При проектировании и строительстве зданий и сооружений определенную роль играет выбор типа фундамента, который обеспечивал бы не только устойчивость здания, но и сокращение материалоемкости, сроков строительства и трудовых затрат.
В условиях вечномерзлых грунтов (криолизоны) основным условием строительства является сохранение мерзлого состояния грунтов оснований, когда они обладают максимальной несущей способностью (табл. 1). Поэтому для повышения устойчивости зданий в условиях криолитозоны, в основном, используются дорогостоящие свайные фундаменты с проветриваемым подпольем. Железобетонные сваи длиной 6–12 м закладываются намного ниже сезонного оттаивания грунтов.
Таблица 1
Расчетные сопротивления грунтов оснований [1]
|
Грунт |
В оттаянном состоянии, кПа |
В оттаянном состоянии, кПа |
|
Супесь |
300 |
750 |
|
Суглинки |
350 |
650 |
|
Глины |
600 |
650 |
|
Пески (мелкой крупности) |
400 |
850 |
На наш взгляд, для малоэтажного строительства в условиях вечномерзлых грунтов наиболее целесообразным вариантом является устройство малозаглубленных буронабивных свай с расширением ее опоры – «столбчато-ленточного фундамента» [2–3]. Расширенная опора, находящаяся ниже уровня сезонного оттаивания грунта, во много раз увеличивает несущую способность сваи и предотвращает выдавливание ее при замерзании грунта (табл. 1).
Инженерно-геологические изыскания для обоснования проектирования здания проводятся с целью установления геолого-литологического строения площадки строительства, мерзлотных условий, прочностных и деформационных характеристик грунтов основания. Расчет свайного фундамента проведен согласно общепринятой методике [1]. Площадь нижней опоры сваи круглого сечения c диаметром 0,5 м принята S = π⋅R2 = 3,14∙0,252 = 0,19625 м2 (табл. 2–3).
Таблица 2
Результаты расчета несущей способности грунтов оснований на 1 сваю
|
Грунт |
В оттаянном состоянии, т |
В мерзлом состоянии, т |
|
Супесь |
5,22 |
13,04 |
|
Суглинки |
6,09 |
11,30 |
|
Глины |
10,43 |
11,30 |
|
Пески (средней крупности) |
6,96 |
14,78 |
По результатам инженерно-геологических изысканий было установлено, что выбранная строительная площадка (г. Якутск, Намский тракт 15 км, СОТ «Мечта») в геологическом отношении сложена аллювиальными отложениями, представленными песчаными грунтами. С поверхности они перекрыты почвенно-растительным слоем. Температурный режим грунтов основания приведен в табл. 4.
Таблица 3
Результаты расчета несущей способности грунтов оснований на 20 свай
|
Грунт |
В оттаянном состоянии, т |
В мерзлом состоянии, т |
|
Супесь |
104,40 |
260,80 |
|
Суглинки |
121,80 |
226,00 |
|
Глины |
208,60 |
226,00 |
|
Пески (средней крупности) |
139,20 |
295,60 |
Таблица 4
Результаты замеров температур в скважинах
|
Глубина, м |
Скважина, расположенная с краю здания |
Скважина, расположенная под серединой здания размерами 8×8 м |
|
0 |
–1,08 |
–0,37 |
|
1 |
+1,40 |
+1,83 |
|
2 |
+0,35 |
–0,11 |
|
3 |
–0,55 |
–0,79 |
|
4 |
–0,82 |
–0,95 |
|
5 |
–1,01 |
–1,08 |
|
6 |
–1,02 |
–1,19 |
|
7 |
–1,19 |
–1,25 |
|
8 |
–1,16 |
–1,35 |
|
9 |
–1,21 |
–1,36 |
|
10 |
–1,29 |
–1,42 |
Скважины небольшого диаметра 250–300 мм согласно технологии ТИСЭ пробуривают с помощью фундаментного бура ТИСЭ-Ф с откидным плугом [2]. В нашем случае, мы использовали мотобур, но нижнее расширение скважины выполнили с использованием бура ТИСЭ-Ф. Скважины на 20 свай пробурены в середине сентября до границы сезонного оттаивания грунта, что составило 1,85–2,30 м.
Преимущество мелкозаглубленных буронабивных свай с расширением их опоры [3] от широко применяемых буроопускных свай состоит в снижении трудоемкости и затрат на их возведение, а также обеспечении возможности возводить его без привлечения механизированных подъемно-транспортных средств. Однако предложенные способ и конструкция фундамента не адаптированы к использованию в условиях вечномерзлых грунтов. Задача предлагаемого нами технического решения заключается в обеспечении устойчивости мелкозаглубленного свайного фундамента в условиях криолитозоны за счет уменьшения мощности слоя сезонного оттаивания – промерзания грунтов без смещения общего уровня теплового баланса грунта.
Технический результат достигается тем, что конструкция мелкозаглубленного буронабивного свайного фундамента, дополнительно содержит теплоизоляционный экран, размещенный на всей поверхности грунтового основания, его параметры определяют из условий совпадения проектируемого температурного поля, обеспечивающий устойчивость сооружения в течение всего периода эксплуатации [4].
Использование предлагаемого технического решения [4] по сравнению с прототипом [3] полезной модели позволяет обеспечить устойчивость мелкозаглубленного буронабивного свайного фундамента на вечномерзлых грунтах за счет уменьшения мощности слоя сезонного оттаивания – промерзания грунтов без смещения общего уровня теплового баланса грунта посредством использования теплоизоляционного экрана из пенополистирола, размещенного по всей поверхности грунтового основания, придавленного к ней песчаной засыпкой и закрепленного бетонной стяжкой.