Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах: современные принципы проектирования

1. Общие положения

Согласно п. 4.1 СП 25.13330.2020, проектирование оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) выполняется на основе специальных инженерно-геологических и геокриологических изысканий, учитывающих тепловое взаимодействие сооружения с мерзлыми породами и прогноз изменения их состояния при строительстве и эксплуатации.

Изыскания должны включать измерение температуры, определение льдистости, засоленности и физико-механических характеристик грунтов в соответствии с ГОСТ 25100 и ГОСТ 12248.1–12248.11.
Проектирование без достаточного инженерно-геологического обоснования не допускается (п. 4.3).

2. Классификация и характеристики мерзлых грунтов

В соответствии с пп. 5.1–5.3 мерзлые грунты подразделяются на:

  • твердомерзлые — коэффициент сжимаемости mₓ ≤ 0,01 МПа⁻¹;

  • пластичномерзлые — mₓ > 0,01 МПа⁻¹;

  • сыпучемерзлые — дисперсные грунты с низкой льдистостью и слабой криогенной связью.

Коэффициент надежности по грунту (п. 5.8):

  • для мерзлых оснований (принцип I) — γ_g = 1,1–1,2 (при доверительной вероятности α = 0,85);

  • для оттаивающих оснований (принцип II) — γ_g = 1,25–1,5 (α ≥ 0,95).

Расчетное значение характеристики определяется формулой (5.1):

χ=χnγg,chi = frac{chi_n}{gamma_g},χ=γg​χn​​,

где χ — расчётное значение, χₙ — нормативное значение.

3. Принципы использования ММГ как основания

Принцип I — сохранение мерзлого состояния основания (п. 6.1.1).
Применяется, если возможно обеспечить отрицательную температуру в период эксплуатации.
Используется при наличии твердомерзлых грунтов, а также в сейсмоопасных районах.

Принцип II — эксплуатация основания в оттаивающем состоянии.
Применяется при невозможности термостабилизации или при экономической нецелесообразности её применения.

Выбор принципа производится на основе технико-экономического сравнения вариантов (п. 6.1.4).

4. Глубина заложения фундаментов

Минимальная глубина заложения фундаментов (п. 6.2.2) определяется в зависимости от расчётной глубины сезонного оттаивания d_th (для принципа I) или промерзания d_f (для принципа II):

Тип фундамента Минимальная глубина заложения dₘᵢₙ, м
Все типы, кроме свайных d_th + 1,0
Свайные фундаменты зданий и сооружений d_th + 2,0
Сваи опор мостов d_th + 4,0
Фундаменты на насыпях Не нормируется

Пример: при расчётной глубине сезонного оттаивания 1,8 м для свайного фундамента зданий принимается dₘᵢₙ = 1,8 + 2,0 = 3,8 м.

5. Материалы и конструктивные требования

5.1. Бетон и арматура

Согласно таблице 6.2 СП:

  • минимальный класс бетона по прочности на сжатие — В25–В35;

  • морозостойкость — F200–F400;

  • водонепроницаемость — W4–W10;

  • минимальное воздухововлечение — 6–10 %;

  • при температуре воздуха ниже –40 °С рекомендуется бетон В35 F400 W10.

Для железобетонных конструкций в условиях Тср.хол. < –20 °С (п. 6.2.4) применяются:

  • арматура классов А240, А300, А400, А500С по ГОСТ 34028, Р 52544;

  • повышенные требования по ударной вязкости (класс Ас-II или Ас-500С);

  • тяжёлый бетон плотностью 2200–2500 кг/м³.

5.2. Металлические сваи

Используются трубы по ГОСТ 10704, 8732, 54864, 58064.
Антикоррозионная защита обязательна до глубины не менее 1 м ниже подошвы слоя сезонного промерзания (п. 6.2.10).
В морском типе засоления — усиленная защита (раздел 9).

5.3. Заполнение свай

Полые сваи и сваи-оболочки (п. 6.2.7) заполняются:

  • бетоном не ниже В7,5 (ниже слоя промерзания),

  • бетоном В15 — в пределах сезонного слоя,
    или сухой ЦПС (цемент : песок = 1 : 5) с прочностью не менее 10 МПа и морозостойкостью F50.

6. Физико-механические характеристики грунтов

Для расчётов оснований по деформациям и несущей способности (п. 5.5) определяются:

Параметр Обозначение Типичное значение
Коэффициент сжимаемости мерзлого грунта m_f 0,005–0,01 МПа⁻¹
Модуль деформации мерзлого грунта E_f 50–150 МПа
Расчётное давление на подошву фундамента R 0,15–0,40 МПа
Сопротивление смерзанию по боковой поверхности сваи R_af, R_sh 0,15–0,35 МПа
Сопротивление сдвигу под нижним концом R_c 0,25–0,45 МПа
Нормальное давление морозного пучения p_fh 0,1–0,3 МПа
Относительная деформация пучения ε_fh ≥ 0,01
Коэффициент оттаивания A_th 0,4–0,8
Коэффициент сжимаемости при оттаивании m_th 0,03–0,1 МПа⁻¹

Нормативы устанавливаются на основе полевых и лабораторных испытаний (п. 5.4–5.6) с последующей статистической обработкой по ГОСТ 20522.

7. Термостабилизация и мероприятия по сохранению мерзлого состояния

Для сооружений, проектируемых по принципу I, СП (пп. 6.3.1–6.3.4) предписывает:

  • устройство вентилируемых подпольев высотой не менее 1,2 м (при коммуникациях — 1,4 м);

  • укладку вентилируемых каналов или труб под фундаментом;

  • использование сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ, термосифонов);

  • применение теплоизоляционных экранов и дренажей для отвода талых вод;

  • устройство покрытий по грунту с уклоном для отвода воды и гидроизоляцией мест сопряжений со сваями.

Расчёт температурного режима ведётся по приложению Д СП 25.13330.2020 с учётом теплового потока от здания, коэффициента теплоотдачи и теплопроводности грунта.

8. Расчёт несущей способности свайного основания

Расчётная несущая способность одной сваи определяется суммой сопротивлений под нижним концом и по боковой поверхности смерзания:

Rs=RcAc+RafAf,R_s = R_c A_c + R_{af} A_f,Rs​=Rc​Ac​+Raf​Af​,

где:
A_c — площадь нижнего торца сваи;
A_f — боковая площадь сваи в зоне смерзания;
R_c, R_af — соответствующие расчётные сопротивления (табл. 5.5 СП).

Для свай диаметром 0,325 м при R_c = 0,4 МПа, R_af = 0,25 МПа, h_f = 4 м:

Rs=0,4×0,083+0,25×(π×0,325×4)=0,033+1,02≈1,05МН.R_s = 0{,}4 × 0{,}083 + 0{,}25 × (π×0{,}325×4) = 0{,}033 + 1{,}02 ≈ 1{,}05 МН.Rs​=0,4×0,083+0,25×(π×0,325×4)=0,033+1,02≈1,05МН.

9. Мониторинг и контроль

Согласно п. 4.5 СП, соответствие проектным требованиям должно подтверждаться геотехническим мониторингом:
измерениями температур, осадок, деформаций и углов крена фундаментов в процессе строительства и эксплуатации.

Для сооружений повышенного уровня ответственности требуется научно-техническое сопровождение (п. 4.6–4.7), включая оценку геокриологических рисков по СП 539.1325800.2024.

 

Подготовленной на основе положений свода правил СП 25.13330.2020 («СНиП 2.02.04-88»)

 

                                                                    

                                                                        Автор статьи: Царёв Владимир Сергеевич

                                                                      Подписывайтесь на мою страницу в VK: Перейти

                                                                                                 

01.11.2025 
Просмотров: 170