора должна быть жидкой.
3. В частных строительствах широко применяют ручные буры. Это ручная бурильная установка, способная пробурить скважину на 2,5-3,5 м. Особенностью этого бура является наконечник – плуг.

Для постройки дома на вечномерзлом грунте можно использовать и ленточный фундамент, но не заглубленный. Но здание должно быть «легким», и материал, из которого строится дом, должен быть не кирпичный. Эти строения – малоэтажные. Строительство кирпичных и каменных домов на незаглубленном фундаменте можно проводить только на скальных грунтах. Для установки ленточного фундамента на вечномерзлом грунте можно использовать 3 варианта строительства: решетка, монолитная труба, столбы. Столбчатый тип применяется при строительстве деревянных домиков (хозяйственные постройки и бани). Столбчатые фундаменты на коротких опорах применяются очень часто. Для строительства ленточного фундамента на вечномерзлом грунте нужны некоторые инструменты.

1. Строительные нити.
2. Строительный уровень.
3. Лопаты и перфоратор.
4. Молоток и измерительная рулетка.
5. Цементный раствор из песка и цемента.
6. Деревянные доски для опалубки.

Применяя все вышеописанные материалы и инструкцию к действию, можно изготовить крепкую, надежную основу для будущего дома. Главное – не торопиться, и все получится.

Типы вечномёрзлых грунтов

К ВГ относят геологическую толщу, находящуюся в замёрзшем виде на протяжении нескольких тысяч лет. Характеристика и толщина слоёв ВГ в основном предопределены местными уровнем промерзания и годовой средней температурой окружающей среды. Поэтому в некотором районе на соседних участках толщины мёрзлого грунта могут существенно различаться или вообще отсутствовать.

ВГ по строению текстуры различают на несколько типов:

• слитная;
• слоистая;
• ячеистая (криогенная).

Слитная

Такая текстура ВГ состоит в основном из льдоцемента с отсутствием крупных включений. Изредка в такой почве встречаются мелкие гнездовые ледяные вкрапления. В большинстве случаев данная структура преобладает в крупнообломочных, гравелистых ипесчаных грунтах.

Слоистая

Мёрзлоестроение такого типа наблюдается в глинистых и песчаных пылеватых почвах. Такое свойство текстуры обычно встречается в наземных массивах ВГ толщиной от 12 до 27 м и более. Слоистое строение ВГ формируется в результате одностороннего замерзания переувлажнённой почвы, подпитанной миграционным водным подтоком из нижерасположенных слоев грунта. Такое основание практически не пригодно для строительства.

Ячеистая

Сетчатое строение ВГ это результат промерзания глинистых пылеватых грунтов. Этому способствует сильное переувлажнение массива со свободным подтоком воды. Грунты с ячеистой структурой обычно располагаются в верхней части деятельных слоёв.

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.

Выбор строительной площадки

Местоположение строительной площадки определяется в соответствии с назначением возводимого здания и типом его конструкций. Строительная площадка выбирается без наличия наледи и отсутствия паводковых вод.

Участки земли, расположенные у подножия гор, зачастую насыщены наледями, вздутиями пучинистых грунтов и глубинными прожилками льда. На пологих склонах такие явления не наблюдаются. Такие участки наиболее приемлемы для строительства.

Для оценки пригодности участка под строительство производят геодезическую съёмку. Также делают съёмку окружающей местности. Это позволит обрисовать всю картину направления естественных водных потоков, возможность их отвода и устройства канализационных каналов.

Глубина заложения основания

Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах требуют расчета необходимой глубины заложения. Если следовать принципу 1, то для различных типов сооружений этот показатель будет различен.

Свайные

Вкручивание винтовой сваи под фундамент в условиях вечной мерзлоты

Этот тип оснований имеет существенные преимущества в сравнении с другими, применяемыми на вечномерзлых грунтах. При их устройстве нет необходимости в трудоемких и затратных по времени работах по подготовке котлована. Также они обеспечивают возможность максимальной механизации работ.

Сооружение фундамента этого типа можно проводить в течение всего года. Его конструкция проще, а расход материалов меньше, чем при устройстве других типов.

Фундаменты из свай не проседают, не перекашиваются при глубоком оттаивании почв. Это можно объяснить тем, что сваи и столбы заглубляют на 8 метров и больше. То есть, они располагаются ниже уровня возможного оттаивания вечномерзлых почв.

Свайно-винтовые фундаменты на вечномерзлых грунтах имеют особые характеристики. Для данного типа применяется вид свай, которые ввинчиваются в почву без бурения.

Иногда бурение все же проводится из расчета: размер скважины должен быть равен проектной глубине ее установки, с диаметром сваи меньше диаметра ствола.

Для данного типа глубина закладки основания выполняется на 2 метра больше величины промерзающего и сезонно оттаивающего слоя грунта. Аргументом для такого решения является то, что слой вечномерзлой почвы будет хорошо сопротивляться сжатию.

Остальные типы

Для остальных видов расчет глубины закладки должен исчисляться исходя из следующего показателя: 1 метр больше слоя сезонно оттаивающей почвы.

На насыпном грунте

При проектировании возведения основания на насыпном материале характеристики которого известны.

Глубина закладки не нормируется, а определяется из конкретных условий.

Вариант 2 предусматривает расчет глубины подошвы основания в момент общей оценки слоя сезонно промерзающего грунта и уровня вод в почве.

Все показатели должны учитывать зону оттаивания при эксплуатации здания.

Вечномерзлые грунты: характеристики, свойства

Вечномерзлыми считаются такие грунты, которые находятся в мерзлом состоянии 3-х и более лет, они имеют неустойчивую структуру, при оттаивании подвергаются значительной просадке в результате нарушений природного структурного состояния.

Срез вечномерзлого грунта

Вечномерзлый слой разделяется на две части по вертикали:

Деятельный слой – поверхностный слой мерзлого грунта подвергается частичному оттаиванию во время летнего сезона и снова замерзает с наступлением зимы. Интенсивные процессы оттаивания и замерзания почвы вызывают пучение, что негативно сказывается на устойчивости и прочности зданий, построенных на этом грунтовом основании.

Мощность деятельного слоя зависит от климата местности и геологического состава залегающего грунта, может составлять от 0,3 до 4,0 метров, при этом при продвижении к югу, толщина деятельного слоя значительно возрастает. Наибольшей толщины поверхностный слой достигает в почвах, сложенных их песка и осколочных скальных пород, имеющих открытые поры.

Различают два типа деятельных грунтов:

• Сливающиеся – в условиях зимних холодов почва деятельного слоя промерзает на всю толщину, и смерзается с вечной мерзлотой основания, на которое опирается.
• Несливающиеся грунты – между деятельным грунтовым слоем и вечномерзлым материковым, существует незамерзающая перемычка.

Вечномерзлая толща – этот грунтовый слой принято подразделять на два вида:

• Непрерывная мерзлая толща – состоит из сплошного однородного слоя мерзлого грунта.
• Толща слоистая – представлена прослойками из смерзшихся почв, льдистых включений или слоев, которые размываются подпочвенными водами.

Вечная мерзлота может быть сложена из грунтов любого типа, среди которых наиболее широко представлены основные группы почв. Самый наименьший процент в мерзлотных почвах составляют скальные породы.

Твердомерзлый грунт

По состоянию вечномерзлые грунты принято подразделять на следующие виды:

• Твердомерзлые – этот вид представлен смерзшимся песком, который в замерзшем состоянии приобретает все свойства и характеристики скального грунта.
• Пластичномерзлые – состоят из глинистых пород, которые в результате глубокого промерзания, содержат замерзшую воду, и могут сжиматься при воздействии определенных нагрузок.
• Грунты сыпучемерзлые – эту группу составляют песчаные и гравийные грунты, которые даже в замерзшем состоянии не скованы льдом, находятся в достаточно рыхлом состоянии.

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.

Буроопускные сваи

Каркас буроопускной сваи

Технология устройства фундаментов из буроопускных свай разработана специально для районов с вечномерзлыми грунтами.

Способ погружения опор включает выполнение основных технологических операций:

• Погружение свай квадратного сечения в заранее приготовленную скважину, превышающую по размерам погружаемую опору.
• Заполнение зазора между свайной опорой и стенками скважины бетонным раствором.

Свайные опоры, принимая нагрузку от веса здания и прочих воздействий, перераспределают ее на нижние слои почвы, а также на боковые поверхности, сжимаемые грунтом.

Промышленность выпускает прямоугольные буроопускные опоры из металла. Внизу ствола имеется уширение с закрепленным опорным элементом и ребрами жесткости. Между телом сваи и наконечником устанавливается специальная цилиндрическая вставка, которая определяет несущую способность всей опорной конструкции.

Габариты свайных опор принимаются согласно проектным расчетам. Для обеспечения повышенной прочности могут быть применены составные опоры, при условии их обязательного опирания на твердое основание.

Рекомендуем посмотреть видео, рассказывающее о процессе монтажа опор в мерзлых почвах.