Север и северо-восток России – это на 60 % почвы, которые находятся в состоянии вечной мерзлоты.
Поэтому возведение фундаментов на вечномерзлом грунте – серьезная проблема.
Строительство зданий на таких типах почв требует длительного предварительного этапа до устройства фундамента.
Который предусматривает глубокое инженерное геокриологическое изучение.
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.
Технологические этапы
Погружение свай в твердомерзлую толщу планирует выполнение следующих операций:
- исследование территории с последующим анализом геологических особенностей;
- определение оптимальной технологии и диаметра винтовых свай с учетом результатов исследований и предполагаемой нагрузки;
- земельные работы — размораживание (оттаивание) и/или бурение в соответствии с выбранной методикой;
- устройство амортизирующих подушек реализуется путем поочередной засыпки в каждую скважину нескольких слоев крупного песка и мелкого щебня с тщательным уплотнением помощью специального приспособления или труб меньшего диаметра;
- установка металлических столбов одним из доступных способов.
Заполнение пространства вокруг выступающих частей винтовых стоек, как правило, проводится с использованием бетонного, цементно-песчаного или цементно-глинистого раствора. Иногда применяется твердая материковая толща: скальные породы, щебень, крупнозернистый песок и пр.
Особенности фундаментов на вечной мерзлоте
Фундаменты на вечномерзлых грунтах требуют особого подхода, для их возведения применяется специальная технология. Уже в момент проектирования опорного основания в условиях вечной мерзлоты, следует предусмотреть ряд аспектов:
- Разработка мероприятий по уменьшению возможных деформаций постройки.
- Тщательный расчет глубины заложения фундамента.
- Выбор вида фундаментного основания с учетом местных условий.
- Технология возведения опоры здания, разработанная для строительства оснований здания в вечной мерзлоте (способ погружения опор).
Строительство дома в любых условиях – ответственный процесс, требующий тщательного выполнения строительных норм и правил, с особой тщательностью следует выполнять технологию работ. В условиях вечной мерзлоты к строительству зданий следует подходить еще более ответственно, выбирая подходящее основание для опоры постройки.
Что включают предварительные исследования
Взятие почвы на анализ
- информацию о геологических условиях конкретного участка застройки (характер залегания, температуру, величину оттаивания слоя и его промерзания, особенности климата в регионе и др);
- материалы об изучении грунтов, особенности строения, физические характеристики в оттаявшем и замерзшем состоянии;
- информацию о будущих изменениях условий на строительном участке (температурный режим на участке и пр.);
- информацию для учета в проекте мероприятий по охране окружающей среды.
После завершения изысканий выполняется проектирование дома и расчет фундамента.
На этом этапе существуют два варианта использования таких грунтов в качестве основания:
- сохранить вечно мерзлую почву в природном состоянии;
- проектировать дом при таком расчете, что его основа будет в оттаявшем состоянии.
Первый вариант самый популярный и менее дорогой. Однако выбор может быть сделан только с учетом технико-экономических расчетов и эффективности.
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.
Свайные опоры в большей мере, чем другие виды фундаментных оснований, способны сопротивляться силам морозного пучения. Устройство основания из свай под здания в условиях вечной мерзлоты, соблюдая необходимую технологию, гарантирует зданию устойчивость, прочность и долговечность.
В настоящей статье рассмотрим подробно технологию возведения свайных фундаментов в районах вечной мерзлоты.
Глубина залегания грунтовых вод и её значение
При закладке фундамента будущего здания глубина залегания грунтовых вод имеет огромное значение: чем она выше, тем больше будет влажность и, соответственно, ниже несущая способность почвы. На практике это приводит к тому, что при строительстве фундамента по мере приближения к уровню воды он будет ею регулярно подтопляться.
Проводить заливку фундамента без предварительного откачивания воды и обустройства гидроизоляции категорически запрещено. Особенно важно знать об уровне залегания грунтовых вод при строительстве на мёрзлых почвах. Во-первых, подобное строительство предполагает большую глубину заземления, что при высоком залегании воды может спровоцировать подтопление.
Во вторых, близкое расположение воды вызывает постепенное подтаивание мёрзлого грунта, что неизбежно приведёт к деформации строения. Поэтому очень важно перед началом строительных работ произвести необходимые исследования местности на предмет наличия грунтовых вод.
Грунтовые воды на мёрзлых почвах проявляются при оттаивании Источник static.imfast.com
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.
Допускается применять для устройства фундаментного основания сваи квадратного сечения и сваи-оболочки. Для повышения прочности последних опор, требуется выполнить бетонирование внутренней полости после завершения монтажных работ.
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.
Особенности погружения
На участках со среднегодовым диапазоном температур на глубине 5–10 м ниже –1,5 0С при сооружении фундаментов в мерзлых грунтах чаще всего используется технология смерзания опорных стоек со структурой твердомерзлой толщи. Винтовые опоры погружают двумя методами: в предварительно устроенные скважины, либо в заблаговременно оттаявшую породу.
Бурение
Монтаж предполагает разметку территории и бурение с использованием спецтехники или особой установки. Оборудование располагается на шлаковой либо щебневой основе с возможностью оперативного смещения для предотвращения оползания пластов в процессе земельных работ. После устройства скважины ее заливают раствором в объеме, необходимом для заполнения пустот. На следующем этапе производится опускание стойки с последующим вытаскиванием обсадной трубы.
Оттаивание
Чаще всего размораживание реализуется с применением паровых игл, нижняя часть которых перфорирована. Горячая среда, подаваемая под давлением 0,6±0,2 МПа из острия инструмента, разжижает замерзшую породу до текучей консистенции, куда постепенно погружается игла.
Скорость установки зависит от структуры участка, диаметра необходимой полости и требуемой глубины. При небольшом количестве льда процесс занимает до 3 часов, а при большом уровне насыщения влаги — до 8 часов. Опускание иглы производится с таким расчетом, чтобы обеспечить разжиженную зону, превышающую в 2–3 раза сечение опоры.
После опускания стойки в оттаявшую жижу происходит естественное смерзание поверхности трубы с вечномерзлой толщей. В результате винтовая опора быстро приобретает расчетные параметры несущей способности.
Сад и клумбы на мёрзлых грунтах
При обустройстве сада и клумб на приусадебном участке следует понимать, что далеко не все культуры способны переносить суровые зимы. Поэтому свой выбор лучше остановить на морозостойких сортах растений. К тому же полезно будет узнать, что именно хорошо приживается и растёт в данной местности.
Не все растения могут приживаться на мёрзлой почве Источник rasekhoon.net
Колодец или скважина на мёрзлом грунте
Решить вопрос с водообеспечением на участке можно, выкопав собственный колодец или скважину. Однако сделать это на мёрзлой почве будет гораздо сложнее, чем на обычной.
Для углубления в почву, особенно, если до грунтовых вод несколько метров, понадобится специальный инструмент (отбойный молоток), который может значительно облегчить процесс.
Также нужно будет позаботиться о мерах против морозного пучения, которое способно разрывать кольца внутренней гидроизоляции колодца. Для этого рекомендуется применять кольца со специальными замками, предотвращающими их смещение, или специальные скобы.
А ещё нужно обязательно продумать способы наружного утепления конструкции.
