Author: Маркизов Л.П.
Tags: подземное строительство земляные работы фундаменты строительство тоннелей отдельные виды строительства строительство строительные материалы проектирование
ISBN: 5-274-00929-8
Year: 1991
Text
Л. П. МАРКИЗОВ
чм на подсыпка?
из дренирующих
материалов
1991
Л. П. МАРКИЗОВ
ЗДАНИЯ
НА ПОДСЫПКАХ
ИЗ ДРЕНИРУЮЩИХ
МАТЕРИАЛОВ
ЛЕНИНГРАД
СТРОЙ ИЗДАТ. ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1991
ББК 38.79
М 26
УДК 624.139.2
Маркизов Л. П.
М26 Здания на подсыпках из дренирующих материалов. Л.:
Стройиздат. Ленингр. отд-ние.— 1991.— 120 с., ил.
ISBN 5-274-00929-8
В книге рассматривается проектирование. стр«шгельстно и >ксплтетания «ланий иа нареч-
ных но.цыпках и» тренирующих материалов с испо.п. шианнсм грунтов л<> принципам I и II
с сохранением мерзлого состояния я течение всего срока жентуатации «дачий и на талых
грунтах .Чаны практические рекомендации о пределах применимости способа устройства
нулевого цикла иа подсылке Вскрыты резервы снижения стоимости фундамситостроеиия и
сокращении «атрат труда и других ресурсов
Рассчитана на проектировщиков и строителей, «аиимающихси возведением малоэтажных
зданий па нечномер«лых или талых грунтах
м 3307000000—193
047(01)-91
153-91
ББК 38.79
ISBN 5-274-00929-8
© Маркизов Л. П.. 1991
ВВЕДЕНИЕ
Стратегия строительного комплекса Советского Союза направ-
лена на становление и развитие рыночных отношений. В условиях
рыночной экономики в числе первостепенных задач большое зна-
чение имеют ускорение научно-технического прогресса, кардиналь-
ное повышение эффективности производства, сокращение продол-
жительности строительного процесса, проектирование менее тру-
доемких конструктивных элементов.
В районах распространения вечномерзлых грунтов, занима-
ющих более половины территории Советского Союза, весьма
трудоемкими и дорогостоящими являются работы по устройству
фундаментов под здания и сооружения, достигающие 15—20 %
и более стоимости всего объекта.
Вечномерзлые грунты и продолжительность периода, когда
грунты находятся в сезонномерзлом состоянии, обусловливают
специфику строительства. Одной из особенностей строительства
в районах вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания
грунтов является сложность разработки мерзлых грунтов и спе-
цифические особенности сваебойных работ, связанные со значи-
тельными затратами материальных и трудовых ресурсов. В этих
условиях представляется целесообразным использование таких
способов фундаментостроения, при которых эти виды работ значи-
тельно сокращаются или заменяются другими, требующими мень-
ших ресурсов.
Одним из таких способов является устройство фундаментов
зданий и сооружений на подсыпках из дренирующих материалов
без заглубления их в естественный грунт. При использовании
этого способа подсыпка возводится на предварительно подготов-
ленной поверхности площадки, после чего на подсыпке или в ее
массиве устраивается фундамент здания (рис. 1), а на нем
надфундаментные конструкции.
Начало строительства первых зданий на подсыпках относится
к 30-м годам, когда два таких здания были возведены в Забай-
калье. С 1937 г. здания на подсыпках возводятся в Воркуте и
прилегающих поселках, где общее количество их за почти 50-лет-
ний период превысило 1,5 млн. м2 общей площади. Часть зданий,
носящих как временный, так и постоянный характер, эксплуати-
руется и до сих пор.
3
Рис. I. Схема фундамента на подсыпке
I — часть подсыпки, выполняемая до устройства фундамента; 2 верхний слой подсынки,
выполняемый после устройства фундамента; 3 фундамент
В последние годы строительство на подсыпках ведется в Якут-
ске, Норильске, районе Комсомольска-на-Амуре и в других ре-
гионах. В качестве материала для подсыпок используются шлак,
гравий, гравийно-песчаная природная смесь, горелая порода шахт-
ных терриконов и другие местные материалы.
До середины 60-х годов строительство на подсыпках велось
без достаточных теоретических обоснований, причем конструктив-
ные параметры принимались и изменялись эмпирически. В 1967 г.
автор обобщил многолетний опыт возведения зданий и сооружений
на подсыпках, разработав Временные технические рекомендации
на возведение зданий на подсыпках в условиях Воркуты [1]
(ВТР-67).
Обследование большого количества зданий на подсыпках по-
казало, что в тех случаях, когда они спроектированы, построены
и эксплуатируются с учетом мерзлотно-грунтовых условий данного
региона, их техническое состояние удовлетворительное, там же,
где принцип использования грунтов, подстилающих подсыпку, был
выбран неправильно, здания и сооружения во многих случаях
подвергались различной степени деформациям.
В 1970 г. ВТР-67 на Научно-техническом совете б. Госстроя
РСФСР секцией строительства фундаментов в условиях сурового
климата и на вечномерзлых грунтах были рассмотрены и рекомен-
дованы к использованию организациям, ведущим строительство
на подсыпках.
В 1971 г. В. Г. Тишиным были разработаны Рекомендации по
проектированию и устройству подсыпок для возведения зданий
без заглубления фундаментов в грунт в условиях Севера (Р-95—71),
основанные на результатах экспериментальных исследований в
натурных условиях пучинистых грунтов г. Ухты Коми ССР и при-
легающих трасс нефте- и газопроводов, где отмечается глубокое
сезонное промерзание, но отсутствуют вечномерзлые грунты.
Р-95—71 утверждены Миннефтегазстроем СССР в качестве ве-
домственной инструкции по проектированию и строительству мало-
этажных притрассовых зданий на подсыпках в условиях Севера
при несущей способности естественного грунта ^0,5 МПа [2].
4
По заданию б. Госстроя РСФСР Северное отделение ВНИИ
оснований и подземных сооружений имени Н. М. Герсеванова
обобщило имеющийся фактический и теоретический материал по
строительству зданий на подсыпках и разработало Рекомендации
по проектированию и устройству зданий на подсыпках в районах
распространения вечномерзлых грунтов, изданные в 1977 г. Реко-
мендации разработаны коллективом авторов в составе кандидатов
технических наук Л. Н. Хрусталева, Л. П. Маркизова, А. Л. Мин-
дича, инженеров Ю. С. Миренбурга и Ю. А. Александрова под
руководством д-ра техн, наук проф. Г. В. Порхаева; использованы
данные И. И. Романенко. В. Г. Тишина и Ю. Я. Велли. В основу
Рекомендаций положены требования СНиП 11-18—76 «Основания
и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования»
и ВТР-67 «Временные технические рекомендации на возведение
зданий на подсыпках в условиях Воркуты», а также опыт строи-
тельства и эксплуатации зданий на подсыпках в ряде районов
распространения вечномерзлых грунтов (Якутск, Забайкалье
и др.) [3].
Способ устройства фундаментов на наземных подсыпках явля-
ется перспективным и эффективным на строительстве малоэтаж-
ных зданий не только в районах распространения вечной мерзлоты
или в суровых климатических условиях, где отмечается глубокое
сезонное промерзание поверхностного слоя грунта, но и в других
регионах, где имеются пригодные для этих целей местные дрени-
рующие материалы. Этот способ с успехом может использоваться
при пионерном строительстве в малоосвоенных районах для воз-
ведения временных комплексов в начальном периоде освоения
территорий, подлежащих застройке. На таких основаниях могут
устраиваться фундаменты производственных, жилых, соцкульт-
бытовых объектов. Вместе с тем, как показал опыт, фундаменты
на подсынках могут возводиться и под здания с продолжительным
сроком эксплуатации, устраиваемые как из индустриальных кон-
струкций, так и из «традиционных» материалов (кирпича, бруса,
бревен).
Накопленный опыт может быть полезен строителям, рабо-
тающим на возведении предприятий, входящих в формируемые
новые территориально-производственные комплексы и промыш-
ленные узлы.
Глава I
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ,
ВЛИЯЮЩИЕ НА ОРГАНИЗАЦИЮ
И ВЫПОЛНЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
В СЕВЕРНОЙ ЗОНЕ
§ 1. Климатические и мерзлотно-грунтовые
условия
Воркутинский район Европейского Севера СССР входит в
южную зону распространения вечномерзлых горных пород и имеет
весьма сложные мерзлотно-грунтовые условия. Толща мерзлых
пород имеет широкое распространение, достигая мощности 130 м.
В ряде случаев эта толща характеризуется относительно неболь-
шой охлажденностью (до —2 °C на глубине 7—10 м) и высокой
льдистостью [более подробно см. 6). Район Воркуты с пластично-
мерзлыми грунтами существенно отличается от других районов
распространения вечномерзлых грунтов. Здесь применяются оба
принципа использования грунтов, предусмотренные СНиП
2.02.04—88. На отдельных площадках, где залегают талые грунты,
строительство ведется по СНиП 2.02.01—83.
Рассмотрим специфику строительства в условиях распростра-
нения вечномерзлых грунтов и периода, когда грунты в сезонно-
мерзлом состоянии. Одной из особенностей строительства в вор-
кутинском районе является сложность разработки мерзлых грун-
тов, которая связана со значительными затратами материальных
и трудовых ресурсов.
В Воркуте и на прилегающей территории суровый климат.
Город расположен за Полярным кругом между 67° 10' и 68°00' се-
верной широты и 63°20'—65°00' восточной долготы от Гринвича,
в юго-восточной части Большеземельской тундры. Здесь в течение
продолжительного периода года преобладают отрицательные тем-
пературы. Многолетняя среднегодовая температура здесь — 5,7°С
(г. Воркута), —7.5 °C (пос. Хальмер-Ю). Суровая зима с ветрами
и пургами, 3—4-недельной полярной ночью длится 8 месяцев —
с октября по май. С 12 декабря по 5 января солнце в Воркуте
вообще не восходит. В конце августа начинается похолодание,
а к 1 октября зима сковывает льдом реки. Ветры зимой преобла-
дают южные и юго-западные, скорость ветра достигает 40 м/с;
среднегодовая скорость ветра 5 м/с в Воркуте, 5,3 м/с в Хальмер-Ю.
На возвышенностях слой снега составляет 10—50 см, а на под-
ветренных склонах, в долинах рек, оврагах и лощинах пласты
снега достигают нескольких метров. Среднегодовое количество
осадков равняется примерно 600 мм. Зимой температура воздуха
6
доходит до —53,2 °C, летом положительная температура воздуха
достигает + 31,1 °C.
Наименьшая продолжительность безморозного периода наблю-
далась в 1946 г,— 17 дней (с 28 июля по 15 августа), наиболь-
шая _ в 1939 г. — 87 дней (с 6 июня по 2 ноября). Продолжитель-
ность периода с положительной среднемесячной температурой
воздуха длилась 122 дня (июнь—сентябрь), период времени между
средней датой схода снежного покрова и средней датой его появ-
ления __ 123 дня (с 30 мая по 2 октября), продолжительность
периода с положительной температурой поверхностного слоя грун-
та — 120 дней (июнь—сентябрь) [7].
Ухтинский район Коми ССР характеризуется суровыми при-
родно-климатическими условиями и континентальностью климата
и приравнен к Крайнему Северу. Лето здесь теплое и влажное,
зима холодная и многоснежная. Переход температур (среднесу-
точных) через 0 °C: весной— 18 апреля, осенью— 11 октября.
Количество дней с положительной температурой — 154, с отрица-
тельной — 211. Зимой возможны понижения температуры воздуха
до —51 °C, максимальная летняя температура может достигать
+ 35 °C.
В течение года преобладают западные, юго-западные и южные
ветры, суммарно составляющие около 50%. Теплый период года
отличается повторяемостью северных ветров (до 20%). Число
штилей в среднем составляет 13%. Средняя годовая скорость
ветра в районе изменяется от 2,5 до 4 м/с, в зимний период дости-
гает 6 м/с. Наибольшие скорости ветра в отдельные дни наблю-
дались до 20—24 м/с. С усилением ветра зимой бывают метели.
Среднегодовая температура воздуха +1,2 °C.
Вечномерзлые грунты в ухтинском районе отсутствуют, а сезон-
ное промерзание грунтов в зимнее время — глубокое, например,
средняя глубина промерзания суглинистого грунта 190 см, влаж-
ного песчаного — 230 см. Снежный покров устойчив: средняя
высота его 76 см, максимальная — до 1,2 м. Снежный покров
появляется в середине октября — начале ноября и держится до
конца апреля — начала мая.
В этих природно-климатических условиях грунты подвержены
морозному пучению, которое наносит большой ущерб народному
хозяйству. При возведении малоэтажных зданий влияние этого
свойства промерзающих грунтов необходимо учитывать и разра-
батывать противопучинные мероприятия.
Усинск и прилегающий к нему район расположены в южной
части Болыпеземельской тундры на правом берегу реки Усы, у впа-
дения в нее реки Колвы. К усинскому району примыкает Возейская
нефтяная структура. Климат, вследствие значительной удален-
ности от Атлантического океана, характеризуется суровостью и
континентальностью. Поданным метеостанции Усть-Уса среднего-
довая температура, рассчитанная за 40 лет наблюдений, равна
3,2 °C. Минимум среднегодовой температуры —5,5 °C, макси-
7
мум —0,7 °C. Ход температуры воздуха по месяцам следующий:
в январе —18,1 °C, в апреле —4,1°. в мае +1.4°, в июне +9.6О.
в июле +13,8°, в октябре —1,9°, в декабре —15,9 °C.
Среднегодовое количество осадков велико и составляет 610 мм,
большая часть выпадает в летний перид (62,8 % от общего коли-
чества). Большая величина стока определяет повышенную влаж-
ность территории. Средняя за зиму толщина снежного покрова
на защищенных лесом участках 90 см, на открытых участках 53 см.
Благодаря снежному покрову температура поверхности грунта
выше среднегодовой температуры воздуха на 3—4 °C.
В гидрогеологическом отношении территория характеризуется
близким залеганием к поверхности зеркала грунтовых вод —
от 0.2 до 2,4 м. Мощность водоносного горизонта 12—17 м. Высокое
залегание грунтовых вод, большое количество осадков при сравни-
тельно малом испарении и равнинный характер территории обус-
ловливают сильную заболоченность ее (до 40 % площади) и пре-
обладание болотных грунтов и илов. Мощность торфяников от
0,3 до 4 м, илов — до 1 м.
Промерзание грунтов в этом районе начинается в конце октяб-
ря — начале ноября, полное оттаивание происходит в середине
мая. Наибольшая глубина промерзания обычно наблюдается в
феврале—марте и достигает в естественных условиях 1.2—2 м.
Нормативная глубина сезонного промерзания глинистых и сугли-
нистых грунтов составляет 2,6 м, супесей и песков — 3,1, тор-
фов — 0,7 м.
Несмотря на довольно низкую среднегодовую температуру
воздуха вечномерзлые грунты в Усинском и Возейском районах
отсутствуют. Описанные особенности отражаются на специфике
проектных решений зданий и сооружений и на организации
строительных процессов.
Основными специфическими условиями строительства в Но-
рильском регионе являются температура вечномерзлых грунтов
в диапазоне от —0,1 до —5 °C. толщина сезоннооттаивающего
слоя грунта (в зависимости от его структуры) от 0,4 до 3 м и значи-
тельная просадочность льдонасыщенных вечномерзлых грунтов в
период оттаивания.
Вечномерзлые грунты имеют сплошное и островное залегание:
последнее чаще всего встречается вдоль южной границы зоны
вечной мерзлоты. Мощность слоя вечномерзлых грунтов в зависи-
мости от климатогеографических и геотермических условий в
осваиваемых районах Норильска изменяется в пределах от 10 до
400 м. Среди вечномерзлых грунтов особые сложности для строи-
тельства представляют сильнольдистые, засоленные, а также грун-
ты с примесью растительных остатков, различаемые по степени
заторфованности.
Коренные породы залегают на глубине от 0 до 80 м и представ-
лены габбро-диабазами, долеритами, порфиритами, мергелями,
известняками, гипсами, сланцами, доломитами, песчаниками,
8
аргиллитами и алевролитами. Структура и глубина залегания
этихИород часто различаются даже в пределах основания одного
и того же сооружения.
Не менее разнообразны по своему составу и криогенному
строению четвертичные отложения, представленные здесь тонко-
дисперсными супесями и суглинками со слоистой и сетчатой
текстурой, мелкозернистыми песками и галечниками массивной
текстуры, глинами и торфами. Льдонасы темность грунтов часто
достигает 40 %. Осадка этих пород при оттаивании без нагрузки
колеблется в пределах от 5 до 40%.
Производство строительных работ в суровых климатических
условиях и при наличии вечномерзлых грунтов связано со значи-
тельными трудностями, в особенности на площадках, где водо-
насыщенпость достигает £ = 304-40 %, т. е. по существу на
болотах.
В условиях Норильска применяются различные проектные ре-
шения. касающиеся конструкции фундаментов, выполняемых в кон-
такте с вечномерзлыми грунтами, методов выдерживания бетона
в контакте с вечной мерзлотой, устройств буронабивных, трубо-
бетонных свай, свай-стоек и др. Вместе с тем разработана конст-
рукция зданий, в которых основанием фундаментов является
вентилируемая подсыпка, позволяющая также сохранить мерзлое
состояние грунтов под малоэтажными зданиями.
§ 2. Строительные свойства
приповерхностного слоя грунта
Рассмотрим кратко характеристику покровных грунтов терри-
тории г. Воркуты и более подробно строительные свойства при-
поверхностного слоя на примерах тех площадок, где проектиро-
вались и возводились здания на подсыпках.
Верхняя часть геологического разреза представлена рыхлыми
наносами четвертичного возраста. Мощность их неодинакова
и на некоторых участках достигает 120—130 м. По генетическому
признаку толща четвертичных отложений подразделяется на че-
тыре основных типа (сверху вниз): покровно-делювиальные обра-
зования, отложения верхней морены, межледниковые отложения,
отложения нижней морены; последняя залегает на скальных
породах. На заболоченных участках имеются современные озерно-
болотные отложения и торф.
Покровно-делювиальные отложения представлены главным об-
разом суглинками с редкими включениями мелкой гальки и гра-
вия, количество которых возрастает с глубиной. Мощность по-
кровных делювиальных образований чаще всего составляет от 0.5
до 1 м. на склонах — не более 3 м, у подошвы склонов — 5 м.
Покровные суглинки характеризуются высоким содержанием пы-
9
леватых частиц — в среднем от 45 до 55 % и значительной влаж-
ностью — от 15 до 39 %, чаще от 25 до 30 %.
Грунты верхней морены представлены в основном суглинками
и супесями, часто пылеватыми. Содержание пылеватых фракций
в отложениях верхней морены меньше, чем в покровных суглин-
ках,— от 35 до 45%, гальки и гравия — до 5—10%. Влажность
их близка к пределу текучести, но зависит от того, в каком состоя-
нии (мерзлом или талом) они находятся. При наличии ледяных
прослойков в мерзлых грунтах их суммарная влажность больше,
чем влажность талых грунтов. После оттаивания эти грунты пере-
ходят в текучее состояние. В переходной зоне верхней морены
количество пылеватых частиц составляет всего лишь 18—27 %.
Нижнеморенные отложения представлены суглинками и супеся-
ми с включениями гравия, гальки и валунов. Эти грунты чаще
всего находятся в вечномерзлом состоянии. Их льдистость в верх-
ней части слоя в среднем равна 25—31 %, с глубиной она умень-
шается.
Флювиогляциальные пески и супеси в талом состоянии обычно
водонасыщены, так как благодаря хорошей фильтрационной спо-
собности они часто служат путями циркуляции грунтовых и под-
земных вод. В мерзлом состоянии они содержат небольшое коли-
чество ледяных прослойков и поэтому после оттаивания мало
уплотняются.
Озерно-болотные отложения состоят преимущественно из пыле-
ватых суглинков и глин, реже из супесей. В них встречаются
мощные (до 20—40 см и более) ледяные прослойки и линзы
льда. После оттаивания эти отложения обладают малой несущей
способностью.
Все грунты воркутинского района (в настоящее время талые)
в течение четвертичного периода подвергались неоднократному
промерзанию и протаиванию. Грунты после оттаивания в течение
некоторого времени имеют повышенную пористость. Эта особен-
ность талых грунтов объясняется тем, что процесс уплотнения
под влиянием собственной массы в них еще не закончился [20).
Взаимное расположение сезонномерзлых и вечномерзлых грун-
тов на различных площадках Воркуты неодинаково (табл. 1.1).
Часто вечномерзлые толщи грунтов прорезаются талыми прослой-
ками, что вызвано широким распространением водоносных флю-
виогляциальных отложений. Температура вечномерзлых грунтов
воркутинского района находится в пределах от 0° до —2 °C.
При этих температурах, как известно, происходят наибольшие
изменения фазового состава воды в грунтах, в силу чего прочность
грунтов изменяется. Температура мерзлых грунтов изменяется так-
же в зависимости от глубины и от условий площадки (табл. 1.2).
Толщина слоя ежегодного зимнего промерзания и летнего
оттаивания различна в зависимости от режима снегоотложений
и отепляющего влияния грунтовых вод. Количество снега на за-
строенной территории Воркуты выше, чем на равновеликой пло-
10
Таблица 1.1. Сезонное промерзание и верхняя поверхность вечномерзлых грунтов на площадках,
где проектировались здания на подсыпках
ный) скважина 6,3, одна скважн-
' на 2,6, в тринадцати скважинах
не обнаружена
1!
Таблица 1.2. Максимальная температура
мерзлых грунтов, °C
от Глубина поверхности. м На хорошо охлаждаемых участках с малым снежным по- кровом Под зданием с продуваемым подпольем, под дорогами, холодными постройками
2 -0,3 -0.5
3 -0.5 -0.8
4 -0,6 -1.3
5 -0,7 -1.5
9—15 -1.0 -1.9
щади в открытой тундре. На застроенной территории распреде-
ление снега происходит неравномерно, плотность его также неоди-
накова (табл. 1.3). Повышенное снегонакопление на застроенной
территории приводит к изменению температуры грунтов (повы-
шению) .
В Воркуте температура грунтов' в целом постепенно повыша-
ется, а верхняя поверхность вечномерзлых пород опускается.
Если в Воркуте общую площадь участков, где до застройки слой
сезонного промерзания сливался с вечномерзлой толщей, принять
за 100%, то в настоящее время на такие участки приходится
только 10 % [20]. Происходящий процесс понижения верхней
поверхности вечномерзлых грунтов вызывается теплофизическимц
явлениями и вызывается рядом причин, в том числе теплоотдачей
зданий в грунт.
Пылеватые покровные делювиальные отложения, на которых
чаще всего устраивается подсыпка, исследованы на различных
строительных площадках при предпостроечных изысканиях
(табл. 1.4 и 1.5).
По своим характеристикам (см. табл. 1.5) грунты приповерх-
ностного слоя относятся в основном к тяжелым пылеватым суглин-
кам, так как содержат менее 40 % частиц размером от 2 до 0,05 мм
и имеют число пластичности 0,12 <1 /р < 0,17 [21, раздел 2], и лишь
на немногих отдельных площадках — к легким пылеватым суглин-
кам или пылеватым глинам.
Таблица 1.3. Высота и плотность снежного покрова
на характерных участках городской территории
и естественной площадке за пределами г. Воркуты (20, с. 391
Физические характе- ристики снежного покрова Естественная площадка за пределами города Площадки в городе
дворы бульвары н улицы плошадн
Высота, см 78 130 120 10
Плотность, г/см3 0,36 0,30 0,31 0.69
12
таллина 14 Средине показатели гранулометрического состава
приповерхностного слоя (201
Грунт Размер частиц, мм. и их содержание, %
> 6 6—1 1.0- 0,25 1.25- 0.1 0.1 — 0,05 0,05 — 0.01 0.01 — 0.005 <0.005
Супеси 0,1 0,5 1.7 12,4 11,6 55,7 10,3 7,7
Суглинки: легкий пыле- — 0.3 1.0 11,9 10.9 52,5 10,8 12,6
ватый тяжелый пы- леватый 0,1 0.3 1,1 10,5 10,6 44.2 9,5 23,7
По степени влажности G (доля заполнения объема пор грунта
водой) грунты относятся к насыщенным водой: 0,841 <G<1.
Плотность изменяется незначительно — в пределах от 2,69 до
2,71 кг/см3.
Рассматривая грунты по показателю консистенции IL [21, раз-
дел 2], получим характеристику, приведенную в табл. 1.6. При-
поверхностный слой чаще всего представлен тугопластичными
суглинками (0,25 С Л С 0,50), но встречаются также полутвердые
(0</£.^0,25) и мягкопластичные (0,5<JL ^0,75). По своим
строительным качествам они могут служить постелью для подсы-
пок под здания и сооружения. Но встречающиеся на отдельных
площадках текучепластичные (0.75 /L < 1) и текучие (/L> 1)
суглинки могут использоваться для устройства на них подсыпок
только при условии, что в процессе подготовительных работ
будет сделана мелиорация площадки, способствующая уменьше-
нию влажности поверхностного слоя грунтов.
Коэффициент пористости изменяется от 0,399 до 1,204 (чаще
от 0,486 до 0,703). Лабораторным путем определялся характер
изменения коэффициента пористости е под нагрузкой 0,5; 1, 2 и
4 кг/см2. Наиболее значительные изменения коэффициента пори-
стости наблюдались под нагрузкой 0,5 и 1 кг/см2, если первона-
чальное значение 0,8. Если же первоначальное значение е<0,8,
то под нагрузкой 0,5—1 кг/см2 коэффициент пористости изменя-
ется в меньшей степени. При увеличении нагрузки до 2, а затем
до 4 кг/см2 коэффициент пористости поверхностного слоя суглин-
ков изменялся медленнее, чем при первоначальных нагрузках
(за счет того, что уже произошло частичное уплотнение от соб-
ственной массы и ранее приложенной нагрузки).
Рыхлые четвертичные отложения воркутинского района под-
вержены осадкам при оттаивании, величина которых зависит от
количественного содержания ледяных включений, их формы и рас-
положения в массиве. Например, максимальная осадка при про-
таивании покровных суглинков составляет 20—30 см/м. Макси-
мальные осадки оттаивающих озерно-болотных сильно заторфо-
ванных суглинков достигают 70 см/м. Минимальные осадки при
протаивании наблюдаются в песчаных и гравийно-галечниковых
13
Таблица I. 5. Физико-механическое состояние приповерхностного слоя грунта
| Пластичность *4П — 7Л1 — — / И130 и •hHlOBITU OITOHh
*at ВИИВ8Н1ВХ -3Bd anHHedj ан чхэоижвга
lai H133h -Ахах anHHBdj bh чхэоижега
Г) нхэ -оижв(ге чнаиахэ
at BiuAdJ чхэон жв1га BBHtrodHdu
э HiooioHd -OU 1НдНПифф€О){
tH3/j ‘'A. BiuXdJ ВХЭ1ГЭМЭ вээеи веннэгро
ch3/j*1BiuAdj вээви неннэч.ро
tH3/j •«А. Ч1ЭОИ1О1ГЦ
Состояние грунта при отборе проб
На какой глубине взят обра- зец грун- та, и
ннж • еехэ оахэаниго)!
aiTBi -deax а ехВ’вШои'ц
ЧГ 00 40 о’ о’ о 1 ---- о о СО ь- со 40 40 О О 00 ь- о о' 40 О* 40 О* 0,12 0,14 0,14
ООО о о о о
40 00 t- , о о Г-- — ь. Ь- Ь- — 40 00 <о О О СЧ О 40
о о о о* о* о* о* о' о* о* о' о' 66 о' о" о’ о* о'
ф осч сч со со 1 3 3 383 СЧ СЧ — 40 со со сч сч О СО со со со со ЧТ СО О сч со сч
ООО о'о' ООО о о о о о о о' о ООО
— — о" Q 40 8 |8 — о' 338 00 о о о' о' о' Q СЧ Q 13333 I о' —о* о* 0,841- —0,945 S о' 0,932 0,994
00 Ь- ЧТ — сч сч .23 .26 ,21 00 00 -ЧТ сч — сч О О 40 00 Л со — сч ,23 ,20 1 = £6 о 00 40 СЧ — СЧ СЧ
ООО ООО ООО о о о о о о - 1 о 1 о ООО
о^ю оо сч <5 2322 <ON(O ,902 ,492 ,660 оо о 3 8 00 СЧ СО 00 о £ 1 3 40 8 сч о 38 1
ООО ООО ООО 0 — 00 о О О о о
— ь- сч 00 4о_о 'Г 40 40 О 40, О — о сч т. со сч — о чг сч о -«г 3.1 СЧ 3 о ь- ^-2-1
—.8 о СЧ 40 О °. о сч о 00 — 0 ь> о сч ь- 00 Ь» СЧ 00 51 о 8 О О О>
сч’ сч’ сч' сч’ —’ сч —’ сч’ сч’ —’ —' сч’ —’ сч СЧ сч' —
0 — 0 с© ь. ь- 3 3 <о со ь- о ООО о о> ь- о ьо_<о® ь** 1 3 о СР о о t© ь.
сч* сч’ сч сч’ сч' сч' сч' сч’ сч сч’ сч’ сч’ сч’ сч’ 1 сч СЧ* сч’ сч’
имечание. Прочерк обозначает, что данная величина не определялась.
14
Таблица 1.6. Консистенция пылеватых
суглинков поверхностного слоя
Кварталы. в которых взяты пробы грунтов W ’’ll * s II
10 0,18 0.29 0.15 0.21
14 0.27 0.36 0,18 0.50
23 0.18 0,28 0.11 0.41
Б 0.25 0.31 0,16 0,60
38 0.23 0.36 0,18 0.27
отложен я х с массивной текстурой и составляют доли сантиметра
[6, гл. 7]. Подвергаясь неоднократному промерзанию — протаива-
нию, покровные грунты значительно изменяют свои свойства в
различные периоды года в результате последовательно проте-
кающих процессов: во-первых, образования особого строения при
промерзании и пучении, во-вторых, разрушения строения мерзлого
грунта при его оттаивании и осадке.
По классификации Н. А. Цытовича [22] и по данным иссле-
дований (табл. 1.7), покровные грунты воркутинского района
являются среднесжимаемыми: коэффициент сжимаемости а«
«0,01 см2/кг и менее. Значения же а = 0,1 см2/кг и менее, харак-
теризующие грунты как чрезмерно сжимаемые, встречаются редко.
Характер изменения коэффициента сжимаемости свидетель-
ствует о том, что при уплотнении качество покровных грунтов,
на которых устраиваются подсыпки под здания и сооружения,
улучшается. Так, например, чрезмерно сжимаемые грунты, име-
ющие значения: ао.о-о.5=0,538 см2/кг, ao.s-i.o=O,134 см2/кг, стали
после уплотнения под нагрузкой среднесжимаемыми: а)0_20 =
= 0,085 см2/кг, 02.0-4.0 = 0,024 см2/кг. Среднесжимаемые грунты,
Таблица 1.7. Коэффициент сжимаемости по лабораторным испытаниям
образцов грунта приповерхностного слоя
Площадка в квартале Глубина взятия образца грунта Коэффициент сжимаемости под нагрузкой, см2/кг
000-0.5 | aos-i.o | а10-20 02.0-4.0
14 1.8-2.0 0,084 0,062 0.031 0,028
14 1.4—1,5 0,060 0,058 0,029 0.023
14 5,2—5,3 0,060 0,056 0,017 0.003
14 1.4 —1.5 0.044 0,044 0,036 0,035
14 0.9-1.0 0,040 0,026 0,023 0.009
23 0.6—0,8 0,106 0,100 0,092 0,026
23 1.4—1,5 0,096 0,078 0.021 0,015
23 31 1.0—1.2 0,100 0,074 0,074 0.027
1.0—1.2 0,378 0,082 0,059 0.035
31 0.5—0.6 0,538 0,134 0,085 0,024
38 1.0—1,2 0,064 0,064 0,056 0,024
Ь 1.7—1,8 не опреде- 0,020 0,018 0,017
ляли
15
уплотнившись под нагрузкой, стали малосжимаемыми надежнымш
основаниями: а|>о_2.о=О,ООЗ см2/кг, а20-= 0,009 см2/кг. ЭтоИ
свойство покровных грунтов может быть использовано при подго-Я
товке площадок к застройке зданиями и сооружениями на под-Я
сыпке. Предварительное уплотнение поверхностного слоя (путеьш
осушения, укатки, уплотнения, втрамбовывания в поверхности
грунта гравия, щебня, камней и др.) позволит получить хорошее
основание для устройства подсыпки. I
К числу существенных характеристик грунтов относится ихЯ
подверженность действию сил морозного пучения. Поскольку»
расчетная глубина промерзания зависит от теплового режима и I
конструктивных особенностей возводимых зданий и сооружений, |
то один и тот же грунт у фундаментов различных зданий может
обладать неодинаковой степенью пучинистостн [20, гл, I, § 2, § 7J.
Иными словами, нет грунтов пучинистых и непучиннстых, а есть
состояния пучинистости и непучинистости для одного и того же!
грунта, обусловливаемое его вл а госодержан нем.
При глубине промерзания 2 м средняя величина пучения
воркутинских грунтов, промерзающих в естественных условиях,
близка к 7 см. Опытные данные показывают, что на различных
участках тундры величина пучения изменяется в пределах 4,6—
9,6 см [20]. Совпадение расчетной величины с полученными |
натуре данными является удовлетворительным. i
Согласно классификации М. Ф. Киселева, воркутинские пр
кровные суглинки можно отнести к среднепучинистым и слабо
пучинистым. К среднепучинистым относятся грунты с природно<
влажностью на период промерзания, превышающей влажность на
границе раскатывания: wp<Zw<Z.wp~i-(),5wL, и грунты, уровень
грунтовых вод которых превышает нормативную глубину промер-
зания суглинков на 1,5 м. По своим характеристикам (см. табл. 1.5)
значительная часть покровных грунтов воркутинского район!
удовлетворяет этим условиям. Некоторая часть из них может быт!
отнесена к группе слабопучинистых — суглинкам тугопластично!
консистенции, имеющим уровень подземных вод выше нормативно:
глубины промерзания грунта (при wL> 0,12) на 2,5 м.
Степень морозной пучинистости суглинков можно определит)
и по [21, с. 2061 уровню грунтовых вод и консистенции грунт)
(табл. 1.8).
Таблица 1.8. Степень морозной пучинистости суглинков
Наименование грунта по степени морозной пучинистости Пределы положения уровня грунтовых ВОД Z. и. ниже расчетной глубины промерзания грунта Консистенция грунта /4
Снльнопучинистый
Средиепучниистый
Слабопучииистый
Практически непучинистый
1,5<гС2,5
Л >0,5
0,25</£С0,5
0</tC0,25
/£<0
16
Основные закономерности механики грунтов (20, 22J позво-
лякут считать возможным уменьшать пучинистые свойства грунтов
путем осушения или создания условий, изменяющих скорость
миграции влаги к фронту промерзания, либо искусственного уско-
рения или замедления промерзания грунта. Далее рассматрива-
ется на примерах значение теплового воздействия зданий на
грунт, подстилающий подсыпку, как важный фактор, регулиру-
ющий изменение свойств грунта и определяющий характер взаимо-
действия здания с основанием.
Глава II
ОПЫТ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ
НА ПОДСЫПКАХ
§ 1. Наземные подсыпки из дренирующих
материалов
Строительство зданий на наземных подсыпках как искусствен-
ных основаниях началось в 30-х годах в Забайкалье. В 1931 г.
вблизи от ст. Сковородино Амурской железной дороги были по-
строены на подсыпках два отапливаемых здания. Подсыпка из
шлака толщиной 70 см устраивалась на предварительно сплани-
рованной поверхности естественного грунта, при этом фундаменты
в виде деревянных городков опирались не на подсыпку, а на по-
верхность грунта площадки. В одном из домов было сделано про-
ветриваемое подполье, что соответствует нынешним требованиям
СНиП 2.02.04—88 при использовании грунтов по принципу I
(с сохранением мерзлого состояния грунтов площадки), а во вто-
ром — полы были выполнены по подсыпке [4].
При наблюдении за этими зданиями выявилось, что здание с
проветриваемым подпольем деформировалось меньше, чем по-
строенное без подполья. В первом случае имелись деформации
только в зимний период от морозного пучения, а во втором —
и в зимний период, когда здание подвергалось поднятию от мо-
розного пучения подстилающих грунтов, и в летний, когда оно
давало осадку из-за оттаивания замерзших зимой грунтов.
В те годы в Забайкалье были построены и другие здания на
подсыпках. Под зданиями, возведенными на ст. Ско^бродино, пе-
ред устройством подсыпки из шлака снимался растительный и
торфяной покровы с заменой их гравием и песком. На ст. Уруша
подсыпка толщиной 80 см выполнялась из природного камня,
строительство велось в основном с использованием подстилающих
грунтов в талом и оттаивающем состоянии (принцип П).
Большинство построенных в тот период зданий на подсыпках
подвергалось деформациям. Исследователи объясняли их непра-
2 Заказ 874 |7
вильным конструктивным устройством подсыпки и рекомендовали
здания на подсыпках строить лишь с проветриваемыми подполь-
ями; при этом фундаменты в виде городков для деревянных зданий
устраивать не на дневной поверхности грунта, а поверху подсып-
ки, а для кирпичных — заглублять фундаменты в грунт на 75 см —
1 м. Толщину подсыпки рекомендовалось принимать 80 см, при
этом, чтобы уменьшить влияние теплоотдачи здания в основание,
предполагалось под массивом подсыпки и поверх нее укладывать
термоизоляционный слой в виде мха, торфа или другого материала.
Что касается ширины бермы, то она вначале принималась равной
около 1,5 м, а в дальнейшем увеличилась до 3 м.
Эти сведения явились первым обобщением опыта устройства
искусственных оснований под здания в виде наземных подсыпок
из местных дренирующих материалов. Их применяли вначале
только в случаях, когда необходимо было уменьшить деформацию
зданий от морозного пучения подстилающих грунтов, а в дальней-
шем, хотя и эмпирически, значение подсыпок как оснований было
расширено. Надо отметить, что, по данным этих же исследований,
влажность естественных грунтов до и после возведения зданий
изменилась несущественно.
Опыт строительства на подсыпках в Забайкалье был, по-
видимому, распространен недостаточно, что привело к повторению
ошибок в других регионах.
В литературе приводятся и другие примеры строительства
зданий без обычных заглубленных фундаментов. Рассмотрим
одноквартирный брусчатый дом, построенный на вечномерзлых
грунтах с сезоннопромерзающим слоем, подвергающимся силь-
ному пучению (ст. Тайга, Кемеровская область). Другие такие же
брусчатые дома были построены на заглубленных деревяни х
стульях, в результате последние ежегодно в зимний период и:
замерзания грунта приподнимаются вместе с наружными < W
нами. В то же время опытный дом, в котором брусчатые ст |
опираются на шлакоблочный цоколь, уложенный непосредстве |
на спланированную поверхность грунта, не имеет сколько-ниб . .>
заметных деформаций.
В пос. Березовском Главсредуралстроем построены крупнопа-
нельные малоэтажные дома на подсыпках из песка, шлака и даже
местного грунта. Для гарантии непучинистости грунта вокруг дома
был устроен отвод поверхностных вод и произведено мощение
откосов подсыпки. По результатам наблюдений в течение несколь-
ких лет было установлено, что эти дома не подвергались дефор-
мациям [5].
Имеется опыт строительства также и инвентарных бесфунда-
ментных домов для временных поселков строителей электростан-
ций, в которых нижняя обвязка устанавливалась непосредственно
на спланированную поверхность грунта площадки.
§ 2. Здания с фундаментами на подсыпках
в Коми ССР
В 1937 г. на углу нынешних Красноармейской и Советской улиц
г. Воркуты был построен первый в этом районе * двухэтажный
рубленый дом. Он был возведен на подсыпке, устроенной на месте
выемки пучинистых делювиальных суглинков поверхностного слоя.
Выемку заполнили взятым из карьера песчано-гравийным грунтом
в природном соотношении крупных и мелких фракций. Здание
значительных размеров подверглось деформациям, которые
не привели к разрушению дома только потому, что рубленые
стены хорошо работают на изгиб. Причиной деформации этого
и ряда других домов, построенных таким способом, явилось
отсутствие водоотвода с прилегающих и нижележащих грунтов.
В 30-е годы в Воркуте отказались от устройства фундаментов
на подсыпках и вернулись к ним намного позднее. По времени
это совпало с широким использованием горелых пород, отсыпа-
емых при строительстве автомобильных и железных дорог прямо
на спланированную поверхность грунта.
Организованные к тому времени карьерные работы на терри-
конах горелой породы позволили получать материал для устрой-
ства подсыпок в необходимом количестве и выполнять подсыпки
достаточной толщины (не 30—40 см, как это делалось ранее).
За последние 30 -35 лет в районе г. Воркуты на наземных
подсыпках возводятся незаглубленные в естественный грунт фун-
даменты под деревянные жилые дома высотой в один-два этажа,
временные деревянные здания на шахтах, постоянные одноэтаж-
ные кирпичные, фахверковые и крупнопанельные здания различ-
ного назначения.
В 1967 г. в пос. Северном в опытном порядке было построено
и эксплуатируется до сих пор без деформаций двухэтажное здание
столовой из объемных блоков на заводе ДСК. «Печоршахтостроя».
Двухэтажными брусчатыми жилыми и общественными зда-
ниями на подсыпке уже в течение многих лет застраиваются целые
кварталы и микрорайоны в самом городе (на ул. Мира. Ленинград-
ской, Пушкина, Парковой и др.) и рабочих поселках (Заречном,
Промышленном, Руднике, Комсомольском и др.). Подавляющее
большинство этих зданий не имеет опасных деформаций.
На подсыпках построен и квартал одноэтажных кирпичных
домов с мансардами в пос. Аяч-Яга. Наличие мансард приближает
одноэтажные здания по нагрузкам на основание и по строительной
кубатуре к двухэтажным. В первые годы эксплуатации в этих
зданиях образовались трещины в стенах (в местах примыкания
заглубленных выгребов), что произошло из-за осадки засыпки
^^рхошю^о^Совст^РСфСР* пос. Воркута Указом Президиума
19
18
пазух, а также сезонного промерзания и оттаивания грунтов
вследствие недостаточной термоизоляции выгребов; то же наблю-
дается и в одноэтажном кирпичном доме, построенном в пос. Р\д-
ник. Однако раскрытие трещин не превышает 2— 3 см и со време-
нем не увеличивается.
§ 3. Фундаменты
по
с использованием грунтов
принципу I
поселках в 50- и 60-е годы были но-
грунтов по принципу I (на подсыпке)
В г. Воркуте и рабочих
строены с использованием
в большом количестве деревянные одно- и двухэтажные 8-, 12- и
16-квартирные брусчатые дома. При обследовании 77 зданий
оказалось, что под зданиями, как правило, происходит сезонное
промерзание — оттаивание грунтов, но при этом верхняя поверх-
ность вечной мерзлоты не нарушается.
В пос. Промышленном при подготовке площадок к строите
ству были приняты меры, предохраняющие покровные слои гру»
от обводнения как поверхностными водами, так и таявши-
снегами. Для этого при подготовительных работах были сдела
нагорные канавы и внутриквартальные кюветы. Еще до начала
весеннего паводка большое количество снега удалялось с терри-
тории бульдозерами. ’
Слой подсыпки под этими домами равнялся 1,2 м, в результате^
чего сезонное оттаивание происходило в основном в массиве
подсыпки и лишь на небольшой глубине верхнего слоя сезонно-
промерзших грунтов. Верхняя поверхность вечномерзлых грунтов,
подстилающих подсыпку, не понижалась, так как в цоколях были
сделаны продухи для проветривания подполья (рис. 2). В целях
сквозного проветривания продухи делались не только по контуру
здания, но и под внутренними стенами. I
Ввиду того что в зимнее время через продухи происходит
охлаждение подполья, к цокольным перекрытиям домов в целях
термоизоляции и непродуваемости предъявлялись повышенные;
требования: в помещениях первого этажа поддерживалась такая
же температура, как и при строительстве с утепленным цоколем.
В цокольном перекрытии жилого дома, построенного с проветри-
ваемым подпольем, слой отепления просеянным шлаком составлял
42 см. При визуальном осмотре таких домов на поверхности пола*
первого этажа в жилых помещениях отмечалась непродуваемость|
цокольного перекрытия (при температуре 18—20 °C). |
В отдельных случаях, когда слой термоизоляции недостато-'
чен, температура в помещениях первого этажа становится ниже
нормы (до 4-54- 4-6 °C). В этих случаях производится увеличение
слоя термоизоляции до необходимой по расчету величины (и в и >
мещениях устанавливается требуемая температура).
При строительстве с использованием грунтов по принципх 1
20
Рис. 2. Конструкция подполья и цоколя для 8-квартирного брусчатого дома с
проветриваемым подпольем на подсыпке
а план расположения нродухон в цоколе; о деталь цоколя с продухами шириной I м
и высотой 0.4 0.8 м; в цокольное перекрытие: / — деревянные балки; 2 подкладки
под лаг\ высотой 230 м; 3 тихитовые доски толщиной 37 мм; 4 рулонная паровю-
ляпия; И пе(>бр<*1ные доски толщиной 25 мм; 6 лаге размером 14X2 см; 7 сухой
просеянный шлак слоем 42 см; 8 строительный картон: 9 двухслойный щитовой
накат; Ю пакля
высота подполья составляет 50—70 см. Но когда в подпольном
пространстве устанавливаются трубопроводы, то эта величина
исчисляется не от потолка подполья, а от низа термоизоляционных
труб, подвешенных к балкам цокольного перекрытия. Конструк-
ция здания выше цокольного перекрытия не имеет особенностей
по сравнению с конструкцией зданий, построенных в обычных
условиях.
В тех случаях, когда строительство ведется в местностях, где
отсутствуют сети канализационных сооружений, в зданиях устра-
иваются выгреба люфт-клозетов. Так как внутри выгреба при
эксплуатации должна постоянно поддерживаться положительная
температура, то его конструкция имеет особенности по сравнению
с выгребами, строящимися в талых грунтах (рис. 3).
Для этого под бетонным днищем устраивается термоизоляция
в виде деревоплиты из бруса, слоя керамзитогазобетона, шлако-
бетона или другого термоизолирующего материала. Ввиду того
что, как показано на рис. 3, подсыпка под здание имеет толщину
1,2 м, выгреб в значительной своей части расположен в толще
подсыпки, т. е. намного выше верхней поверхности вечно-
21
мерзлых грунтов. Это позволяет сохранить нижележащие
в мерзлом состоянии.
§ 4. Фундаменты с использованием грунтов
по принципу II
С использованием грунтов по принципу II на площадках с
талыми и оттаявшими грунтами в г. Воркуте и прилегающих по-
селках возведено на подсыпках большое количество зданий раз-
личных конструкций: деревянных, кирпичных, крупнопанельных.
Надземная часть зданий выше пола первого этажа строилась по^
типовым проектам (деревянные, кирпичные) или из типовых сбор-
ных изделий (крупнопанельные). Основания, фундаменты и цо-
кольные перекрытия строились по отдельно разработанным черте-
жам таким образом, что фундаменты не заглублялись в грунт, а;
закладывались в слое подсыпки, возведенной на поверхности^
грунта.
С использованием грунтов основания по принципу II построено!
большое количество зданий, из них обследовано 237: 56 одно-
этажных деревянных, 134 двухэтажных деревянных, 9 кирпичных;
одноэтажных жилых домов, 10 деревянных, 11 кирпичных и 9 фах-
верковых производственных зданий на промышленных площадках.
8 крупнопанельных различного назначения (социально-культх :>•
ных, административных, бытовых). Географически они охватыв;
как город Воркуту, так и многочисленные поселки (Рудник,
речный. Горняцкий, Промышленный, Хальмер-Ю и др.), а таь
промышленные площадки шахт и предприятий.
Экономико-географическое положение воркутинского райо1
связанного с Печорским угольным бассейном, определило хар
тер промышленных зданий и сооружений. Так, наряду с культур
бытовыми и жилищно-коммунальными зданиями построены п
мышленные комплексы и сооружения шахтной поверхности: п
ходческие лебедки, подъемные машины, административно-бытов
комбинаты, компрессорные, трансформаторные и другие объект
22
Рис 4. Летали фундаменте») на подсыпке под де ревянное здание на талых грунтах
а иод вимрешше стены; о деталь цоколя; / обвя»ка из бруса 15x26 см; 2
прибоины )>ХГ2 см; 3 стопка под прибоины. 4 лежпн; 5 вертикальная обшивка.
i> горизонтальная обшивка. 7 шлаковая еасынка. К бетонная отмостка толщиной
6 ем; 9 утрамбованная горелая порода
хозяйственного и складского назначения. Гражданские здания,
построенные по этому способу, также разнообразны: жилые дома,
школы, детские сады-ясли и т. п. В данное время в районе Воркуты
строительство зданий и сооружений на подсыпках продолжается.
В пос. Заречном застроен зданиями на подсыпке жилой микро-
район: одно- и двухэтажные деревянные жилые дома, общежития,
коммунальные предприятия, общественные учреждения. Благо-
даря утеплению цоколя шлаком (рис. 4) зимой в подпольном про-
странстве при закрытых вентиляционных отверстиях создавалась
температура более высокая, чем температура наружного воздуха.
Бетонная отмостка с уклоном от здания обеспечивала удаление
дождевых вод с крыш. По наблюдениям за несколько лет, осенью
не происходило обводнения подсыпок под этими зданиями, а в зим-
23
нее время практически сухой массив породы не смерзался, хотя)
и имел отрицательную температуру (около — 44--6 °C). )
Выгреба люфт-клозетов заглублены в грунт, их днища заложе-,
ны на отметке —2,5 м, т. е. ниже глубины сезонного промерзания,j
что существенно отличается от конструкции выгребов при исполь-
зовании грунтов но принципу I (см. рис. 3). На строительстве этих^
домов с целью предохранения талых грунтов от промораживания,
под выгребами и сбоку (со стороны стенок выгребов) была выпол-;
нена термоизоляция выгребов шлаком и сделаны двойные отеп-
ленные крышки (это делается при устройстве выгребов, когда
грунты используются по принципу I).
Выгреба в обследованных домах пос. Заречного строились в лет-i
ний период, а дома вводились в эксплуатацию зимой. Несмотря
на это, благодаря своевременно выполненным работам по термо-
изоляции выгребов, грунт под ними оставался в талом состоянии;
При визуальном осмотре через 7 лет следов деформации выгребов
и примыкающих к ним конструкций домов от пучения или осадки
грунтов не было установлено.
В другом случае такие же выгреба, строившиеся по принци-
пу II, но не отепленные при производстве работ в зимнее время,
деформировались из-за пучения пылеватых влажных суглинков
в основаниях под их днищами. В пос. Ворга-Шор в процессе строи-
тельства двух домов деформировались бетонные стенки четырех
заглубленных выгребов, а также кирпичные стены зданий в местах
примыкания выгребов; по прошествии 7 месяцев раскрытие трещин
составило 7—9 см. Путем бурения четырех контрольных скважи»<
было обнаружено, что под бетонными днищами выгребов грунты
промерзли на 60—70 см. i
§ 5. Каменные здания с фундаментами
на подсыпках 1
С использованием грунтов по принципу II в районе г. Воркуты
строятся каменные (кирпичные и шлакоблочные) здания на пол-;
сыпке. Первый опыт проектирования таких зданий в воркутинском^
регионе принадлежит Проектной конторе комбината «Воркута-
уголь» (позднее реорганизованной в институт Печорпроект, а за^
тем в Печорниипроект). В 1958 г. был запроектирован на подсыпке
из местной гравийно-песчаной смеси комплекс кирпичных и шлако-
блочных складских помещений для шахты № 1/2 Хальмер-Ю.
Здания были построены в 1959 г. (рис. 5). С 1960 г. Гипрошахт;
проектирующий шахты Печорского угольного бассейна, также
стал применять этот способ устройства фундаментов для неболь-»
ших каменных зданий на промышленных площадках воркутинских
шахт.
Площадка, на которой возводились три каменных здания в
районе пос. Хальмер-Ю, была подготовлена к строительству в зим-
24
ний период, предшествовавший производству основных работ.
Прежде всего была сооружена водоотводная система в виде
лотков с деревянным креплением стенок, но которым весной вся
вода от таяния снега была удалена с площадки, что позволило
быстро осушить территорию застройки. Моховой покров после
оттаивания был удален бульдозерами с площадок под здания,
после чего па отдельных участках были срезаны залегавшие слои
торфа толщиной 0.8—1,2 м и вывезены за пределы территории.
Затем под здания выполнялась подсыпка из природной гравий-
но-песчаной смеси речных карьеров нос. Хальмер-Ю. Материал
имел в основном среднюю крупность, содержал до 20 % гравели-
стого песка и до 10% крупной фракции. Пылеватые глинистые
примеси содержались в количестве 2- 5 %. Подсыпка выполнялась
слоями по 20—25 см. утрамбовывалась и в дальнейшем уплотни
лась автоса.мосвалами, доставлявшими материал для подсыпки.
К моменту завершения работ по устройству подсыпки ее массив
толщиной 1,25 м был уплотнен. 11одсыпка превышала размеры
каждого из зданий в плане на 1 м во все стороны, находилась на
уровне чистого пола и имела полуторный откос.
На подсыпке возведены монолитные железобетонные балки
таврового сечения полкой вниз. Размер балки в основании принят
0.8---1^ м в зависимости от того, являлось здание холодным с тол-
щиной каменных стен 38 см или отапливаемым, для которого
толщина каменных стен была запроектирована 64 см J8J.
Для большей жесткости зданий над оконными проемами были
выполнены монолитные железобетонные пояса по всему периметру,
что связало стены поверху так, как это сделано с помощью фунда-
ментных балок внизу на уровне подсыпки.
Комплекс состоял из трех отдельно стоящих каменных помеще-
нии и других вспомогательных деревянных зданий, выполненных
также на подсыпке. Здания были опытными и имели небольшие
размеры: одно из неотапливаемых зданий имело строительную
кубатуру 201* м3 и площадь застройки 65,5 м2, второе — соответ-
ственно 94 м' и 27 м2, третье, отапливаемое печами (см. рис. 5),—
25
390 мл и 124.4 м?. В нем под печи и под три внутренние сто
на которые опирается прогон чердачного перекрытия. выстр<
бетонные фундаменты в виде плит толщиной 0.2 м с разме)
в плане для печей 1,2X1 м. а под стойки 0.7X0.7 м.
Вначале через 3 года, а затем через 6 лет после построик
здания этого комплекса осматривались с целью онределени
состояния выстроенных на подсыпках каменных зданий. Никаки
следов деформаций, связанных с пучением или просадками. уст<
новлено не было. В зимний период территория этих складов
подъездная автомобильная дорога заносились снегом слоем д
1,5 м; с автодороги он расчищался, а с площадки не убирала
Весной вода от таяния снега полностью стекала с площадки п
водоотводным канавам и лоткам, пропускная способность которы
была достаточной для осушения территории в период паводка
Помимо удаления весенних вод, построенная система осушени
способствовала значительному осушению всей территории, ране
сильно заболоченной. Резкое уменьшение заболоченности плс
щадки было заметно уже через первые 3 года после построик
зданий. Канавы с деревянным креплением стенок находились t
рошем состоянии, несмотря на то что были построены в грч
<*о слабоустойчивыми стенками.
Другое кирпичное здание на подсыпке из горелой породы был
построено при реконструкции шахты «Северная» для трансфор
маторной подстанции временного энергоснабжения по чертежам
разработанным 11ечорниипроектом |9]. Подсыпка слоем 1.5 i
выполнялась в зимних условиях, когда грунт промерзал на 10-
12 см, из перегоревшей породы, имевшей температуру + 100 °C
слоями по 20 - 30 см и уплотнялась бульдозером но мере отсыпк
каждого слоя [10).
К моменту остывания породы массив подсыпки был хорош
уплотнен, а ранее замерзший контактный слой покровных грунто
оттаивал под подсыпкой от тепла, переданного горячей пороло
(это было установлено при вскрытии шести шурфов). По этом
же проекту были построены трансформаторные подстанции и н
других шахтных площадках.
Для входа в трансформаторную подстанцию было сделан
крыльцо с устройством выемки, заполненной уплотненным гравий
но-песчаным грунтом (рис. 6). Ни одно из зданий впоследстви
не подверглось деформациям.
С I960 г. и до настоящего времени эксплуатируется кирпи
здание склада противопожарного оборудования и материало
шахте «Воркутинская». Это здание выполнено по проекту Гн
шахта на подсыпке с фундаментами из сборных железобетон
элементов (рис. 7). Подсыпка под здание имела толщину 1,8—2
из-за перепада рельефа местности и вследствие того, что в зд.
заходили узкоколейные пути, головки рельсов которых были \ :
заны с отметкой откаточных путей на поверхности шахты.
Перед началом работ была сделана планировка путем срезк
26
Рис. 6. Деталь устройства крыльца
/ — местный грунт; 2 — утрамбованная горелая порода; 3 бетонная подготовка; 4 —
цементный пол; 5 — оклеенная двухслойная гидроизоляция; 6 бетонная прокладка;
' 7 —чгравннно песчаная полушка
неровностей и создания двух горизонтальных площадок с разницей
в отметках около 0,5 м, что предотвратило при эксплуатации
здания возможность сдвига массива с наклонной поверхности.
Подсыпка выполнялась слоями по 20—30 см. Горелая порода с
террикона этой же шахты перед погрузкой экскаватором в авто-
самосвалы частично взрывалась (для разрыхления спекшихся
массивов), а перед уплотнением увлажнялась водой. В процессе
устройства подсыпки после предварительного ручного разравни-
вания лопатами и грубой планировки на глаз порода уплотнялась
механизмами. Наблюдением установлено, что подсыпка в процессе
производства работ была уплотнена хорошо и здание не имело
27
деформаций. На каждые 100 м3 подсыпки в плотном теле ( ;
израсходовано 112-115 м3 разрыхленной породы.
Фундаменты были выполнены следующим образом. На подсыл
ку (см. рис. 7) были уложены сборные железобетонные плит!
ПЛ-1, на них смонтированы сборные железобетонные фундамен1
ные балки ФБ-1, между которыми забетонированы вклады id
БЛФ, замоноличивающие сборные фундаментные балки. Эти вкла
дыши одновременно являются фундаментами под пилястры кип
личных стен. Стены выполнялись толщиной в один кирпич, а дл|
их устойчивости в каждой продольной стене сделано по пя-п
пилястр, усиленных тремя арматурными стержнями 0 6 мм м
каждом шестом ряду кладки. Для обеспечения большей жесткост!
здания в нем на уровне верха ворот по всему периметру ста
проложены три металлических стержня 0 6 мм, замоноличеннь!
в раствор кирпичной кладки. Здание перекрыто сборным железа
бетонным ребристым настилом длиной 6 м, который, опираясь н!
продольные стены, связал их между собой и этим увеличил жес1
кость всей конструкции. 1
Строительная кубатура здания 342 м3, площадь застройк!
108 м2. Основные строительные работы были закончены в сентябри
1960 г., после чего за его эксплуатацией ведется наблюдение
Основание здания как в зимний период, так и при весеннем о!
таивании деформациям не подвергалось. В 1963 г. был размыв
грунт на участке шахтного водоотлива, проходящем в непосред
ственной близости от одного из откосов, что вызвало просади
подсыпки в торце здания и трещины в стенах возле торца, од на и
здание не разрушилось. После восстановления размытого участк!
шахтного водоотлива и нарушенного откоса подсыпки здание был!
отремонтировано и в настоящее время продолжает эксплуатира
ваться. 1
Ряд одноэтажных кирпичных промышленных зданий большой
размера построен на подсыпках. При реконструкции шахты «Вор<
путинская» здание материального склада размером 45X15 N
было запроектировано на железобетонных сваях, а полы в зданий
на подсыпке. В 1960 г. проект был переработан. Было решенс
использовать подсыпку как основание не только под полы склад]
ских помещений, но и под фундаменты здания вместо свай. Эт<
был первый эксперимент использования подсыпки в качеств!
основания под фундаменты кирпичного здания большого размв
pa [11J. 1
В весенний период 1963 г. были сделаны подготовительны!
работы. Согласно проекту и предпостроечным изысканиям нео(м
ходимо было произвести удаление насыпного грунта и строитель^
ного мусора, оставшегося от находившегося ранее на этой терри|
тории лесного склада. Занимавшие здесь же около четвертой части
площадки озерно-болотные отложения слоем до 1 м были такж^
удалены. Эти работы надо было бы выполнить даже и в том случай
если бы подсыпка являлась основанием только под полы. 1
Пп окончании подготовительных работ была сделана подсыпка
гопелой породы слоем 80 см, а затем выполнены монолитные
железобетонные фундаменты, представляющие собой тавровую
* ' " с полкой понизу, и возведены стены здания. Постройка
материального склада была закончена весной 1964 г однако
эксплуатация здания началась только зимои 1965-1966 гг.
В этот же период была обнаружена просадка одного из крыльев
здания При контрольных исследованиях поврежденных мест было
установлено что часть естественных грунтов представляла собой
пеоелеток наличие которого не учитывалось при проектировании
здания (оно по генплану было сдвинуто). При понижении верхней
поверхности вечномерзлого грунта начались деформации кирпич-
ных стен, смежных с панельными стенами склада оборудования,
трещины’достигали 3—4 см. Остальная часть здания, где в осно-
вании залегали талые грунты, деформациям не подверглась.
В 1978 г. здание материального склада осматривалось: деформации
стен прекратились, трещины заделаны; эксплуатация здания про-
должается.
В 1961 г. на реконструкции шахты «Северная» по проекту
Гипрошахта было начато строительство кирпичного здания
материального склада таких же размеров. Фундаменты устроены
на подсыпке, заглубленной ниже поверхности площадки. Была
сделана срезка насыпного грунта и слабых делювиальных отло-
жений, имеющих свойство при смачивании набухать и течь.
Для выравнивания постели и устройства однородного основания
была сделана гравийно-песчаная подсыпка. Основанием для желе-
зобетонных фундаментов явились частично естественные флювио-
гляциальные отложения в виде гравийно-галечных материалов
и частично искусственная подсыпка из природной гравийно-песча-
ной смеси (с близлежащего карьера у реки Аяч-Яга), содержащей
до 5—7 % пылеватых глинистых примесей. Подсыпка выполнялась
не по всей площади, а только там, где это требовалось, с целью
создания горизонтальной поверхности для бетонирования рамных
фундаментов; слой ее составлял от 0,25 до 1 м.
Основание и фундаменты выполнены в летний период 1961 г.
Отсыпаемый материал разравнивался и уплотнялся послойно.
При этом автосамосвалы, подвозившие гравийно-песчаную смесь,
проезжали по отсыпаемой ими призме. Было получено основание
с допустимой нагрузкой 0,15 МПа. После бетонирования фунда-
ментов была сделана досыпка горелой породы под полы, с послой-
ным уплотнением; после этого началось строительство здания.
По другому проекту Гипрошахта при реконструкции шахты
«Комсомольская» было построено на подсыпке кирпичное здание
крепезаделочного цеха. Строительство началось в 1962 г., когда
была сделана сплошная подсыпка горелой породой слоем 5.5 м
всей территории лесного склада с уплотнением механическими
5-тонными катками. Нагрузка на основание, равная 0,08 МПа,
предусмотрена проектом. На подсыпке были забетонированы моно-
28
29
литные железобетонные ленты шириной понизу 2 м; на них с шаго.\
6 м были выполнены бетонные столбы сечением 90Х 70 см, высото»
90 см, а поверху — сборные железобетонные рандбалки под кир
личные стены здания. Пространство от низа фундаментных лент
до пола здания, составлявшее 2,2 м, позднее было заполненс
горелой породой, поверху которой сделаны бетонные полы. К лет)
1964 г. строительство цеха было закончено. К этому времен»
произошла равномерная осадка здания без видимых деформаций
В начале 1963 г. в бетонной подпорной стенке внутри здани»
появилась трещина (около заглубленного лаза). Было уставов
лено, что она явилась результатом плохого уплотнения подсыпк»
на этом участке. После подбетонки основания развитие трещинь
прекратилось.
§ 6. Крупнопанельные здания с фундаментами
на подсыпках
В г. Воркуте, начиная с 1962 г., на подсыпках строятся одно]
этажные здания, в которых стеновым материалом являются керам]
зитогазозолобетонные панели размером на комнату серии 1-335-А]
При проектировании таких зданий используются различные кои
структивные решения [12]. Согласно одним решениям панел!
являлись заполнителем деревянного фахверка или железобетон]
ного каркаса и воспринимали всю их нагрузку. В других случая!
на стеновые панели передавалась нагрузка от всех вышележащий
конструкций здания. |
Фахверковая конструкция с заполнением панелями примени]
ется для небольших зданий, например складских помещений, тара]
жсй и т. п. Так было построено здание одного из гаражей таксомо]
торного парка. На подсыпке толщиной 1,5 м возведены монолитный
железобетонные балки; для большей жесткости деревянного кар]
каса использовано устройство контрфорсов. Балки утоплены б
подсыпку, которая одновременно является и основанием под бетон]
ный пол гаража. i
В 1964 г. в Парковом переулке г. Воркуты на подсыпке было
построено опытное крупнопанельное одноэтажное здание детского
сада-яслей на 100 мест размером 46X12 м с пристроенными
теплыми верандами. Ограждающие конструкции из стеновых па]
нелей жестко связаны двумя железобетонными поясами: пер
вым — монолитными фундаментными балками на подсыпке и вто]
рым — поверху панелей. Между собой и с железобетонными
поясами панели скреплены петлями и закладными элементами
как и в жилых крупнопанельных домах, с замоноличиванием стьн
ков. Высота помещений 3,2 м, что было достигнуто монтажом до]
полнительных нестандартных керамзитогазозолобетонных пане]
лей, расположенных над железобетонным поясом. Чтобы воспол-
Таблииа Il l - Основные технические показатели проекта
детского сада
Показатели Крупно- панельный корпус Две отапли- ваемые веранды
Площадь в м2: застройки 552 154
полезная 462 124
В том числе: четыре групповых 235 —
помещение для плескательного бас- 32 —
сейма прочие помещения (приемная, меди- 195 —
цинская комната, кухня, постироч- —
ная, кладовые и пр.) Высота помещений, м 3.2 2,8
Нагрузка от здания, МПа: по наружному периметру стен 0,08 0,08
по средней стене 0,11 —
нить недостаток климата в здании предусмотрен плескательный бас-
сейн с душем и искусственным солнцем. Гидроизоляция бассейна
[выполнена хорошо, поэтому вода не поступает в подсыпку. Отеп-
|ленные веранды позволили в очень холодные дни заменить уличные
[прогулки сном в прохладном отапливаемом помещении (табл. П.1)
[Различные температурные режимы в крупнопанельном корпусе
и на верандах не повлияли на техническое состояние подсыпки
и надземных конструкций здания (эксплуатирующегося и по на-
стоящее время).
По такому же проекту, но с некоторыми изменениями приме-
няемых материалов (шатровая или совмещенная кровля, деревян-
ные или крупнопанельные веранды и др.) построен еще ряд детских
садов-яслей: на Парковой улице в г. Воркуте, в пос. Северном
(все они эксплуатируются уже более 25 лет).
Такое же здание построено в 1965 г. в г. Сыктывкаре на улице
Куратова, дом № 17-А. Сыктывкар находится за пределами обла-
сти распространения вечномерзлых грунтов, здесь климатические
условия близки к районам средней полосы Союза. Стены здания
были выполнены из керамзитогазозолобетонных панелей, а под-
сыпкой служил песчаный грунт [13, 14]. В Сыктывкаре это было
первое здание, возведенное на подсыпке. На отведенной под строи-
тельство площадке надо было сделать большие подготовительные
работы, прежде всего заключить в железобетонную трубу проте-
кавший на этом участке ручей. Для предохранения подсыпки
от обводнения грунтовыми водами с нагорной стороны был по-
строен дренажный лоток свайной конструкции глубиной 1 м со
Г росом вод в бетонную трубу (рис. 8). Этого оказалось доста-
чтобы пРедотвРатить в теплое время года обводнение под-
щих подсыпку грунтов, а в зимнее — их морозное пучение.
зо
31
5.
Рнс. 8. Схема подготовки площадки
/ — подсыпка (цифры в углах здания означают толщину подсыпки после уплотнения
2 — закрытый дренажный лоток свайной конструкции; 3 — бетонная труба; 4 — зданн'
5 — штакетное ограждение
Рис. 9. План и сечения ленточного железобетонного фундамента на подсып;
эксплуатации
а — план; б —графики осадок: / — по осям А—Б—Л; 2 — по осям Д—Г—Д
Привязка сыктывкарского здания выполнялась воркутинским
институтом Печорниипроект, использовавшим большой опыт
строительства на подсыпках в Заполярье. Железобетонный рост-
верк (рис. 9) выполнен на подсыпке, а поверху панелей — желе-
зобетонный пояс, связывающий наружные и внутренние стены.
Несмотря на то, что правила эксплуатации зданий на подсыпках [1]
не соблюдались (снег от здания не убирался, из-за чего талые воды
поступали весной в массив подсыпки, а дренажный лоток ни разу
не очищался от заиливания), дренажная система возле дома
на улице Куратова выполняет свои функции до сих пор. При визу-
альном осмотре здания в стыках между панелями трещин не отмеча-
ется, что свидетельствует об отсутствии деформаций. Проверочная
нивелировка (рис. 10) показала, что неравномерность осадок
за 12-летний период эксплуатации составила в основном 5—8 см,
а наибольшая 12 см.
Песок, использованный для устройства подсыпки, оказался
достаточно плотным для восприятия нагрузки на него от здания
(0,1 МПа) и непучинистым. По данным лабораторных испытаний,
он содержал 2—3,5 % илистых и пылеватых частиц, а процесс
замораживания — оттаивания выдерживал не менее 20 циклов.
Приведенный пример свидетельствует о рациональности воз-
ведения зданий на подсыпках не только в Заполярье, но и в других
регионах при наличии в них местных материалов, которые могут
быть использованы для устройства подсыпок, а также уплотня-
юШих грунт машин и механизмов. Об этом же свидетельствует и
3 Заказ 874 33
опыт строительства на подсыпках объемно-блочных зданий
г. Ухте и на осваиваемых нефтяных и газовых месторождения
в Коми ССР (15—17).
§ 7. Здания из объемных блоков
на подсыпках
Способ строительства на подсыпках в несколько меньш
объеме, чем в Воркуте, но достаточно широко используется также-
в более южных районах Коми ССР, например в г. Вуктых (зда-
ния промыслового назначения), в г. Усинске, в г. Печоре (произ-
водственные здания), на Возейском нефтяном месторождении (17L
в г. Ухте. Способ строительства на подсыпках успешно примени
ется в этих районах благодаря исследованиям Северного филиала
(г. Ухта) ВНИИ строительства трубопроводов (ВНИИСТ) Мим
нефтегазстроя СССР, творчески использовавшего принцип вор
кутинского опыта [2].
Институтом Печорнипинефть (г. Ухта) в содружестве с Север-
ным филиалом ВНИИСТа разработан проект вахтенного экспеди^
ционного жилого комплекса на 100 человек для буровиков, провоз
дящих геологические изыскания. Фундамент здания из объем » х
блоков, освоенных предприятиями Специализированного ст[
тельного объединения «Коминефтегазстрой», устроен на песча
подсыпке (рис. 11, 12). В основу организации экспедиционь
корпуса принята жилая ячейка типа общежития гостиничг
типа с полным инженерно-техническим обустройством и обе
живанием проживающих (общественное питание, парикмахе
ская, ремонт обуви и одежды, красный уголок, магазин, медицин
ские комнаты и т. д.).
Экспедиционный жилой комплекс представляет собой 2-этажн
здание П-образной формы в плане, выполненное из объемны
блоков, рядом с которым устроена площадка в насыпи под котел
ную, под блок биохимической очистки и передвижную электр
станцию.
Объемные блоки размером 5,2X3,2 м, высотой 2,7 м име
ребристую конструкцию пола, потолка и продольных стен; толщ
на блока 3 см, что удовлетворяет прочности 5-этажного дом
Наружные стены — из керамзитогазобетонных панелей объемн
массой 1000 кг/м3.
Фундаменты выполнены на песчаной подсыпке [2], на котор
уложены сборные железобетонные дорожные плиты ИПД, п
ложенные, в свою очередь, под продольные ребра блока. Пе
установкой блока укладывается обернутый толем утеплитель т
щиной 10 см. Крепление блоков понизу осуществляется швеллер
ми № 30 длиной 200 мм, устанавливаемыми под ребра смежн
блоков в двух местах на расстоянии 300 мм от разбивочной
Отмостка также выполняется из дорожных плит ИПД.
34
ей
t)
6
" S3 SSE
s ZS SZ
" TFr тт
- Мн* ЭТ
77 ж*
,5-г,
|77 77
[77] 77
[77, 77
|б'-5т| |5-Л
BUUUUlfl
ИПД п-2
1*0,02
-0,26
-1.26
план подсыпки
°)
6)
а ____
и объемных блоков
элементы условно
Рис. 11. Здание из объемных блоков
। с примерами раскладки фундаментных плит (в осях 1—2 и Б—0)
первого этажа (в осях //—/° • с п ~---- " “
не показаны); б —
ини
12 н Б 0; в осях 2—II конструктивные
деталь подсыпки и фундаментных плит в сече-
12
20
8
2
Рис. 12. Детали сопряжения объемных блоков и стеновых панелей
сопряжение двух ‘объемных блоков; б — сопряжение объемного блока и ториевой
нелн; / подсыпка из гравийно-песчаной смеси; 2 — фундаментная плнта ИПД 1.5X3 м
швеллер № 30 длиной 200 мм. устанавливаемый под ребра смежных блоков в двух
Дах на каждой плите на расстоянии 300 мм от разбивочных осей; 4 — утеплитель.
Рнутый толем или рубероидом; 5 — раствор марки 100; 6 — объемный блок; 7 — тор-
иевая панель нз керамзнтогазобетоиа; 8 — цемеитно-песчаная стяжка Змм
Котельная с двумя котлами ПКН-2с (из трех блок-боксов]
блок-бокс полного биохимического окисления и обеззараживание
сточных вод и водоочистные сооружения запроектированы и]
блочно-комплектных установок размером 3X12 м, а наземна]
насосная станция над скважиной — из блочно-комплектной уст!
новки размером 3X3 м. По конструкции блочно-комплектна
установка представляет собой металлический каркас из швеллер!
стены и крыша из алюминиевых панелей навешиваются я
каркас. Песчаная подсыпка устроена толщиной 1 м. Под полоза
каждого блока на подсыпку уложены по три дорожных плит!
ИПД2-6с. ]
Строительная кубатура экспедиционного жилого комплекс
6319,5 м3, общая полезная площадь 1505,7 м2, полезная площад
экспедиционного жилого комплекса на одного человека 15,05 м
полезная площадь общежития на одного человека 10,7 м . 1
Все инженерные коммуникации прокладываются наземньа
способом на деревянных брусьях, основанием под которые служа
песчано-гравийная смесь. I
§ 8. Здания на подсыпках в Хабаровском I
крае 1
С использованием опыта строительства зданий на подсыпка
[1,8, 11] построено 73 здания в районе г. Комсомольска-на-Амур1
Здания размером 12X28 м, построенные на подсыпках в 1973 1
имеют следующие основные конструктивные решения: j
фундаментные балки сборные железобетонные; 3
фундаменты колонн сборные бетонные столбчатые с констрш
тивным армированием стаканов для установки колонн; 1
стены: цокольная часть из красного кирпича, собственно стеи
из асбестоцементных волнистых листов усиленного профиля, пр|
крепляемых шурупами к сборным деревянным каркасам; 1
кровельное покрытие — из асбестоцементных волнистых лист!
обыкновенного профиля по деревянным прогонам и стальни
стропильным фермам. * I
Результаты первых лет эксплуатации этих зданий полом!
тельные. 1
§ 9. Пористая вентилируемая подсыпка J
в г. Норильске 1
Норильск расположен в суровых климатических условм
Заполярья. Грунты на строительных площадках вечномерзлые
содержат много льда. В связи с этим являются актуальны!
вопросы разработки эффективных и экономичных способов стро!
тельства, которые позволили бы сохранять мерзлое состояние
грунтов в основании и управлять их температурным режимом.
В Красноярском Промстройниипроекте (канд. техн, наук
О. В. Снежко) было предложено осуществлять сохранение мерз-
лых оснований под одноэтажными производственными зданиями
с тяжелыми нагрузками на полы с помощью пористых вентилиру-
емых подсыпок. Идея предложения основана на использовании
подсыпок из фракционированной гальки, щебня, бутового камня
и т. п. в качестве пористой среды, через которую в зимнее время
осуществляется принудительная фильтрация наружного воздуха
с целью снятия избыточного тепла, выделяемого зданием в грунт,
и охлаждения основания.
Сохранение основания в мерзлом состоянии может быть обес-
печено охлаждением грунта под подсыпкой в период вентилирова-
ния до такой температуры, чтобы сохранить его в мерзлом состоя-
нии в течение всего периода с положительными температурами
наружного воздуха. Исходя из принятой продолжительности вен-
тилирования подсыпки вначале определяется требуемая темпера-
тура охлаждения грунта, затем необходимый расход воздуха и
сопротивление подсыпки при фильтрации через нее воздуха, на
основе чего находится тип и количество вентиляторов [18]. Вен-
тилирование подсыпки надо осуществлять в холодное время года
в течение всего срока эксплуатации здания, что усложняет при-
менение этого способа устройства подсыпки.
По результатам исследований Красноярским Промстройнии-
проектом запроектирована пористая вентилируемая подсыпка под
полом производственного корпуса Норильского управления треста
Сибтехмонтаж. Размеры здания в плане 48X72 м. Строительство
начато в 1972 г.
За тепловым режимом грунтового основания на этом объекте
Управлением строительства Норильского горнометаллургического
комбината установлено наблюдение. Замер температур грунтов
под зданием мерзлотная лаборатория ведет с 1973 г.
В массиве подсыпки заложены девять скважин, из них три
внутри здания. Три скважины в разное время выходили из строя
(две внутри здания, одна по наружной оси), по остальным ведется
замер температуры грунта. Было сделано 167 замеров в 1973—
1978 гг. и один в 1972 г. Температура замерялась через 1 м по глу-
бине до — 124---13 м от поверхности подсыпки. Данные мерзлот-
ной лаборатории г. Норильска позволяют считать, что, несмотря
на довольно значительный разброс температур на поверхности
подсыпки, температура грунтов на глубине —64--12 м остается
практически постоянной в каждой скважине в течение всего
периода наблюдений.
Наиболее характерные данные приведены в табл. II.2. При этом
взяты примеры, когда на поверхности имеют место положительные
температуры грунта, что позволяет с уверенностью считать воз-
36
37
Таблица 11.2. Обобщенные данные о тепловом режиме
под пористой вентилируемой подсыпкой в г. Норильске
Индекс скважины Период наблюдений по скважнне. годы Температура грунта. °C. на глубине, м, от поверхности подсыпки Дата замера
-1 | -2 | -64--12
А-13 1973-1978 -9 -8.5 -3.4 Март 1973 4-5.8 -2.8 -54--3.8 Июнь 1977 — 19 —9 —34 3,8 Декабрь 1977 4-0.3 -6.2 -6.84--4 Май 1978 4-4.2 -1.0 -74--4 Июнь 1978 4-6,6 —1,8 —5,84 4,4 Август 1978 — 0,6 —1 —3,6 4 4 Октябрь 1978 Б-1 1972—1978 -21 —19 -2,44-— 2.2 Февраль 1974 4-0,2 —0.8 —2.2 Сентябрь 191 — 10 —5 —3,2 Февраль 1975 -0.6 -1.2 -1,84--2 Июнь 1976 4-3.8 4-0,4 —1.8 Сентябрь 191 4-12,4 4-4,8 —1.8 Август 197 4-3 0 -24--1,8 Октябрь 1978 Б-7/8 (внутри 1973—1978 —10 — 7 - 24--2.3 Март 1973 здания) —1 —3.1 —2,2 4-—3 Декабрь 1973 4-Ю 4-2,6 -1,84--2.2 Май 1976 4-3 4-2 -1,24--1.8 Март 1977 4-5,4 4-2.8 -0,64--1.2 Август 197 4-5 4-2,2 -0,64--1.2 Ноябрь 197
можным сохранить вечномерзлое состояние грунтов под пористо
вентилируемой подсыпкой при определенных условиях.
§ 10. Метод геотехнического массива
в Свердловской области
В 1983 г. б. Главсредуралстроем в Свердловской области пр
возведении нулевых циклов на строительстве газокомпрессорно
станции (г. Ивдель) и объектов крупных промышленных комплек
сов (г. Верхняя Пышма) применялся метод геотехническог
массива.
Уральским Промстройниипроектом было предложено и раз
работано конструктивное решение метода геотехнического масси
ва вместо укладки традиционных фундаментов под технологичс
ское оборудование (как правило, монолитных или сборно-мон<
литных) и каркасы зданий (сборных, монолитных, сборно-мощ
литных).
Метод геотехнического массива предусматривал следующе
удаление и замену слабых грунтов оснований скальными п(
родами; ,
выполнение щебеночной подготовки;
38
монтаж силового пола из сборных железобетонных плит, явля-
ющихся одновременно и чистым полом;
инъекцию основания через пробуренные скважины цементным
раствором с помощью штукатурной станции или растворонасоса;
точную установку анкерных болтов под технологическое обо-
рудование и каркасы зданий с надежной фиксацией их в специаль-
но пробуренных скважинах и замоноличиванием методом вибро-
зачеканки жестким высокопрочным цементным раствором.
По данным треста Оргтехстрой Главсредуралстроя,за 1984 г.
экономический эффект от применения метода геотехнического
массива на строительстве газокомпрессорной станции в г. Ивделе
составил 67105 руб. и снижение трудозатрат 5.4 человек в год,
а в г. Верхняя Пышма — соответственно 52461 руб. и 5,6 человек
в год при существенном сокращении сроков строительства. Кроме
того, на строительстве нулевых циклов указанных объектов сэко-
номлено 240 т цемента, 1440 м3 бетона, 48 т стали.
§ 11. Примеры строительства на подсыпках
в районах Дальнего Востока
На Дальнем Востоке (в районах Приморского, Хабаровского
краев и Амурской области) за прошедшие 20—25 лет накоплен
опыт строительства фундаментов на подсыпках из гравийно-
песчаной природной смеси местных карьеров. В зависимости от
характера и назначения зданий и сооружений конструктивное
решение выполнялось в двух основных вариантах:
в сборном — с применением фундаментных блоков или мно-
гопустотных плит;
в монолитном — в виде железобетонной балки по периметру
стен.
При возведении таких зданий обращается внимание на устрой-
ство пластового дренажа, осуществляемого в виде лотков поперек
здания в теле подсыпки с выпусками лотков в кювет. Этим устра-
няется скопление верховодки, имеющей широкое распространение
на Дальнем Востоке и в ряде других регионов страны.
Работы выполняются в следующем порядке:
удаляется верхний растительный слой на площади здания;
устраиваются водоотводные лотки с уклоном по рельефу в 0,01;
уплотняется основание втрамбовыванием до 10—15 см гравий-
но-песчаной смеси;
устраивается подсыпка из гравийно-песчаной смеси толщиной
30—40 см под зданием с послойным уплотнением;
укладываются сборные фундаментные балки или устраивается
монолитная железобетонная подушка;
устраиваются отмостки с одновременным выполнением кюветов
по периметру здания и выводом поперечных канавок из-под
здания;
39
выполняются последующие работы по проекту.
При каменных стенах поверх перемычек обязательно устраи
ется армированный шов шириной 30 мм из 5 0 10 А1.
Малозаглубленный фундамент здания на подсыпке дает
сравнению с ленточным фундаментом, заглубленным на 2 м, э
номию на 1 м периметра наружных стен: на земляных работах -
1 м3, на бетонных блоках (или бутобетоне марки 100) — 0,8 м3.
В денежном выражении экономический эффект составил 81 руб.
на 1 м стены [31].
Были построены следующие сооружения:
насосная станция с трансформаторным пунктом в пос. Шма-
ковке (Приморье, 1962 г.);
деревянное вспомогательное здание школы в с. Варфоломеевка'
(Приморье, 1962 г.);
каменное административное и складское здания, трансформа*
торный пункт, пристройка к котельной в Хабаровске (1962—i
1963 гг.);
секция крупнопанельного дома в Хабаровске (1961 г.); j
ряд индивидуальных гаражей со сборными каменными и блоч|
ными стенами (начиная с 1962 г.); 1
административное здание с клубом на базе финского храни!
лища в Хабаровске (1965 г.); |
металлические арочные рамные хранилища на Дальнем Востсй
ке, Камчатке и Сахалине (1967—1969 гг.); |
значительное число сборно-щитовых и деревянных жилых, об|
щественных и складских зданий в Амурской области и други^
районах Дальнего Востока (1967—1969 гг.);
сборные насосные станции ( с 1976 г.),трансформаторные под};
станции ( с 1977 г.).
На Дальнем Востоке ведется строительство на подсыпках одно-
этажных деревянных и каменных производственных зданий и
сооружений вспомогательного и складского назначения, неболь-
ших жилых и общественных зданий, сборных (инвентарных)
хранилищ массового строительства [31].
§ 12. Использование подсыпок в качестве
оснований в Канаде,
Гренландии и на Аляске
На пятом международном конгрессе по фундаментостроен
состоявшемся в 1961 г. в Париже, специалистами Канады (Ш
вер, Кроуфорд и Леджет) было доложено о возведении лег
зданий без фундаментов — на галечных подсыпках, покры
бетонными плитами. Схема одного из таких зданий привел
на рис. 13.
В 1963 г. на первой международной конференции по мерзлс
ведению, созванной Национальной академией США в г. Лафайс
40
Рис. 13. Схема здания на подсыпке в Канаде
/ — бетонный пол с каналами под кабели электроитоплення; 2 — труба для отбора проб
грунта; 3 — подсыпка из щебня; 4 — прибор для измерения осадки грунта; 5 - труба
для отбора проб воздуха; 6 — пробы для определения теплопроводности; 7 места
расположения термопар
при университете Пурдью, были рассмотрены основные проблемы
вечной мерзлоты и намечены пути дальнейших исследований.
Вечномерзлые грунты распространены на половине территории
Канады и 3/4 территории Аляски.
Развитие фундаментостроения в Канаде и на Аляске идет
от устройства поверхностных фундаментов и гравийных подсы-
пок для малоответственных зданий до свайных фундаментов и
:>пор в виде опускных колодцев для ответственных сооружений.
Применяются два основных метода строительства: с предохране-
нием сооружений от осадок (в основном путем сохранения вечно-
мерзлого состояния грунтов основания) и с допущением опреде-
ленной величины деформации сооружений (при оттаивании мерз-
лых грунтов основания). Основным и в США и в Канаде является
первый из указанных методов. При строительстве по этому методу
большое внимание уделяется инженерной подготовке территории
и сохранению естественных условий на площадке в целях мини-
мального нарушения естественного мерзлотного режима грунтов.
•Для этого запрещается повреждение растительного покрова пло-
щадки, по которому часто устраивается гравийная подсыпка
толщиной примерно 0,6 м как под сооружениями и дорогами, так и
На всей территории строительства.
Устройство гравийной подсыпки и проветриваемого подполья
1!'ироко применяется в Канаде и на Аляске и считается наиболее
эффективной конструкцией для сохранения вечномерзлого состоя-
ли грунтов, особенно на тех площадках, где эти грунты имеют
41
температуру, близкую к О °C. При этом легкие здания строите
на поверхностных фундаментах в виде вентилируемых ростверков
подушек и лежней, а более капитальные — на столбчатых бетон
ных или железобетонных фундаментах.
На строительстве в г. Инувик (на северо-западной территорш
Канады в районе вечной мерзлоты) широко применялись свайные
фундаменты различных видов (деревянные, железобетонные ил|
трубчатые стальные сваи). До начала строительства была про
изведена инженерная подготовка территории и устроены не толью
дороги в виде гравийной насыпи высотой 45—70см, но и гравийна!
подсыпка по ненарушенному моховому покрову на всей террито
рии строительства. Таким образом, тяжелое оборудование легю
передвигалось по площадке и строительные материалы скла
дировались на гравийных подушках, не нарушая мохового по
крова |24].
X. Карлсон в своей работе, доложенной на второй междуна
родной конференции по механике грунтов и возведению фундамен
тов 119], отмечает, что строительство в Северной Америке здани!
и сооружений в некоторых случаях производили на подсыпка:
из гравия и другого материала. X. Карлсон описывает результат
опытов, касающиеся передачи тепла одиннадцатью небольшим!
зданиями на подсыпки различной толщины из гравия, покрыты)
сверху изолирующими материалами. Испытаниям подверглис
и 26 взлетных дорожек аэродромов с грунтами как естественной
так и нарушенной структуры.
Были получены следующие результаты. Искусственные изолн
рующие материалы с увеличенной высотой подсыпок из грубо
зернистых материалов на естественном грунте не являются доста
точно эффективным средством уменьшения теплоотдачи в грунт
Наиболее эффективным методом предотвращения передачи тепл;
в грунт и обеспечения устойчивости отапливаемых сооружена
на сжимаемых грунтах является забивка свай и создание воздуш
ного промежутка под сооружениями. Протаивание в грунте, покры
том растительностью, происходит медленнее, чем в грунте, поверх
ность которого нарушена. Дороги и взлетные площадки можж
строить на естественной поверхности грунта, закладывая в осно
вание подсыпки грубозернистый заполнитель. Во многих случаях
как отмечает X. Карлсон, более экономично крупнозернисты]
грунт насыпать по естественному покрову, не уничтожая расти
тельности. I
Другой автор исследований Е. д’Апполония [19] отметив
что в случае удаления естественного покрова происходит нерая
номерное оттаивание вечномерзлых грунтов, в результате чей
на дорогах образуются впадины и они становятся непроезжим!
Он рекомендует такое строительство производить с сохранение!
вечномерзлого состояния грунтов. Наиболее оптимальным явля
ется случай, когда верхняя поверхность вечномерзлых грунточ
и линия сезонного промерзания грунтов совпадают. Е. д’Апполв
42 ’
ния предлагает также при строительстве дорог сохранять есте-
ственный покров на ширину 25 м. причем поверх него укладывать
«тюфяк» из кустарника и мха. на который затем отсыпать насыпь
из гравия. Насыпь рекомендуется делать постепенно, до тех пор,
пока летнее протаивание грунтов не опустится ниже тюфяка.
Принцип строительства дороги заключается в том, чтобы сохра-
нить высокий уровень верхней поверхности вечномерзлых грунтов
или поднять ее в насыпь, которая не изменяется от влияния хо-
лода. Этот тип дорожного покрытия испытан и с успехом применя-
ется в северных районах Америки.
Большими помехами при строительстве дорог являются скоп-
ления воды в корытообразных впадинах, образуемых при прота-
ивании как под центром дороги выше мерзлого грунта, так и в веч-
номерзлых грунтах южных склонов. Это приводит к увеличению
влаги в обочинах дорог и к последующему их оползанию. Во из-
бежание этого необходимо устранить широкую берму или уложить
тюфяк с обеих сторон насыпи. Этим достигается выравнивание
горизонта верхней поверхности вечномерзлых грунтов и обеспечи-
вается стабильное состояние обочин и откосов. С нагорной стороны
делается глубокая канава для перехвата и отвода грунтовых вод.
Такие рекомендации правомерны и в отношении подсыпок под
здания.
В этой же книге приводятся примеры строительства ряда
объектов на вечномерзлых грунтах. Рассмотрим, например, здание
усилительной станции, расположенное на пересечении автодорог
между Аляской и Канадой. Здесь вечномерзлые грунты мощ-
ностью до 12 м были обнаружены на глубине 0,6 м от поверхности.
В их основании залегали грунты ледниковых отложений — от глин
до гравия с прослойками и линзами льда. При строительстве
деятельный слой толщиной 0,45 м был удален. Основание под
печи состояло из гравийной засыпки толщиной 0,6 м; поверх нее
была уложена бетонная плита толщиной 10 см. За 5—6 месяцев
оттаивание вечномерзлых грунтов проникло на глубину 1,2 м.
Осадка печи составила 0,17 м. Конструктивное решение фунда-
мента под печь было изменено.
Другой пример. В районе нефтепромысла Норман Уэлс была
построена котельная. Мощность вечномерзлых грунтов под ней
колебалась от 18 до 40 м. Деятельный слой достигал 0,45 м. Грунты
представлены пылеватыми суглинками с высоким содержанием
влаги. При строительстве деятельный слой не удалялся. На него
были уложены маты, сделанные из кустарника и мха, устроена
подсыпка из гравия толщиной 0,9 м, а поверх подсыпки — бетон-
ная плита толщиной 0,25 м. Через 6 месяцев эксплуатации осадка
здания достигла 0,8 м, вследствие чего был подведен новый фун-
дамент, на этот раз из свай. Для уменьшения теплопередачи
была сделана подсыпка из гравия высотой 1,2 м, поверх которой
уложен торф слоем 0,6 м и бетонная плита. В основании топки
43
выполнен воздушный канал для охлаждения нижележащие
грунтов. I
Примеры, приведенные американским автором, показываю^
что одно только конструктивное усиление фундаментов не достад
гает цели. Для обеспечения устойчивости сооружения в первуй
очередь необходимо приспосабливать конструктивные решения j
местным грунтовым условиям: после оттаивания грунты имени
слабую несущую способность, поэтому для уменьшения передаче
тепла в грунт надо проектировать проветриваемое подполье, чт<
позволяет сохранить грунты основания в вечномерзлом состояний
с достаточной несущей способностью.
С. Д. Стержне описал опыт строительства жилых, служебных
и основных сооружений авиабазы в поселке Туле в Западной Грещ
ландии, расположенной в районе вечномерзлых грунтов [19]i
На отдельных участках грунты содержат до 50 % льда в вид<
линз. Мощность деятельного слоя 0,9 м, вечномерзлой толщи —<
330 м. ?
Строительство велось по принципу сохранения вечномерзлого
состояния грунтов с применением искусственной вентиляции О
основании сооружений и изоляции вечномерзлых грунтов от па
ступления в них тепла.
Деревянные здания для жилья были построены на гравийной
песчаной подсыпке высотой 0,3—1,8 м, которая являлась изолируй
ющим слоем. Фундаменты возвышались на лежнях, уложенный
по насыпи, образуя под зданием продуваемое подполье. Лежн^
укладывались через 2,4 м и заглублялись в насыпь на 0,15 м|
Принятая конструкция предохраняла вечномерзлые грунты oi
теплового влияния зданий. j
Ангары строились на гравийно-песчаной подсыпке высотой
2,7 м. Под зданием на глубине 1,6 м от пола в теле подсыпки была
уложена система вентиляционных труб, проходивших по все|
длине зданий в центральную камеру. Стены ангаров опирались
на сваи, забитые в вечномерзлый грунт на глубину 4,6 м. Бетонг
пол был устроен следующим образом: на песчаной насыпи ук
дывается бетон, поверх бетона — слой изоляции из пеносте!
толщиной 10 см, сверху — бетонные плиты. Взлетно-посадочные
полосы строились на насыпях высотой 2 м из крупнозернистого
морозостойкого грунта и покрывались асфальтобетоном.
В действующем в США техническом руководстве по строитель-
ству в Арктике и Субарктике [19] предусмотрено, что на участках
мелкозернистых грунтов проектирование должно производить^
по одному из способов:
с поддержанием определенного теплового режима в периол
эксплуатации; 1
с выявлением возможных последующих изменений в тепловой
режиме, которые могут быть вызваны при эксплуатации, с те|
чтобы учесть их при проектировании; ]
с подготовкой основания до начала строительства. |
44
Небольшие временные здания, как отмечается в этом докумен-
те, не вызывают затруднений при эксплуатации. Деформации,
полученные вследствие промерзания грунта, могут быть выровне-
ны при помощи клиньев или подкладок. Такие здания рекоменду-
ется строить на лежнях или столбах, поставленных на подкладки,
что обеспечивает наличие пространства ниже пола для циркуляции
воздуха. Подкладки укладываются на небольшой песчаной или
гравелистой подушке, отсыпанной на 15 см выше поверхности
площадки. Для больших зданий оттаивание грунтов может стать
более неблагоприятным явлением, чем для малых, поэтому фун-
даментам таких зданий в Техническом руководстве уделяется
больше внимания: надо предусматривать большее пространство
под полом для циркуляции холодного воздуха либо проектировать
охлаждающие каналы в полу или ниже пола. Предусматриваются
и другие мероприятия для обеспечения устойчивости здания: воз-
можность приемлемого оттаивания ниже уровня основания, уда-
ление непригодных грунтов и замена их непучинистой подсып-
кой и др.
Для зданий шириной не свыше 6 м наименьшее воздушное
пространство рекомендуется устраивать высотой 0,3 м, а для зда-
ний шириной от 6 до 15 м — не менее 0,6 м. Если сооружения
относительно малы и вокруг ничем не загромождены, достаточна
естественная воздушная циркуляция. Для более широких зданий
или зданий, в которых доступ к открытому подполью ограничен,
может потребоваться побудительная искусственная циркуляция
воздуха. Чтобы понизить оттаивающее влияние солнечных лучей
на основания восточных, южных и западных стен, рекомендуется
устанавливать в этих местах в период оттаивания наклонные
предохранительные деревянные щиты и убирать их в зимний
сезон (рис. 14).
Могут быть и другие мероприятия по предотвращению нерав-
номерных перемещений зданий по вертикали. К ним относится
подсыпка на поверхность вечномерзлого грунта гравелистого слоя
с последующей укладкой на нем сплошной бетонной плиты или
ростверка. Бетонная плита не имеет особых изоляционных свойств,
но она работает как единое целое при вспучивании или оттаивании
грунта.
Толщина гравелистой подсыпки зависит от ряда условий: от
грунта и условий промерзания, типа здания и его назначения.
Техническое руководство США по строительству в Арктике и
Субарктике рекомендует гравелистую подсыпку выполнять тол-
щиной не менее 1,2—1,5 м, а для особо важных сооружений —
и большей толщины. Первый укладываемый слой по поверхности
мелкозернистых грунтов должен представлять собой фильтрующий
слой из чистого хорошо отсортированного песка толщиной 0,15 м.
Это предотвращает проникание оттаивающего грунта в гравели-
стый слой. Гравелистая подсыпка не должна резко обрываться
по контуру здания — ее надо продолжить за очертание здания.
45
Рис. 14. Типичная конструкция нулевого цикла на гравелистой подсыпке с про-
дуваемым подпольем для Арктики и Субарктики, применяемая в США
/ обшивка стены. 2 стойка; 3 изоляция между брусьями; 4 — воздушное простран
ство; 5 балки; б — черный пол; 7 волокнистая прокладка; 8 - балка пола; 9 про
страиство для циркуляции воздуха; II) - бетонный или деревянный столб; // — бетонная
плита; 12 гравелистая подсыпка; 13 поверхность грунта; 14 — деятельный слой грун-
та, замененный гравием; /5 — крупно «ерннетый песчаный слой 0.15 см; 16 — вечномерзлый
грунт; 17 граница выемки грунта. 18 - зазор 0.15 0.2 м; 19 решетчатая обшивка
(необязательна); 20 распорка; 2! лежень; 22 — съемные (на петлях) шиты, распола-
гаемые у стен здания для защиты от солнечных лучей в течение летнего времени (длина
щита 1.2 - 1.8 м)
[ некоторые рациональные мероприятия, применяющиеся в строи-
тельстве на подсыпках на зарубежном Севере:
| чтобы понизить оттаивающее влияние солнечной радиации
на основания с проветриваемым подпольем, наклонные предохра-
нительные щиты устанавливать в летний период и убирать в
зимний;
первый укладываемый на поверхность грунта слой подсыпки
выполнять из грубозернистого материала, что обеспечивает лучшее
дренирование верховодки;
| при проектировании зданий на подсыпках предусматривать
I в местностях с большим количеством осадков поперечные дренажи
в массиве подсыпки с уклоном к кюветам и лоткам, запроекти-
I рованным по периметру здания;
при проектировании на подсыпках деревянных зданий вместо
деревянных лежней, подвергающихся гниению, применять бетон-
ные подушки размером примерно 50X504-60X60 см, как более
долговечные и не требующие замены при эксплуатации зданий;
предусматривать, где это рационально, бетонные плиты по
поверхности подсыпки, чтобы уменьшить деформации при пуче-
нии — оттаивании грунта, подстилающего подсыпку.
Глава III
Поверхность гравийной подсыпки одерновывается только до края !
здания. !
В приведенном техническом руководстве даются и другие <
рекомендации (по устройству свайных фундаментов, столбча-
тых и др.), с которыми можно ознакомиться в литературе [19].
Зарубежный опыт строительства на подсыпках развивался
основном в тех же принципиальных направлениях, что и в нашей •
стране. Для устройства подсыпок использовались дренирующие;
грунты. Подсыпки производились как под отдельные здания и;
сооружения, так и по всей территории застройки в целом. При строи-*]
тельстве некоторых объектов и комплексов подсыпка использо-1
валась только в качестве термоизолирующего слоя и основания'
под полы, а фундаменты под стены здания заглублялись в грунт.,
В нашей стране такой опыт тоже имеется.
Некоторые конструктивные решения зарубежных строителей
дискуссионны. Выравнивание деформаций зданий клиньями или
подкладками при оттаивании основания не всегда является наи-
более экономичным решением по сравнению с предпостроечной
подготовкой основания или с увеличением толщины подсыпки.
Срезать или оставлять на поверхности площадки растительный
покров не имеет однозначного решения: в одних случаях расти-
тельный слой можно удалять, в других нет.
Вместе с тем целесообразно использовать в нашей практике
АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИЙ ЗДАНИЙ
И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПРЕДЛОЖЕНИЙ
НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО УЧЕТА
ПРИРОДНЫХ И КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
§ 1. Случаи деформации зданий на подсыпках
В пос. Промышленном г. Воркуты было построено кирпичное
здание магазина промышленных товаров на шесть рабочих мест
размером 15X 16,2 м. На подсыпке из уплотненной горелой породы
толщиной в среднем 1,4 м был выполнен фундамент здания в виде
монолитных железобетонных лент. Бетонный пол толщиной 20—
30 см устроен по подсыпке. При строительстве здания было сде-
лано печное отопление, а в дальнейшем, в процессе эксплуатации
магазина, внутри помещения была встроена небольшая котельная,
от которой проведено паровое отопление. Толщина подсыпки
под фундаменты здания магазина приведена ниже.
Номер контроль-
ной скважины 39824 39825 ♦ 39826* 39990 39991 39992* 39993
‘адщнна подсыпки 1,1 1,8 1,9 1.2 1,1 1,5 1,4
♦ В этих скважинах между подсыпкой и поверхностным слоем грунтов прн
контрольном бурении обнаружена вода.
46
47
Рис. 15. План здания и размеры по нулевому циклу с расположением контрольных
скважин
I — направление просадки бетонных полов: 2 — кристаллы льда; 3 — линзы льда; 4 —
верхняя поверхность вечномерзлых грунтов (цифрами около этой линии обозначена
глубина верхней поверхности вечномерзлых грунтов, м, от верха подсыпки); 1—1, П~п,
III—III — разрезы, построенные по данным, полученным при контрольном исследовании
грунтов после начала деформации здания (скважина № 39825 пробурена вблизи встроен-
ной котельной, которая на плане здания не показана).
После 4 лет эксплуатации в кирпичных стенах здания появи-
лись трещины, размеры которых в отдельных случаях достигали
2—3 см. В торговом и подсобном помещениях полы просели до
30 см с уклоном от капитальных стен к середине помещения
(рис. 15).
Для выяснения причин деформации в августе 1962 г. были
пробурены семь скважин, из которых пять снаружи здания в теле
подсыпки и две внутри помещения. При этом глубина скважин
составляла от 4,4 до 8,1 м для определения положения верхней
поверхности вечномерзлых грунтов. Бурение производилось руч-
ным ударно-вращательным способом с отбором керна ненарушен-
ной структуры для компрессионных испытаний с целью определе-
ния основных физико-механических характеристик грунта
(табл. II 1.1). Были пробурены три скважины с обсадкой стенок
трубами для измерения температуры грунта.
Под подсыпкой (от поверхности грунта и до глубины 3,3—5,8 м)
залегали наиболее сжимаемые из всех воркутинских грунтов
озерно-болотные оторфованные отложения, преимущественно суг-
линки, а ниже — флювиогляциальные отложения. До постройка
магазина на этой площадке залегали вечномерзлые грунты, сли-
48
8£8 £8 8
Son иэеч ©
сч сч —* о о* —’
£88 8
<2 О> и5 г» сч о
сч* —Г — о* о* —
£88 £8 £ 888
<©а>1/э <©со о> сч ——
сч — —* о о* о* о о о
сч* сч* — о о* о
Заказ 874
§
о
<©
сч*
§
О О* о*
г** О г**
СОЛ—
ООО
49
вающиеся с сезоннопромерзающим слоем. Тем не менее объект !
проектировался самим застройщиком в предположении строитель-
ства его на талых грунтах, без предпостроечных изысканий.
За 4 года эксплуатации здания в результате попадания тепла
в подсыпку и грунт верхняя поверхность вечномерзлых грунтов
значительно понизилась. Так, в момент контрольного бурения
она снаружи здания оставалась на глубине 1,7—2,8 м (слива-
ющийся тип вечномерзлых грунтов), а внутри него она оказалась
уже на глубине 4,9—6,7 м (несливающийся тип вечномерзлых
грунтов).
Таким образом, максимальная величина опускания верхней
поверхности вечномерзлых грунтов составила под серединой тор-
гового зала и под временной котельной 4—4,5 м. При лаборатор-
ных исследованиях в вечномерзлых грунтах были обнаружены
включения льда (от 20 до 25%) в виде кристаллов размером
до 10 мм и линз толщиной до 35 мм. Температура воздуха внутри
здания в период эксплуатации оставалась в зимнее время сравни-
тельно низкой (15-?18°С при паровом отоплении).
Сотрудник Северного отделения НИИ оснований А. Ф. Би-
рюков произвел в трех скважинах замеры температур грунта
(рис. 16). Сопоставление этих данных с данными, полученными
при контрольных исследованиях этой площадки, позволило опреде-
лить характер развития чаши протаивания: минимальное оттаива-
ние мерзлых грунтов приходилось на участки под наружными
стенами здания, максимальное — под серединой здания.
По величине коэффициента пористости е видно, что грунт
обладает неодинаковой плотностью, причем разброс является до-
вольно значительным. По коэффициенту сжимаемости а (см2/кг)
(табл. III.2) можно определить, что грунты, подстилающие под-
сыпку, при оттаивании обладают неодинаковой сжимаемостью
под нагрузкой: на одной части площадки они являются средне-
сжимаемыми (скважины № 39824, 39825 и 39826), а на другой—
чрезмерно сжимаемыми, требующими при оттаивании искусствен-
ного уплотнения (скважины № 39990 и 39991). При строительстве
грунты в этой части площадки не уплотнялись, вследствие чего
осадка грунтов при оттаивании была неравномерной; это и послу-
жило причиной образования и развития трещин в стенах и про-
садки полов в здании.
При проектировании был неправильно выбран принцип исполу
зования грунтов и поэтому при возведении здания не было преду-
Таблица 111.2. Коэффициент сжимаемости грунтов а под нагрузкой
в скважинах на различных глубинах, и
а, см*/кг № 39824 (2.8) № 39825 (6,2) № 39826 (3.1) № 39826 (4.8) № 39990 (3.0) № 39991 (3.2)
0,0—1.0 0,079 0.042 0,071 0,036 0,111 0.107
1,0—2.0 0.050 0,027 0,059 0,022 0,045 0,039
2,0—4.0 0.042 0,013 0,022 0,021 0,027 0,021
50
Рис. 16. Температура грунта под зда-
нием
смотрено конструктивных мероприятий, исключающих оттаивание
подстилающих грунтов и развитие чаши протаивания. Не была
предусмотрена и возможность регулирования осадки всего здания
при условии неравномерных осадок оснований. Это и явилось
причиной быстро протекавших деформаций, в силу чего эксплуата-
ция здания оказалась невозможной.
Ошибки при проектировании и строительстве были допущены
и при возведении на подсыпке сблокированных зданий котельной
и бани-прачечной во временном поселке вблизи строившейся шах-
ты «Воргашорская» № 1.
Котельная представляла собой фахверковое здание с деревян-
ным каркасом, заполненным кирпичом. Здание прачечной и бани
деревянное каркасно-засыпное. Основанием обоих зданий служила
подсыпка из горелой породы толщиной 80 см, которая являлась
одновременно основанием бетонных полов. Котлы установлены
на бетонных фундаментах, заглубленных в естественный грунт.
На расстоянии 5 м от наружных стен построена заглубленная
канализация для удаления хозяйственных вод из бани-прачечной
и душевой, оборудованной в тамбуре котельной. С противополож-
ной стороны здания, на расстоянии 4 м от наружных стен, построе-
на незаглубленная магистраль теплофикации и водоснабжения
в деревянном коробе (рис. 17).
За 3 месяца эксплуатации зданий в стенах котельной образо-
вались трещины с раскрытием I —1,5 см, бетонные полы деформи-
ровались, фундаменты котлов дали крен, сместившись на 15 см
от вертикали. С течением времени деформации продолжались.
Еще через 5 месяцев трещины в стенах значительно увеличились,
стали сквозными и имели раскрытия до 3 см. Внутренние кирпич-
ные перегородки котельной также покрылись системой трещин,
преимущественно горизонтальных, величиной до 5 см, в результате
часть кирпичной перегородки выше трещин по соображениям
техники безопасности пришлось разобрать. Здание котельной из-за
деформирования просело на 0,4—0,5 м (рис. 17, а). Фундаменты
4’
51
б) ^сбросу
fl
\ П
I \ Котел
\КЯ263\\ЗН2
*50264)
Канализация
N50270
Ж
N5Q266L
i
I
[ 7 [__________________»
\tJ50268
т±-1
и\
Теплотрасса и бодопробод
Рис. 17. Характер деформаций сблокированных зданий котельной и бани
прачечной
а — схематический разрез с нанесением деформаций; б --
зданий и инженерных сетей (пунктиром показаны разрезы
схематическое
рас-
положение
но контрольным скважинам)
Рис. 18. Характер деформации фундамента под один из котлов
а — план; б — схематический разрез по 1—1; Ki — данные первого замера после начал;
деформаций; К? — то же. повторного замера
52
N50267
l-l
N50268
IV-IV
Рис. 19. Грунтовая и мерзлотная характеристики площадки (план контрольных
скважин и линии разрезов см. на рис. 15).
/ — верхняя поверхность вечномерзлых грунтов; 2 - кристаллы льда; 3 — линзы льда;
а — торф; Ь — озерно болотные суглникн; с - делювиальные пылеватые суглинки; d —
озериогляцнальные суглинки; е — подсыпка из горелой породы; / — флювиогляциальные
отложения
котлов продолжали подвергаться просадкам, причем крен проис-
ходил в разные стороны (рис. 18). Бетонные полы продолжали
проваливаться в подсыпку с наклоном в сторону котлов около
30 см, что наглядно указывает на то, где находится источник зна-
чительного выделения тепла.
Здание бани-прачечной в месте примыкания к котельной де-
формировалось медленнее; внутри же здания бетонные полы про-
сели на 45 см и имели диагональные трещины с раскрытием до
5—6 см. Оконные и, в особенности, дверные коробки перекосились;
местами перекос достигал 35—45 см. В оштукатуренных стенах
появились вертикальные и диагональные трещины до 3—4 см.
Для выяснения мерзлотно-геологических условий на площад-
ках этих зданий было пробурено восемь контрольных скважин
(рис. 17, б). Согласно полученным данным построены геологиче-
ские разрезы (рис. 19).
53
Сводный литологический разрез площадки имеет следующий
вид:
слой подсыпки 0,9—1,2 м;
под подсыпкой в одной из скважин (№ 50263) — делювиаль-
ные пылеватые суглинки, в пяти скважинах (№ 50265, 50267,
50268, 50269 и 50270) — торфяной пласт мощностью от 0.1 до 1.5 м;
ниже по разрезу во всех без исключения скважинах — озерно-
болотные отложения в виде оторфованных суглинков мощностью
от 0,5 до 1.7 км;
в основании разреза, вскрытого пробуренными скважинами,—
флювиогляциальные отложения, представленные суглинками с
незначительным содержанием гравия, толщиной 0,9—3,3 м;
под одной из скважин (№ 60266) — оторфованные суглинки
озерно-гляциального происхождения слоем 0,4 м.
Площадка имеет неоднородные мерзлотные условия. Матери-
алы, полученные при бурении контрольных скважин, дают осно-
вание считать, что снаружи здания верхняя поверхность вечно-
мерзлых грунтов слита с сезоннопромерзающим слоем. Внутри
здания верхняя поверхность вечномерзлых грунтов находилась
в момент исследований на глубине 3,1 м от поверхности пола, что
подтвердило первоначальные предположения о тепловыделении
двух работающих котлов в мерзлый грунт как об основной причине
возникших опасных деформаций грунтов. Сначала произошло
оттаивание сезонно-мерзлого слоя грунта, а затем — толщи веч-
номерзлых грунтов. Ускорению этого процесса способствовали
заглубленные бетонные фундаменты котлов (бетон является хо-
рошим проводником тепла).
Вечномерзлые грунты этой площадки содержат в своем составе
включения льда (40 % от объема грунта) в виде кристаллов
размером 2—30 мм и линз толщиной 10—30 мм. Влажность
грунтов изменяется на различной глубине (табл. III.3). В сква-
жине № 50263 на глубине 1,85 м отмечена грунтовая вода.
Физико-механические характеристики грунтов определены при
лабораторном испытании образцов ненарушенной структуры
(табл. III.4). Компрессионные испытания (рис. 20) подтвердили,
что грунты площадки (как озерно-болотные, так и флювиогляци-
альные) являются сильнопросадочными даже при незначительной
Таблица 111.3. Естественная влажность грунтов,
доли единицы, на глубине, м
К? скважин 1.5 2 2.5 3 3.5 4.5 5
50263 0.22 0,23
50265 0,47 0.18 0.23 0,27 — 0,25 — —
50266 0,34 0.46 0,35 0,22 — 0,59 — 0,22
50267 — 0,29 0.39 0,30 — 0,17 — —
50268 — — 0.34 0,24 0.28 0,35 — —
50269 — 0.33 0.35 0,25 — — 0,24 —
50270 1 — — 0,72 0,29 0,25 — 0.21
54
яз
X
ч
ю
я
о
см
I Т
О о о
о
о о
g
о
00
о
о
о
СО 1Л 1Л
<р <р <n
см См см
8 S 8
in
со
со
со'
СО
in
in"
£
5?
$
CM
2
0,40 0,446 0.024 0,528
50267 (2,3— 2,6) 2,040 0,05 1,190 1,700 — Озерно-болотные суглинки;
0,10 0,865 0,650 0,526 =1,4 г/см3
0,20 0,815 0,050 1,125
0,40 0,755 0,030 1,165
55
Рис. 20. Компрессионные кривые, ха-
рактеризующие просадочные свойства
грунтов
нагрузке (0,5 кг/см2). По величине коэффициента сжимаемости
[22] грунты площадки являются чрезмерно сжимаемыми и не мо-
гут в талом состоянии служить подстилающей поверхностью для
подсыпки, тем более при значительном выделении тепла от здания
и котлов в грунт.
Через 1,5 года с момента начала эксплуатации под деревянным
каркасно-засыпным зданием бани-прачечной подстилающие под-
сыпку торф и озерно-болотные суглинки оттаяли на глубину
2,5—3 м и подверглись неравномерным просадкам. Замки прого-
нов и шипы стоек каркаса вышли из гнезд, стены сместились от
вертикали на 40 см, в них образовались сквозные щели с раскры-
тием до 20 см, полы провалились на 60 см. Здание бани-прачечной
было полностью разобрано, основание досыпано горелой породой,
после чего возведено новое строение.
Здание же котельной, сблокированное со зданием бани-прачеч-
ной, деформировалось медленнее, что объяснялось особенностями
процесса оттаивания грунтов под ним: под наружными стенами
чаша протаивания развивалась не так быстро, как внутри здания.
Слои торфа и озерно-болотных отложений, залегавшие снаружи
здания, оттаивали медленно, что и ослабляло процесс деформи-
рования стен здания. Наибольшим деформациям при оттаивании
грунтов внутри котельной подверглись полы, расположенные на
слое оттаивающего торфа и частично на покровных пылеватых
суглинках, подстилаемых в обоих случаях озерно-болотными от-
ложениями. Заглубленные же бетонные фундаменты котлов под-
верглись меньшим осадкам, так как они были расположены на
флювиогляциальных мерзлых суглинках, которые при оттаивании
подверглись меньшим просадкам, чем торф и озерно-болотные
отложения.
Резюмируя приведенные выше данные, необходимо обратить
внимание на значение предпостроечных изысканий для обоснован-
56
кого выбора принципа использования грунтов, результатом чего
должно стать правильное проектирование и выполнение работ как
нулевого цикла, так и надземных конструкций зданий и сооруже-
ний. Пренебрежение этими условиями ведет к опасным послед-
ствиям: деформациям и даже разрушению выстроенных объектов.
§ 2. Влияние температурного режима
в зданиях на мерзлотное
состояние грунтов
Вокруг существовавшего деревянного здания на подсыпке,
а также возле его стен были сделаны исследования грунтов. Про-
буренные 23 скважины'глубиной 9—15 м позволили определить
геологическую, гидрогеологическую и мерзлотно-грунтовую ха-
рактеристику территории как в целом, так и расположенную вокруг
здания на подсыпке, а 4 вскрытых шурфа — характеристику грун-
тов внутри здания в помещениях с различным режимом эксплуа-
тации (рис. 21).
Площадка сложена следующими грунтами от поверхности:
сверху — делювиальными пылеватыми суглинками мощностью
0,7—3,4 м;
ниже — верхнеморенными суглинками, обогащенными гравий-
но-галечным материалом от 20 до 40%, не выдержанными по
мощности (0,5—4,7 м) и по простиранию;
в основании — флювиогляциальными образованиями в виде
гравийно-галечных грунтов с прослойками мелкозернистых песков
и темно-серых суглинков.
В гидрогеологическом отношении эта площадка характеризу-
ется наличием безнапорных грунтовых вод, приуроченных к не-
связным флювиогляциальным грунтам, и относится к категории
обводненных.
Рис. 21. Промерзание—оттаивание грунтов под зданием, половина которого (где
был отрыт шурф № 2) отапливалась. Заштрихован слой сезонного промерзания
57
В 8 скважинах из 23 пробуренных зафиксирована верхняя
поверхность вечномерзлых грунтов на глубине 9.8—12,2 м.
Естественная влажность делювиальных пылеватых суглинков
№ = 0,114-0,44 (в долях единицы), а верхнеморенных и флювио-
гляциальных — № = 0,11—0,22. По показателю консистенции верх-
неморенные и флювиогляциальные суглинки неоднородны: на
одних участках площадки — мягкопластичные (/, =0,504-0,69),
на других—тугопластичные (/,=0,254-0,43) или полутвердые
(//>0) (21]. Гранулометрический состав грунтов типичен для
воркутинского района: он характеризуется значительным по коли-
честву содержанием пылеватых частиц, а верхнеморенные отло-
жения — еще и гравийно-галечными включениями (20]. В период
с 16 по 19 апреля были пробурены две скважины возле стен зда-
ния. Глубина скважин по 12 м.
В скважине № 1 (см. рис. 21) глубина зимнего промерза-
ния 3,4 м. Верхняя поверхность вечномерзлых грунтов 10,7 м.
На поверхности — слой подсыпки толщиной 1,2 м. Далее залегают
делювиальные суглинки (0,7 м) и флювиогляциальные гравийно-
галечные грунты с примесью разнозернистых песков. Уровень
грунтовых вод — 8 м от верха подсыпки.
Скважина № 2 пробурена снаружи в створе средней стены.
Глубина зимнего промерзания 2,6 м. Верхняя граница вечномерз-
лых грунтов при бурении на глубину 12 м не обнаружена. На по-
верхности расположен слой подсыпки горелой породы толщиной
0,8 м, далее—делювиальные суглинки 1,1 м, затем — суглинки
верхней морены 1,5 м, ниже которых флювиогляциальные гравий-
но-галечные грунты с примесью песка и включениями валунов
песчаника, известняка и изверженных пород. Уровень грунтовых
вод 8,3 м от верха подсыпки. J
Шурфы А и Б вскрыты в помещениях, где в течение 8—10 ч:
ежесуточно работали электрокалориферы и поддерживалась тем-
пература 4-154- 4- 18 °C. Шурфы вырыты на глубину 1,40 м (А) —
1,47 м (Б) от верха подсыпки, толщина которой в этих местах!
1,05 м. На дне шурфов зафиксировано наличие сезонного промер-
зания делювиальных покровных суглинков.
Шурфы В и Г вырыты в той части здания, которая не отапли-
валась в течение всего зимнего периода. Глубина их 0,85 м (В) и
0,80 м (Г), что соответствует толщине подсыпки. Массив подсыпки!
промерз на всю толщу, а подстилающие ее прокровные суглинки
являются мерзлыми с самой их поверхности.
Это здание начали строить в июле, когда сезонномерзлый
слой грунтов оттаял на 35—42 см от поверхности. На талый слой
покровных суглинков отсыпалась порода. Ввиду того что отопление
административной части здания поддерживалось лишь периодиче-
ски, в массив подсыпки и нижележащих грунтов передавалось
очень незначительное количество тепла. В результате оттаявший
до начала строительства слой грунта более не оттаивал, но и
не промерзал.
В то же время в другой части здания, которая использовалась
как холодный склад, промерзла не только вся толща подсыпки, но
и ранее оттаявший в летнее время (до начала постройки здания)
самый верхний слой покровных грунтов. Влажность этого слоя
на глубине 1 —1,5 м от дневной поверхности грунта составляла
№ = 0,20.
По показателю консистенции /,. = 0,43 суглинки являются
тугопластичными. Число пластичности /р = 0,14, коэффициент сжи-
маемости а0.5 |.о = 0,020см2/кг, коэффициент оттаивания А =0,002
Начальный коэффициент пористости е = 0,662. Содержание льда
в образцах, поступивших в лабораторию, равно 19%. Характер
изменения коэффициента пористости приведен ниже.
Нагрузка Р. МПа 0 0,05 0.1 0.2 0.4
Коэффициент пори-
стости е 0.662 0,650 0.640 0.620 0.600
Обследованное здание было построено на площадке с благо-
приятными грунтовыми условиями. Тепловыделение отапливаемой
части здания способствовало смягчению мерзлотного состояния
грунтов, что описано выше. Для сравнения определялась глубина
промерзания на открытой площадке, с которой снег в течение
зимы систематически убирался. В апреле глубина промерзания
составила 4,2 м от верха подсыпки. На другой площадке, с которой
снег всю зиму не убирался и достиг толщины 1,5 м, грунт промерз
на 3,5 м. Влажность грунтов на глубине 0,5—I м от поверхности
составляла № = 0,23, на глубине 1,5 м № = 0,20, на глубине 2 м
№ = 0,18, на глубине 7—10 м №<0,084-0,14. Увеличение влаж-
ности приповерхностного слоя вызывалось миграцией влаги к
фронту промерзания. Поэтому использование подсыпок в качестве
отепляющего слоя способствовало уменьшению влажности грунта
и снижению опасности морозного пучения.
§ 3. Деформации некоторых оснований
из горелой породы
На отдельных площадках в квартале 28/29 г. Воркуты над
вечномерзлыми грунтами, залегавшими на глубине 2,7—3,3 м, на-
ходились торфяной покров и озерно-болотные отложения, при этом
Уровень грунтовых вод доходил до поверхности. Фундаменты
четырехэтажных крупнопанельных жилых домов были заложены
на скальных породах, а полы цокольных этажей — на подсыпке
из горелой породы (взамен удаленных торфа и озерно-болотных
отложений). Слой подсыпки имел общую толщину от 1,4 до 3 м.
Возведенные на этой подсыпке полы через год просели в шести
Цокольных этажах на 40—50 см, а отдельные провалы достигли
58
59
6) 6)
of X J ЕЭ s
•2 —4 ESQ 6
Рис. 22. Мерзлотно-грунтовые условия в квартале 28/29
а — план зданий и пробуренных скважин; б — мерзлотно-грунтовые условия до стронте^Н
ства домов № 14—22: в — то же. через год после начала эксплуатации; / — скважин^
пробуренные в период предпостроечных изысканий; 2 — скважины, пробуренные после
просадки полов; 3 — кристаллы льда; 4 — линзы льда; 5 — торф; 6 — основание из горелой
породы
(у фундаментов) I —1,5 м (дома № 14, 15, 17, 29, 20 и 22 на рис. 22)
В двух других домах, построенных в этом квартале, осадка полов
была равномерной — в пределах 3—5 см (дома № 37 и 39).
После контрольных исследований с бурением скважин и сопо*
ставления полученных данных с предпостроечными изысканиями
(рис. 22, б, в) были выявлены причины деформаций, явившиеся
результатом совместного действия следующих факторов:
уплотнения оставшихся прослоек талого торфа;
уплотнения оттаивающего слоя сильнопросадочных озернЯ
болотных суглинков, расположенного над верхней поверхность»
вечномерзлых грунтов;
оттаивания включений снега в подсыпке и провалов породы
в образовавшиеся полости;
просадки плохо уплотненного грунта обратной засыпки в пазу-
хах ленточных фундаментов (в этих местах отмечены максималь-
ные просадки подсыпки).
Подсыпки в цокольных этажах восьми домов находились в
различных температурных условиях, хотя во всех зданиях рабо-
60
тало центральное отопление. Открытые в течение всей зимы окна
и двери способствовали промерзанию подсыпок на 0,4—0,8 м в че-
тырех зданиях; образовавшиеся же ранее перелетки мерзлых
грунтов не оттаяли. В то же время в других домах, где темпера-
тура в помещениях цокольных этажей поддерживалась Ч-5-?
-£--{-60С, подсыпка оставалась в талом состоянии.
Верхняя поверхность вечномерзлых грунтов залегала на глуби-
не около 3 м от верха подсыпки. В момент, когда произошли
просадки подсыпок и деформирование возведенных на них полов
и перегородок, чаша протаивания еще не нарушила верхнюю
поверхность льдистых вечномерзлых грунтов, что уменьшило ве-
личину просадок подсыпки.
Восстановительные работы свелись к дополнительной укладке
горелой породы и уплотнению как ранее возведенной подсыпки,
так и вновь укладываемых слоев. Опасные деформации полов
приостановились, хотя в течение первых 2 лет после выполнения
восстановительных работ происходили осадки основания по
2—3 см в год.
Еще в двух домах этого квартала (№ 37 и 39) выторфовка
перед устройством подсыпок в подвалах цокольных этажей была
сделана в полном объеме, массивы подсыпок, имевшие толщину
2—2,5 м, хорошо уплотнены. Осадки имели величину 3—5 см
в год, что составляло 1,5—2%; это происходило главным обра-
зом за счет уплотнения нижележащих оттаивающих озерно-болот-
ных суглинков при очень медленном опускании верхней поверх-
ности вечномерзлых грунтов.
На другой площадке в квартале 28/29 г. Воркуты в отличие от
описанных выше деформаций произошла равномерная осадка
основания под полы и под хозяйственные помещения в подвале
крупнопанельного дома № 32-А. Грунты, подстилающие подсып-
ку, неоднородны. На одном участке обнаружен перелеток мерзлого
грунта. С отметки 4,8 м начиналась толща вечномерзлых льдистых
грунтов, с глубины 7,7 м — элювий скальных пород в виде дресвы
и мелкого щебня аргиллита (также с кристаллами льда), а с глу-
бины 10,2 м — скальные породы (отметки являются условными
и даны от устья скважин, пробуренных до начала строительства).
Фундаменты под четырехэтажное здание заглублены в скальные
породы, а подсыпка толщиной 50 см являлась основанием под
бетонные полы, на которых построены кладовки. Пред построен ное
оттаивание мерзлого грунта прослойка и перелетка не произво-
дилось.
В первую зиму эксплуатации этого дома произошел прорыв
Магистральной трубы теплофикационной сети, проходящей на рас-
стоянии 8 м от дома. Горячая вода залила подвал. Нижележащие
талые суглинки уплотнились. Линзы и кристаллы льда в озерно-
гляциальных отложениях и нижней морене оттаяли и при этом
Уплотнились. Результатом этого явилась почти равномерная осад-
ка подсыпки и возведенных на ней конструктивных элементов
61
в среднем на 57 см. Значительных перекосов и опасных деформа,
ций при этом отмечено не было.
Равномерность осадки, происшедшей одновременно под всей
подсыпкой, и отсутствие деформаций, которые могли бы привести
к разрушению возведенных конструкций, свидетельствуют о том,
что в условиях неоднородной мерзлоты наиболее оптимальным
решением следует считать предпостроечную подготовку основания
и перенесение процесса оттаивания на подготовительный период;
только после этого можно приступать к устройству подсыпки и
выполнению других работ нулевого цикла.
В течение 4 лет были проведены наблюдения за осадками по-
лотна внутриквартальной асфальтированной автомобильной доро-
ги в квартале 28/29 г. Воркуты. Проезжая часть возведена на
подсыпке из горелой породы, уплотненной катками. Толщина слоя
горелой породы 60 см. Под полотном залегали торф слоем 1,6 м,
озерно-болотные суглинки слоем 7,6 м и скальные породы — с глу-
бины 9,2 м. Через год проезжая часть просела на 40—50 см. Были
проведены восстановительные работы: асфальт удален, досыпано
и уплотнено полотно из горелой породы, проезжая часть вновь
заасфальтирована на проектной вертикальной отметке, увязанной
с крыльцами жилых домов.
Еще через год проезжая часть автодороги вновь просела на
25—30 см (в последующие годы 10—12 см), и только через 4 года
осадки уменьшились до 3—5 см (т. е. они стабилизировались).
Приведенные примеры свидетельствуют о том, что торф и озер-
но-болотные отложения могут служить постелью для подсыпок
только в том случае, если используются подстилающие грунты по
принципу I. Таким образом, должно быть обеспечено сохранение
их в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации здания
или сооружения. Во всех случаях, когда это условие не может
быть обеспечено, следует производить выторфовку и замену озер-
но-болотных отложений породой или другими непучинистыми н
малопросадочными грунтами. Предусматривается также предпо-
строечное оттаивание и уплотнение этих видов грунтов.
§ 4. Анализ причин аварий
здания на подсыпке
В Парковом переулке г. Воркуты на подсыпке было возведено
трехэтажное административное шлакоблочное здание с фундамен-
том в виде железобетонной сплошной плиты толщиной 25 см
с армированными ребрами под капитальные стены. Между этажа-
ми были сделаны железобетонные пояса жесткости. Для этого,
была использована площадка, на которой изыскания до начатИ
работ не проводились.
Строительство здания велось в два приема: с октября 1970 ;
по июль 1971 г.— первая очередь (рис. 23, оси Б—Е и /—6), затё
62
Действующая теплотрасса
Рис. 23. Мерзлотное состояние грунтов площадки административного здания на
подсыпке
/ — контуры I очереди строительства; 2 — контуры II очереди; 3 — места ра положения
контрольных скважин
после снесения существовавшего рядом здания конторы к июлю
1972 г.— вторая очередь (рис. 23, оси А—Б и 1—6). Подсыпка
выполнялась толщиной от 1,2 до 3,8 м в соответствии с рельефом
местности.
Перед окончанием строительства первой очереди, в июле 1971 г.,
в стене по оси Б появились трещины, которые были расшиты.
Однако деформации продолжались с нарастающей интенсивностью
и к началу 1973 г. стали опасными. В мае неравномерные осадки
составили от 281—284 мм до 393—417 мм, что в 2—3 раза превы-
шает нормы, установленные СНиПом для шлакоблочных зданий
с железобетонными поясами жесткости.
Для изучения причин деформаций было пробурено пять сква-
жин. Грунты площадки представляли собой делювиальные суглин-
ки слоем от 0,2 до 1,8 м. Ниже залегали озерно-болотные суглинки
мощностью от 1,1 до 3,5 м, а под ними — флювиогляциальные
отложения. Изучение образцов грунта позволило выявить неодно-
родные мерзлотные условия площадки.
В период первой очереди строительства наблюдались в основ-
ном талые грунты, в период второй очереди — вечномерзлые,
верхняя поверхность которых переходила от сливающегося типа
63
грунтов (по оси Л) к глубине 5,5 м (в центре здания). В вечно-
мерзлых грунтах содержится большое количество кристаллов
льда размером от I—3 мм до 10—60 мм. Наибольшая льдистость
приурочена к озерно-болотным и флювиогляциальным суглинкам.
Общая льдистость составляла 25—30 % на каждый метр. Только
по данным одной скважины льдистость составляла 20—25 % для
озерно-болотных и 10—15 % — для флювиогляциальных суглинков.
Вечномерзлые грунты этой площадки имеют высокое значение
влажности, которое зачастую выше верхнего предела пластич-
ности, и, следовательно, при оттаивании должны были иметь те-
кучую консистенцию. Влажность талых грунтов ниже, чем мерз-
лых, они имеют консистенцию от текучепластичных до тугопластич-
ных, а в отдельных случаях — даже до полутвердых.
Наиболее сжимаемыми при оттаивании являются высоко-
льдистые озерно-болотные и флювиогляциальные суглинки. Их от-
носительное сжатие под нагрузкой 0,1 МПа составляет 0,139—
0,309, а под нагрузкой 0,2 МПа — 0,155—0,351. Следовательно
каждый метр вечномерзлых грунтов при оттаивании
нагрузками мог дать осадку от 13,9 до 35,1 см.
под
этими
Здание проектировалось и строилось без учета действитель
ного мерзлотного состояния грунтов. Ошибочно был выбран прин
цип II использования грунтов. Предполагалось, что железобетон-
ная плита
возможные
и пояса над всеми этажами в состоянии
неравномерные осадки. Однако оттаявшие
воспри
нять
под зданием
(на 1.7 м) озерно-болотные суглинки вызвали неравномерные про-
садки, повлекшие за собой аварийное состояние здания. Макси-
мальная рассчитанная по СНиПу возможная осадка при оттаива-
нии этого грунта достигает 61 см.
Здание было разобрано
ввиду
невозможности его восстановления.
§ 5. Особенности промерзания грунтов
на открытых площадках
и под насыпным слоем
Верхний слой грунтов подвергается попеременно сезонном
промерзанию и оттаиванию и вследствие большой
влажности
является пучинистым. Подсыпка на таком основании может дефор-
мироваться («пульсировать»). Поэтому для уменьшения пучини
стости грунта надо создавать условия, чтобы влажность грунта
соответствовала значениям, не опасным в отношении пучения [23].
Одним из способов уменьшения пучинистостн грунта являете?
устройство подсыпок. Иллюстрацией этому служат некоторые наб
людения.
В квартале 13 г. Воркуты на обследованной площадке повер:
естественных грунтов лежала смесь песка, гравия, обломко!
бревен, оставшихся от сгоревшего здания. Толщина этого сло1
64
составляла 1,1 —1,8 м. Кроме того, насыпной слой был прикрыт
слоем снега, достигавшим 0,2—0,9 м. Зимнее промерзание в декаб-
ре (в момент обследования площадки) достигло 1,0—1,3 м.
Таким образом, промерзанию подверглась только часть насып-
ного слоя, а естественный грунт, представленный пылеватыми
суглинками, оставался в талом состоянии.
Естественная влажность суглинка составляла w = 0,22-Ь0,37,
влажность на границе текучести ауЛ=0,31, на границе раскатыва-
ния йУр = 0,17. По классификации М. Ф. Киселева этот грунт
относится к среднепучинистым. Нижележащие суглинки верхней и
нижней морен имели влажность в пределах ^ = 0,164-0,25.
На другой площадке, на территории шахты «Октябрьская»,
происходило глубокое сезонное промерзание пылеватых суглинков
(на 2,7 м) и увеличение влажности промерзшего слоя. Так, в июле
влажность грунтов составляла 0,29; 0,24; 0,15; 0,12, а в марте —
соответственно 0,48; 0,37; 0,33; 0,28. Ниже сезоннопромерзшего
слоя влажность составляла 0,14—0,24, т. е. практически величина
влажности талых грунтов находилась в тех же пределах, что и
на первой площадке.
На третьей площадке, расположенной в пос. Ворга-Шор, в июне,
когда покровные суглинки находились в талом состоянии, их
влажность составляла 0,10—0,18 (чаще 0,14—0,18). В конце
ноября при сезонном промерзании 0,6—1,8 м влажность грунтов
на этих же участках повысилась до 0,25—0,29. Ниже слоя сезон-
ного промерзания влажность грунтов оставалась практически
в тех же пределах, что и в летний период (0,14—0,20). К этому
времени из 8 зимних месяцев прошли только 2,5, поэтому грунты
промерзли не на всю глубину. При дальнейшем промерзании
величина пучения грунтов возросла, а при наличии пылеватых
грунтов (наиболее пучинистых из всех видов грунта) она может
достичь и больших величин. Если же изменить условия сезонного
промерзания грунтов, то морозное пучение можно уменьшить или
даже предотвратить. Скорость и глубина промерзания — оттаива-
ния зависят от мерзлотно-грунтового состояния площадки, теп-
лопроводности грунта, метеорологических условий, толщины и
размеров подсыпки, теплоотдачи здания в основание, а также от
выполнения предпостроечной мелиорации территории застройки.
§ 6. Особенности работы оснований
на подсыпках в различных условиях
Анализируя опыт совместного использованя грунтов и подсы-
пок, следует рассмотреть, обобщить характерные случаи совмест-
ной работы зданий (сооружений) с основаниями и учесть эти
особенности. Приняты различные сочетания:
строительство летом или строительство зимой;
5
Заказ 874
65
Рис. 24. Взаимодействие отапливаемых зданий с основанием иа подсыпке I
айв — строительство в летнее время; б н г — то же, в зимнее; / — направление холодного
воздуха; 2 — направление теплого воздуха; 3 — сезонное промерзание грунтов; 4 — верх.,
няя поверхность вечномерзлых грунтов; 5 — перелеткн |
площадка представлена оттаявшими за лето грунтами поверх-
ностного слоя или площадка представлена деятельным слоем, про-
мерзшим за зиму;
на площадке залегают вечномерзлые грунты или на площадке
на глубину исследованной толщи (8—10 м) вечной мерзлоты или
перелетков не обнаружено;
грунты используются по принципу I или II СНиП 2.02.04—88з
строительство отапливаемых зданий или неотапливаемых]
Четыре обобщенных случая влияния отапливаемых здания
(сооружений), построенных с использованием грунтов по разным
принципам и при выполнении работ нулевого цикла в различные
периоды года, приведены на рис. 24. j
Случай 1. Отапливаемое здание возводят летом на площадке
с вечномерзлыми грунтами с использованием их по принципу В
(рис. 24. а). Сезонномерзлый слой оттаял и пригоден для устрой!
ства подсыпки. В этом случае, несмотря на проветриваемое под!
полье, снимающее тепловые нагрузки от здания, зимнее промерза!
ние грунтов происходит неодинаково — под серединой и под кра!
ями подсыпки. Это объясняется отепляющим влиянием подсыпки
при сезонном промерзании грунтов и подтверждается рассмотрен!
ными примерами взаимодействия зданий с основаниями. В еле!
дующее лето промерзший слой оттаивает под краями подсыпки
быстрее, а под серединой — медленнее. Если же при строительстве
здания подсыпку делать до того, как сезонномерзлый слой от!
тает, то возможно постепенное образование перелетков мерзлым
грунтов под зданием, что может явиться причиной пучения.
66 I
Случай 2. Отапливаемое здание возводят зимой на площадке
с вечномерзлыми грунтами с использованием их по принципу I
(рис. 24,6). До устройства подсыпки деятельный слой промерз
или частично, или на всю глубину. На площадке происходит на-
капливание мерзлоты под зданием, перелеток мерзлого грунта
увеличивается, и постепенно сезоннопромерзающий и вечномерз-
лый слой грунта сливаются.
Случай 3. Отапливаемое здание возводится летом на площад-
ке, где на расчетную глубину возможной чаши протаивания нет
вечномерзлых грунтов и строительство предусмотрено с исполь-
зованием грунтов по принципу II (рис. 24, в). Зимнее промерзание
грунтов происходит только за пределами здания. Здание же отдает
в подсыпку и подстилающие ее грунты тепло (в различном для
каждого здания количестве) в зависимости от того, какие построе-
ны полы (по грунту или с подпольем), насколько хорошо выпол-
нена термоизоляция цокольного перекрытия, имеются ли в под-
полье трубопроводы, как они расположены и термоизолирова-
ны и т. д. Эти параметры подсчитываются по известным законо-
мерностям, приведенным в работах [22, 23]. В этом случае под
подсыпкой не будет происходить сезонное промерзание грунтов.
Морозное пучение грунтов будет возможно только под откосами
подсыпки, что не вызовет деформации самого здания.
Случай 4. Отапливаемое здание строится зимой на площадке,
где на расчетную глубину возможной чаши протаивания нет вечно-
мерзлых грунтов, а естественные грунты используются по прин-
ципу II (рис. 24, г). Подсыпка устраивается на сезоннопромерз-
шем слое грунта (грунт может быть промерзшим на всю глубину
или частично). В процессе эксплуатации отапливаемого здания
сезонное промерзание — последующее оттаивание происходят в
той части подсыпки, где не сказывается тепловое влияние здания,
а под краями здания возможно постепенное образование перелет-
ков мерзлого грунта.
Таким образом, имея в виду приведенное состояние грунтов
и влияние на них отапливаемого здания, следует рекомендовать
следующие оптимальные случаи:
строительство отапливаемых зданий на подсыпках с использо-
ванием грунтов по принципу I (случай 2);
строительство отапливаемых зданий на подсыпках с использо-
ванием грунтов по принципу II (случай 3).
В соответствии с этим при использовании грунтов по принци-
пу I наиболее благоприятным временем для устройства подсыпки
является тот период года, когда деятельный слой находится в
мерзлом состоянии (в условиях Крайнего Севера это может быть
период с ноября до мая). Теплопередача от отапливаемого здания
в подсыпку и грунт исключается вследствие устройства проветри-
ваемого подполья. При использовании грунтов при принципу II,
Напротив, подсыпку лучше выполнять в тот период года, когда
сезоннопромерзший за зиму слой грунта полностью оттаял (в рай-
5* 67
Вечномерзлый грунт
Рис. 25. Взаимодействие неотапливаемых зданий с основанием на подсыпке
а н в — строительство в летнее время; б н г — то же. в зимнее; / — сезонное промерзание
грунтов; 2 — верхняя поверхность вечномерзлых грунтов; 3 — перелеткн
оне Крайнего Севера это может быть период с июля по сентябрь).
Это не противоречит возможности круглогодичного строительства
(ограничение распространяется только на работы нулевого цикла),
но позволяет лучше использовать свойства грунтов основания.
Под неотапливаемыми зданиями промерзание подсыпки и грун-
тов зимой идет интенсивнее, чем оттаивание летом, в особенности
под самим зданием. В случаях а и б (рис. 25) это приводит к
постепенному слиянию сезонномерзлого и вечномерзлого слоев
грунта, а в случаях в и г (рис. 25) — к глубокому сезонному
промерзанию и образованию перелетков мерзлого грунта.
Чтобы обеспечить принятый принцип использования грунтов,
надо выработать также правила как сооружения инженерных
коммуникаций, так и ввода их в здания в условиях, когда террито-
рия строительства сложена вечномерзлыми и сезоннопромерза-
ющими грунтами. Пока эти правила не были апробированы, в
г. Воркуте были случаи деформации зданий.
Некоторые примеры описаны в литературе (32]. Деформация
домов произошла на Парковой улице в г. Воркуте, где вследствие
аккумуляции тепла был нарушен режим вечномерзлых грунтов-
Заглубленные в грунт вводы теплофикации располагались посре-
дине зданий в железобетонных коробах, при этом термоизоляция
труб была недоброкачественной, местами разрушенной, что и спо-
собствовало усиленной теплопередаче в грунт, его быстрому И
неравномерному оттаиванию, повлекшему просадку оснований и
стен домов. Описанные здания были построены из бруса,вследствие
чего деформации были практически неопасными, не разрушал#
здания, но требовался ремонт конструкций.
68
При ремонте некоторых зданий ограничивались реконструкцией
вводов тепловых сетей, заменой заглубленных вводов на надзем-
ные, поднятием просевших стен, исправлением деформированных
проемов и т. д. В ряде же случаев потребовался капитальный
ремонт зданий, например жилого дома на углу улиц Мира и Пар-
ковой в г. Воркуте, построенного с использованием грунтов по
принципу I и сильно деформировавшегося в результате прорыва
труб канализации и продолжительного попадания горячей воды
в вечномерзлый грунт.
Изучение многолетнего опыта позволяет сделать выводы, каса-
ющиеся сооружений инженерных коммуникаций и вводов их в
здания в различных мерзлотно-грунтовых условиях. Когда здание
строится с использованием грунтов по принципу I (необходимость
сохранения вечномерзлого состояния грунтов), трубы канализации
располагаются над подсыпкой, в вентилируемом подполье, в не-
посредственной близости к цокольному перекрытию. Трубопрово-
ды, прокладываемые в холодном подполье, предварительно под-
вергаются соответствующей термоизоляции, что предохраняет
Рнс. 26. Разрез по канализационному стояку
3 — при строительстве с сохранением мерзлого состояния грунтов; б — прн строительстве
на талых (сезоннопромерзающнх) грунтах
69
воздух подполья от нагревания, а трубы от замерзания. При этом
колодцы канализации размещаются на расстоянии 7,5—8,5 м от
стен здания, а канализационные трубы между колодцем и зданием
прокладываются на некоторой высоте от спланированной поверх-
ности грунта (рис. 26, а). При строительстве с использованием
грунтов по принципу II (наличие сезоннопромерзающих — сезон-
нооттаивающих грунтов) вентилируембе подполье не делается,
трубы канализации располагают в слое подсыпки, а канализацион-
ный колодец удаляют от здания на меньшее расстояние, например
на 4 м (рис. 26, б].
Аналогичные меры принимаются при сооружении теплофика-
ционных и водопроводных сетей и вводов в здания. Эти рекомен-
дации проверены на практике и позволяют сохранить предусмот-
ренный проектом принцип использования грунтов.
§ 7. Классификация причин деформации
зданий на подсыпках
Причины возможных деформаций оснований и надземных кон-
струкций зданий на подсыпках и рекомендации по их предотвра-
щению приведены в табл. III.5.
Причинами, приводящими к деформациям и даже разрушению
зданий на подсыпках, являются ошибки, допускаемые при проек-
тировании, неправильное производство работ, неправильная экс-
плуатация зданий.
В результате неквалифицированного проектирования могут
образоваться и развиться в вечномерзлых грунтах чаши про-
таивания.
Вследствие ошибок, допущенных при производстве работ, воз-
можны просадки подсыпок в заболоченном грунте. Так, пере-
рывы при устройстве подсыпок в зимнее время могут способство-
вать образованию в ее массиве включений снега и льда, а выпол-
нение заглубленных конструктивных элементов после возведения
подсыпки — попаданию в нее глинистых включений.
При нарушениях правил эксплуатации зданий возможны рез-
кие изменения физико-механических свойств грунтов, подстила-
ющих подсыпку. Обобщенные натурные данные, включающие
исследования мерзлотного состояния грунтов под зданиями на
различной глубине, их температуры и других физико-механических
свойств, позволили определить основную закономерность развития
чаши протаивания под отапливаемыми зданиями на подсыпке.
Глубина чаши протаивания изменяется вдоль контура здания,
достигая максимального значения под серединой здания и мини-
мального — под его краями. В процессе строительства и эксплу-
атации может происходить также и глубокое сезонное промерзание
грунтов с миграцией влаги к фронту промерзания, что вызывает
пучение грунтов.
70
г
X ex
71
о
CQ
OJ
X
X
ф
о
о
С
о
с
о
72
На основании изложенного следует, что основные причины
деформации зданий взаимосвязаны; например, неправильный вы-
бор принципа использования грунтов приводит к ошибочным про-
ектным решениям, несвоевременному выполнению работ, наруше-
ниям в период эксплуатации.
При разработке проектов зданий и сооружений на подсыпках
и проектов производства работ, а также при строительстве следует
руководствоваться всем комплексом естественных исторических
условий данного региона.
Глава IV
ПАРАМЕТРЫ ПОДСЫПКИ
§ 1. Эмпирические рекомендации
по строительству на подсыпках в Воркуте
Впервые строительство одноэтажных и двухэтажных деревян-
ных отапливаемых зданий при основании их на лежнях, уложенных
на предварительно подготовленную подушку из горелой породы,
шлака или гравийно-галечного материала, было рекомендовано
Временными техническими указаниями на изыскания, проекти-
рование и строительство промышленных и гражданских зданий
и сооружений в условиях воркутинского района (ВТУ-54).
Этот способ можно было применять в следующих случаях:
для выравнивания поверхности скальных пород или элювия;
когда грунтами основания проектируемого здания являлись
плотные песчано-гравийные сухие грунты, не содержащие про-
слойков и линз льда;
когда в основании залегали мерзлые суглинистые и супесчаные
грунты, слитые с толщей вечномерзлых пород.
В первых двух случаях здания могли проектироваться без
сохранения мерзлого состояния грунтов под подсыпкой, а в треть-
ем — с сохранением их вечномерзлого состояния, при этом под-
сыпку рекомендовалось выполнять после того, как сезонное про-
мерзание грунтов достигало полной глубины.
Других указаний или рекомендаций в ВТУ-54 не давалось, за
исключением совета: при сохранении вечномерзлого состояния
подстилающих подсыпку грунтов назначать толщину подсыпки
не менее 0,7 м. Позднее эта рекомендация была изменена.
В изданных в 1962 г. Технических рекомендациях на изыска-
ния, проектирование, строительство и эксплуатацию зданий и
сооружений в воркутинском районе [7] область применения под-
сыпок под фундаменты зданий допускалось расширить по сравне-
нию с ВТУ-54.
73
Из § 69 рекомендаций следовало: для деревянных рубленых
и каркасных одно- и двухэтажных зданий, а также неответствен-
ных одноэтажных каменных зданий небольшой протяженности
и без внутренних отдельных столбов практиковалось устройство
оснований в виде подсыпок из горелой шахтной породы, гравийно-
галечных и песчаных смесей по талым грунтам, имеющим
консистенцию не ниже мягкопластичной. При этом минимальная
толщина подсыпки из шахтной горелой породы принималась
не менее 1,25 м (считая от верха отмостки) и 1,50 м — при исполь-
зовании гравийно-галечниковых и песчаных смесей.
Возведение зданий на подсыпках допускалось при тщательном
дренировании основания (удалении грунтовых вод, если подсыпка
ведется на талые грунты или применяется метод строительства
с допущением протаивания) и предохранении от увлажнения
поверхностными водами путем устройства водонепроницаемых
отмосток по откосам подсыпки, канав и кюветов для отвода атмо-
сферных вод [7].
В проектах, разрабатываемых Печорниипроектом, высота под-
сыпки принималась не менее 0,8 м при использовании грунтов
по принципу II и 1,2 м — по принципу I. Одновременно опытным
путем улучшались методы производства работ по устройству под-
сыпок, подготовке площадок, мелиорации застраиваемых участ-
ков, механизации работ, а также условия эксплуатации, что спо-
собствовало лучшему состоянию зданий и сооружений. Большин-
ство зданий и сооружений на подсыпках, построенных в г. Воркуте,
прилегающих поселках и на шахтных площадках Печорского
угольного бассейна с использованием грунтов по обоим принципам
СНиП 2.02.04—88, эксплуатируются без деформаций. Изучение
как этих примеров, так и случаев деформации позволили обобщить
многолетний опыт и разработать временные технические рекомен-
дации по возведению зданий на подсыпках в условиях Воркуты
(ВТР-67) [1]. На их основе были составлены Рекомендации по
проектированию и устройству зданий на подсыпках в районах
распространения вечномерзлых грунтов [3].
§ 2. Принципы статического расчета
элементов подсыпки
Подсыпкой называется теплоизолирующая насыпь, через ко-
торую на поверхность грунта передается нагрузка от здания. Фун-
даменты зданий располагаются на поверхности подсыпки или в ее
массиве [3]. Таким образом, для определения параметров подсып-
ки необходимы статический (для всех районов строительства)
и теплотехнический расчеты (для районов распространения вечно-
мерзлых грунтов и глубокого сезонного промерзания). При этом,
если для районов Крайнего Севера наибольшей будет толщина
74
подсыпки, полученная по теплотехническому расчету, то при проек-
тировании может применяться наибольшее из двух значений —
статического и теплотехнического расчетов.
Статический расчет подсыпки сводится к определению ее
основных размеров: толщины ЛП(ис, ширины бермы у края, ограни-
ченного откосом Вбермы, и крутизны откоса 1 : т (см. рис. 1).
Для статического расчета толщины подсыпки можно пользо-
ваться имеющимися формулами для определения размеров песча-
ных подушек. К их числу относятся, например, формулы и номо-
граммы, предложенные Л. Е. Линовичем [25, с. 287—289]. Поль-
зуясь этим методом расчета, толщину подсыпки можем определять
из условия, что напряжения на подстилающий слой грунта не долж-
ны превышать нормативного давления на этот грунт /?н:
h,mic —mb. (IV.1)
где йпозс—толщина подсыпки, м; b — ширина подошвы фундамента, м; т — коэф-
фициент, принимаемый по графику в зависимости от /?*//?подс (отношение норматив-
ного давления на слабый грунт к нормативному давлению на подсыпку) и отно-
шения длины фундамента в плане к ширине а/Ь.
Рассмотрим примеры расчета толщины подсыпок под здания
магазина и котельной, описанные в гл. III.
Пример 1. Статический расчет толщины подсыпки под здание
магазина. Задаемся: ЛПоДс= 100см, /?Подс = 1 кг/см2. /?и = 0,83 кг/см2
коэффициент пористости е=0,9, 6=150 см.
Отношение /?и/RnoK — 0,83/1,00 = 0,83.
Находим величину коэффициента [26]: m = hnO!K/b = 0,5, от-
куда 6Подс = 0,5* 150 = 75 см, т. е. от низа фундаментной ленты
до поверхности покровных грунтов АПОДС = 75 см, при этом полная
толщина подсыпки
ЯпО,с = йподс + йфУИЛ = 75 + 60=135 см. (IV.2)
Таким образом, фактически средняя толщина подсыпки под
здание составляет 140 см (от НО до 185 см). Следовательно,
опасные деформации происходят не из-за недостаточной статиче-
ской прочности основания, а вследствие неправильного выбора
принципа использования грунтов.
Пример 2. Статический расчет толщины подсыпки под здание
котельной. Задаемся: 6ПОдс = 100 см, КПОЛС= 1 кг/см2. /?н = 0,7 кг/см2
е= 1,0, Ь— 100 см.
Отношение /?н//?подс = 0,7/1,0 = 0,7.
Находим величину коэффициента [25]: т = НПоЛС/Ь = 0,7, от-
куда бподс = 0,7 • 100 = 70 см.
По формуле (IV.2)
/7ПОДС = 70 + 35= 105 см.
Средняя толщина подсыпки под здание составила 110 см
(от 90 до 120 см), что позволяет считать причиной опасных дефор-
75
маций, как и в примере 1, неправильный выбор принципа исполь-
зования грунтов, повлекший образование чаши протаивания и
просадку слабых грунтов. Статическая прочность подсыпки до-
статочна.
Определим ширину бермы у края подсыпки, ограниченного
откосом. Л. Е. Линович [25, с. 288] назначает ширину песчаной
подушки Ь„ол = 1,4 4- 1,5 ширины фундамента:
6nos = (1.4 4-l, 5) (IV.3)
Если руководствоваться этой формулой, то ширину подсыпки
под фундаменты магазина следовало бы принять 210—226 см, под
фундаменты котельной — 140—150 см (исходные данные в приме-
рах 1 и 2). В наших же случаях подсыпка устраивается не только
под фундаментные ленты, а по всей площади здания, так как
является одновременно и основанием под полы. Поэтому нам сле-
дует рассчитывать не ширину подушки (подсыпки), а ширину
бермы Вбермы края подсыпки, ограниченного откосом (см. рис. 1).
По аналогии с формулой (IV.3)
Вб,рмы=(1.4^1.5)(бф¥ИЛ/2). (IV.4)
Тогда ширина бермы подсыпки составит в здании магазина
105—112 см, в здании котельной 70—75 см. Однако такая ширина
бермы недостаточна для устройства бетонной или асфальтной
отмостки для отвода дождевых и других поверхностных вод от
здания. Минимальная ширина отмостки должна составлять 1,5 м.
Будем иметь в окончательном виде формулу (IV.4):
(•«£ 1.5 м) + (6стены /2).
где 6стеиы/2 — расстояние от оси стены до ее наружной поверхности; 1.5 м —
минимальная ширина отмостки у края подсыпки, ограниченного откосом.
Определим уклон откоса подсыпки. Откос подсыпки из несвяз-
ного материала будет находиться в равновесии лишь в том случае,
если его угол с горизонтальной поверхностью грунта не будет
превосходить угла внутреннего трения материала (38°), из кото-
рого выполнена подсыпка [26, раздел 20].
Коэффициент запаса на устойчивость k такого откоса опреде-
ляется по формуле
*=tg<p/tg0. (IV.5)
где <р—угол внутреннего трения материала, из которого выполнена подсыпка;
0 — угол наклона откоса к горизонту (рис. 27).
При ф = 38°, tg<p = 0,781 определяем угол 0: tg 0 = 80/120 = 0,660,
или р = 30°30'<38°.
Находим значение коэффициента запаса по формуле (IV.5):
* = 0,781/0,660=1,18.
76
Рис. 27. Угол наклона откоса к гори-
зонту
Коэффициент запаса на устойчивость откоса должен быть
1 <£^ 1,4.
Необходимую крутизну откосов 1 : т можно вычислить, поль-
зуясь графиком Б. М. Ломизе [26, раздел 20], для чего определить
следующие исходные данные: Н (высоту откоса), у (объемную
массу скелета подсыпки), с (удельное сцепление материала под-
сыпки), k (коэффициент запаса на устойчивость откоса подсыпки).
Пример 3. Расчет необходимой крутизны откосов подсыпки
1 : т из горелой породы. Задаемся: /7 = 80 см; 7=1,22 г/см3,
с = 0; £=1,18.
Относительная величина сцепления с/£7?7=0/1,18-1,22*0,8 =
= 0. Значение tg<p/£ = 0,781/1,18 = 0,65.
По графику Б. М. Ломизе находим, что требуемая крутизна
откосов 1 : т — 1 : 1,5.
Пример 4. Расчет необходимой крутизны откосов подсыпки
1:т из природной гравийно-песчаной смеси. Задаемся: /7 =
= 80 см; у=1,62 г/см5; с = 0; £=1,18.
Определяем относительную величину сцепления: c/kyH-=
=0/1,18-0,62-0,8 = 0. Тогда tg <р/£ = 0,781/1,18=0,65.
По графику Б. М. Ломизе находим, что требуемая крутизна
откосов 1 : m = 1 : 1,5.
§ 3. Конструирование фундаментов на подсыпках
Фундаменты зданий и сооружений, устраиваемые на подсып-
ках, в зависимости от конструкции и материала, применяемых,
для их возведения, выполняются в виде:
деревянных лежней с нижней обвязкой (табл. IV. 1);
железобетонных монолитных обвязочных фундаментных балок
прямоугольного или таврового сечения с полкой понизу (для уве-
личения площади опирания фундамента на подсыпку);
фундаментных балок из сборного железобетона;
сборных железобетонных плит.
При проектировании фундаментов из монолитного железобе-
тона под здания со сроком эксплуатации до 20 лет можно пользо-
ваться данными опыта строительных организаций (табл. IV.2),
под здания со сроком эксплуатации более 20 лет размеры фунда-
ментов следует определять расчетом.
При устройстве сборных ленточных фундаментов следует при-
менять железобетонные элементы прямоугольного или трапеце-
77
Таблица IV. 1. Рекомендуемые размеры деревянных лежневых фундаментов
Количество этажей Давление на основа- ние. МПа Сечение иижней обвязки, см Лежни, укладываемые на подсыпку, см
под наружные стены под внутренние стены диаметр длина расстояние между леж- нями
1 0.10 20Х 15 I5X 10 24 60 100
1 0,15 20 X 15 15Х Ю 24 60 80
2 О.Ю 20Х 15 15X10 26 80 100
2 0,15 20Х 15 15X10 26 100 80
Таблица IV.2. Рекомендуемые размеры ленточных фундаментов
из монолитного железобетона под здания на подсыпке
со сроком службы до 20 лет
Количество этажей Давление на основа- ние. МПа Ширина подошвы фундамен- та. см Высота фундамен- та Афу,*. см Марка бетона. кг/см2 Площадь поперечного сечения арматуры
в ннжнем сечеинн Fa, см2 в верхнем сечении F'a. 2 СМ4
1 0,10 100 60 200 7.7 0.5F.
1 0,15 80 60 200 9.9 6.9 0,5 Л,
2 0,10 150 80 200 8.9 10.8 0.5F.
2 0,15 120 80 200 13.9 15,6 0.5F.
20,0
Примечания: I. В числителе—площадь арматуры из стали класса А П
периодического профиля, в знаменателе — из стали класса А-!. 2. Диаметр
хомутов 8—10 мм через каждые 25 см.
идального сечения, руководствуясь каталогами строительных из-
делий (в зависимости от нагрузки по.подошве фундамента).
При устройстве фундаметов из сборных железобетонных плит
последние следует размещать так, чтобы они были расположены
в местах приложения нагрузок, например под стенами, перегород-
ками, в стыках между объемными блоками. Можно пользоваться
типовыми сборными плитами (применяемыми в дорожном строи-
тельстве и др.) или специально проектируемыми для устройства
таких фундаментов. В местах приложения значительных сосре-
доточенных нагрузок целесообразно пользоваться прокладками
для распределения нагрузки на большую площадь плиты.
78
§ 4. Теплотехнический расчет оснований
при строительстве
с использованием грунтов
по принципу I
При строительстве зданий на подсыпках с использованием
грунтов по принципу II и за пределами зоны распространения
вечномерзлых грунтов можно ограничиться статическим расчетом
параметров подсыпки. При использовании грунтов по принципу I,
помимо статического, необходим и теплотехнический расчет.
В Рекомендациях по проектированию и устройству зданий
на подсыпках в районах распространения вечномерзлых грунтов
[3] разработана методика расчета оснований, позволяющая огра-
ничить глубину сезонного и многолетнего промерзания — оттаива-
ния такими пределами, при которых деформации надфундамент-
ных конструкций не превышают предельных величин. Это достига-
ется назначением расчетной температуры поверхности подсыпки
в пределах контура здания и толщины подсыпки. Если соседние
здания и сооружения возводятся с использованием грунтов по
разным принципам, то следует определять расстояние безопас-
ности между ними.
При строительстве с использованием грунтов в мерзлом со-
стоянии (принцип I) расчетная температура поверхности подсып-
ки to назначается равной температуре грунта на глубине 10 м, но
не выше — 1,5 °C.
При использовании грунтов в оттаивающем и оттаявшем
состоянии (принцип II) to вычисляется по формуле
/о = А/г„ (IV.6)
где т»— период эксплуатации здания, лет; А — параметр, определяемый согласно
данным таблиц [3]. °C • год.
Входными параметрами таблиц являются: глубина залегания
вечномерзлых грунтов на начало строительства, осадка вечно-
мерзлых грунтов при оттаивании под бытовым давлением и терми-
ческое сопротивление подсыпки. Первые две величины принима-
ются по данным инженерно-геологических изысканий, третья рас-
считывается по формуле
/?п = ^яо*с/Ат П 4“ I/ап. (IV.7)
где Н„оас— толщина подсыпки, м; к,„— коэффициент теплопроводности подсыпки
в талом состоянии, кДж/м2-ч-°C; а„— коэффициент теплопередачи на поверх-
ности подсыпки, принимаемый равным 10 кДж/м2 • ч • °C.
Толщина подсыпки Нпоас, м, при строительстве с использова-
нием грунтов по принципу I определяется по формуле
//поДг = ^оРт{’//7п —V<лп )]. (IV.8)
79
Таблица IV.3. Значения коэффициента ko
Отношение ширины бермы к толшнне подсыпки ——-
Материал подсыпки 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.5 3 н бо. лее
Песок, гравий, щебень и их смеси Горелые поро- 1,51 1,40 1,48 1,28 1.46 1.20 1,44 1.12 1.40 1,10 1.37 1.07 1.33 1,03 1,30 1.0 1.26 1.0 1.15 1.0 1.0 1.0
ды шахтных тер-
риконов и шла-
ки
где ko— коэффициент, учитывающий тепловое влияние откоса на глубину сезон-
ного промерзания —оттаивания под краем здания, определяемый по данным
табл. IV.3; QT — параметр, учитывающий затраты тепла иа оттаивание материала
подсыпки, определяемый по формуле (IV.9); /дп—средняя летняя температура
воздуха 8 холодном подполье, °C; средняя летняя температура наружного
воздуха, °C; т,— коэффициент теплового влияния здания на глубину сезонного
оттаивания, принимаемый 0,55.
Из формулы (IV.8) следует
<IV9>
где Im — коэффициент теплопроводности материала подсыпки в талом состоянии,
кДж/м-ч-°C; тл— продолжительность летнего периода; уса— объемная масса ске-
лета подсыпки, т/м3; шс— суммарная влажность материала подсыпки, доли единицы.
Последовательность теплотехнического расчета HnOac' вначале
определяется расчетная температура поверхности подсыпки /о
по формуле (IV.6), а затем средняя летняя температура воздуха
в холодном подполье /лп и толщина подсыпки НП0Лс по форму-
ле (IV.8).
Для расчета толщины подсыпки при проектировании зданий
с использованием грунтов по принципу II (в оттаивающем и от-
таявшем состоянии) в Рекомендациях [3] приводятся две форму-
лы, в зависимости от средней зимней температуры воздуха в хо-
лодном подполье t3n:
при /зп^О
HBW=)]; (IV. 10)
при /з.п> 0
Нполе hQnlItt — .
(1V.1D
где Q.— параметр, учитывающий затраты тепла на промерзание материала
подсыпки, определяется по формуле
, / 2Х*„т,
Q"“ V 80000ycnu,c : (IV. 12)
80
n—коэффициент теплопроводности материала подсыпки в мерзлом состоя-
ии, кДж/м-ч-°C; тэ—продолжительность зимнего периода; ч; rJM—средняя
!мняя температура наружного воздуха, °C; mf — коэффициент теплового влияния
1зиия на глубину сезонного промерзания, равный:
0,55 при 6^0 [6—(Хт п/Хц лХ^эп//».и) 1;
0.0 при 6<—1;
0,554-0,48 при — 1СУ<0-
При проектировании по формулам (1V.10) 4- (IV.12) расчет
толщины подсыпки производится методом последовательных при-
ближений.
Пример 5 [3].. Требуется сделать теплотехнический расчет
подсыпки под здание, проектируемое с использованием грунтов
по принципу I.
Исходные данные: тип фундамента ленточный; нагрузка от
здания N— 12 т/м; вечномерзлые грунты слиты со слоем сезонного
промерзания; температура грунта на глубине 10 м /о =—2 °C;
материал подсыпки — горелая порода шахтного террикона; ХтП =
=0,69 кДж/м • ч • °C; Хмп = 0,84 кДж/м • ч • °C; ус.п = 1.22 т/м3;
аус = О, 15; средняя годовая температура наружного воздуха /вн =
= —5,7 °C [7]; /Л Н = 6,5°С; /зи= — 14,4 °C; средняя годовая
скорость ветра цср = 4,7 м/с; средняя летняя скорость ветра ил —
= 4,2 м/с; средняя зимняя скорость ветра о3 = 5 м/с; тл = 3660 ч;
т3 = 5100 ч; здание прямоугольное, площадь здания Fc = 360 м2;
площадь цоколя Fu=126 м2; расстояние до соседних зданий
l=Ah (где h — высота здания); термическое сопротивление пере-
крытия над подпольем /?о = 2,5 м2-ч-°С/кДж; термическое со-
противление цоколя /?и = 0,5 м2 • ч • °С/кДж; температура воздуха
внутри здания /Пола=18°С; в подполье проложена прямая и об-
ратная трубы теплофикации длиной /т=30 м; температура тепло-
носителя в прямой трубе /т-1=90 °C, в обратной — /т-2 = 70°С;
термическое сопротивление теплоизоляции трубопровода /?т_| =
= /?т_2 = 3,5 м2 • ч • °C • кДж; продолжительность отопительного
сезона тт = 6600 ч; ширина бермы /> = 2,0 м; для горелой породы
принимаем условное расчетное давление о=1,5 МПа или 15 т/м [3].
Ширина ленточного фундамента
F = JV/O= 12/15 = 0,80 м.
Толщина подсыпки назначается расчетом, но не менее полу-
торной ширины фундаментов, т. е. Нполс< 1,2 м. Теперь определим
/7ПОдс исходя из следующих данных: расчетная температура поверх-
ности подсыпки to— —2 °C, средняя годовая температура воздуха
в холодном подполье /вп= — 2,57 °C [3], модуль вентилирования
(отношение общей площади продухов или площади открытого
подполья к площади здания) М — 0,0025 [3]; /л п = 2,4 °C; Qr —
= 0,59 [по формуле (IV.9)].
По формуле (IV.8)
Н„олс = 1,03 • 0.591V2T 4- 0,55(-/бУ- <2Т )]= 1,28 « 1.3.
6
Заказ 874
81
§ 5. Определение возможной чаши
протаивания под зданиями на подсыпках
При использовании грунтов по принципу I приходится учиты-
вать, что физико-механические свойства мерзлых грунтов зависят
от их температуры, которая резко меняется при переходе грунтов
из мерзлого состояния в талое. В результате эксплуатационную
пригодность и долговечность зданий и сооружений на вечномерз-
лых грунтах нельзя обеспечить, если не учитывать температурный
режим грунтов, особенности его формирования и не предусматри-
вать мероприятия по его регулированию. Задача промерзания —
протаивания среды была сформулирована Ляме и Клайпероном
еще в 1931 г. (так называемая задача Стефана). Точные решения
указанной задачи для двухмерного и трехмерного пространства
отсутствуют, а получить их силами современной математики не-
возможно. Поэтому в инженерной геокриологии широко применя-
ются различные приближенные решения [4, 20, 23, 27, 28], которые
позволяют определить положение нулевой изотермы под центром
или по внешнему контуру отдельно стоящего здания. Л. Н. Хруста-
левым [28] разработан метод расчета, который позволяет опре-
делить как стационарное, так и нестационарное температурное
поле в двухмерной области под застроенной территорией, размеры
которой в плане не ограничены. Методику и примеры расчета
см. в работах [3, 28].
В табл. IV.4 сгруппированы результаты расчетов чаши про-
таивания по формулам, которые предложили Ю. Л. Шур [29],
Г. В. Порхаев [27, 4], В. П. Ушкалов [40], и сопоставлены с фак-
тически установленными глубинами протаивания зданий, описан-
ными в примерах 2 и 3.
Пример 6. Расчет глубины протаивания грунтов под зданием
магазина на подсыпке за 4 года (см. 15). Ю. Л. Шуром пред-
ложен метод расчета теплового режима грунтов основания зданий
на подсыпке, даны графики зависимости глубины протаивания
от высоты подсыпки. При решении этой задачи использован метод
С. С. Ковнера, усовершенствованный Г. В. Порхаевым [29].
Исходные данные для расчета глубины оттаивания грунтов
под первым помещением магазина по материалам, полученным
при бурении скважины № 39992 (см. табл. 111.1 и рис. 15): /т—
температура грунта талой зоны, °C; /т= +2 °C; — температура
грунта мерзлой зоны, °C; /м=—0,2°; о — скрытая теплота плав-
ления льда в грунте, кДж/кг: о = 80 кДж/кг; w — льдистость
грунта, кг/м3: ш = 300 кг/м3; /о— среднегодовая температура по-
поверхности грунта вне здания, °C; /°=-|-0,5 °C; tn— температура
пола здания, °C: tn— + 12 °C; т — время, ч; т = 4 года = 35 040 ч;
М— коэффициент теплопроводности талого грунта, кДж/м • ч • °C:
^=1,30 кДж/м • ч • °C; — коэффициент теплопроводности мерз-
лого грунта, кДж/м • ч • °C: Хм = 1,58 кДж/м • ч • °C; I — толщина
подсыпки: /=1,4 м; 2Ь — ширина здания: 26 = 9,4 м.
82
а
Графики, предложенные Ю. Л. Шуром, позволяют определять
глубину протаивания под зданием, в зависимости от приведенной
высоты подсыпки в диапазоне
0<//ЬС0,4.
(IV.13)
При //6 = 0,3 условие задачи (IV. 13) соблюдается.
Определяем параметры / и q по формулам:
= 2М„т = 2-1,30- 12 - 35 040 = 0 67.
лЬ2оа> 3,14 • 4,72 • 80 • 300 ’ '
(IV. 14)
"к, “IS* lnV-'?,^-.l9 =-0 053^0- <IV-15)
По графику [29] определяем £/6=1,05.
Так как 6 = 4,7 м, то получаем значение £==4,7 • 1,05 = 4,93 м.
Эту задачу для характеристик грунта, полученных при бурении
скважины № 39993 (второе помещение магазина), не решаем,
так как не соблюдается условие (IV. 13); в данном случае I/bZ> 0,4.
Пример 7. Расчет по методу Г. В. Порхаева глубины оттаива-
ния грунтов под зданием магазина на подсыпке за 4 года (см.
рис. 15 и 16, табл. III.1).
Формулы предложенные Г. В. Порхаевым, имеют следующий
вид:
tfe=/G(k-*e)fi; (IV.16)
если а=0, (IV. 17)
ИЛИ
Яж = К1(5«-Хк-0,1р<Т)6, если а*0, (IV.17a)
где Н?— глубина оттаивания грунтов под серединой здания; Н„— глубина от-
таивания под краем здания.
Расчетные коэффициенты Кь £с, Кс, Кк определяются по
параметрам а, 0, / и по номограммам СНиП 2.02.04—88:
<z=—(IV.18)
p=4v-o; (IV.19)
(IV.20)
4 о
где т — время оттаивания грунта под зданием, ч; tn— среднегодовая температура
воздуха внутри здания, °C; /0—температура грунта на глубине 10 м, °C; q —
теплота таяния мерзлого грунта, кДж/м3:
83
9 = р(шс—и»»)
(IV.21)
p — удельная теплота плавления льда, принимаемая равной 80 кДж/кг;
и»с—суммарная влажность грунта, доли единицы; —массовое содержание
незамерзшей воды, доли единицы, определяемое по указаниям СНиП 2.02.04-88
для температуры, равной /о; у — объемная масса грунта, т/м3; ум—объемная
масса скелета мерзлого грунта, т/м3; — коэффициенты теплопроводности
соответственно талого и мерзлого грунтов, кДж/м • ч - °C, принимаемые но
СНиП 2.02.04—88; R — сопротивление теплопередаче пола здания, м2-ч-°С/кДж,
определяемое по СНиП 11-3—79.
Для первого помещения магазина: а= **д°4'2 =0,277; 0 =
1.58(-0,2) , 1,30-18-35 040 n 4Q5 — 0 5
— 1,30-18 — 0,0Iz^0, /— 18800.94j U,49t)~U,b.
При /(i = 0,95 (по номограммам СНиП 2.02.04—88), пользуясь
найденными значениями а, 0, /, находим значения и Kq.
По формулам (IV.16) и (IV.17a) имеем: //<. = 0,95(0,78 —
-0,23)-9,4 = 4,92 м; Нк = 0,95(0,49-0,23-0,1 • 0,01 <ОДГ)• 9,4 =
= 2,32 м. 1 зо • 2
Для второго помещения магазина: а = • 15— = 0,17; 0 =
__ 1,58( — 0,2)_л nt л, t_ 1,30 -18- 35 040 _л пгх
~~ 1.30-18 —u,ui~u, /— I8800.152 —
Значение /Ci=0,98 (по СНиП 2.02.04—88).
По формулам (IV.16) и (IV.17a) имеем: //<. = 0,98(0,54 —
-0,15) • 15 = 5,7 м; //к = 0,98(0,32-0,14-0,1 • 0,01 <бТ) • 15 =
= 2,64 м.
Таким образом, наиболее близкими к натурным получены зна-
чения Нс и Нк при расчете по методу Г. В. Порхаева (табл. IV.4).
Значения Нс, полученные при расчете по методу Ю. Д. Шура,
также достаточно близки к натурным исследоваииям, но предло-
Таблица IV.4. Расчетные н фактические значения глубины протаивания
основания под серединой Нс и краем здания Нл
Помещения Время протаива- ния, ч Глубина протаивания, м
по натур- ным нссле- по методу Ю. Л. Шу- по методу Г. В. Пор- по метод) В. П. Ушка-
дованням ра хаева лова
Первое здание магазина 35 040
//«
Второе здание магазина 35 040
Нс
Н'
Сблокированные здания 5760
котельной и баии-пра-
чечной
Нс
Нл
4,9 4,93 4,92 —
1.7—2.8 — 2,32 2,25
6.7 За преде- лами ус- ловия 5.73 —
2,7 0<//6< 2.64 2.8
<0.4
3,1 2,8 2.94
1,2—1,6 — 1,25—1,6
84
женные номограммы позволяют определить только значение Н(,
так как для Н* номограммы еще не разработаны. Расчет по методу
В. П. Ушкалова [40] не приводится. Им установлена зависимость
HK = 0,SHc. Натурными исследованиями в зданиях на подсыпке
это соотношение не подтверждено. Но значение Нп, полученное
по методу В. П. Ушкалова, близко совпадает с натурным Нк.
При выборе принципа использования грунтов необходимо рас-
считать возможную глубину протаивания за весь предусмотренный
срок эксплуатации здания (сооружения) по методу Г. В. Пор-
хаева:
//cn = KnUn*; (IV.22)
А/.п = КпЬ,.Ь, (1V.23)
где Нев— максимальная глубина протаивания грунта (считая от поверхности
подсыпки под полом первого этажа) под серединой здания; Н»„ — то же, под краем
здания; Ки— коэффициент, зависящий от длины L, ширины b здания и парамет-
ра р, определяемый по СНиП П-18—76.
§ 6. Величины допустимых осадок
оснований
В процессе протаивания грунтов основания происходит их
уплотнение. Имеется ряд формул для расчета осадок основания.
Они предложены Н. А. Цытовичем, Г. И. Лапкиным, А. Е. Федо-
совым, И. Н. Вотяковым, В. П. Ушкаловым, М. Ф. Киселевым,
В. Ф. Жуковым. Эти формулы в общем случае состоят из двух
(астей: одной не зависящей от давления, и другой — пропор-
циональной давлению. Во всех формулах, кроме предложенных
А. Е. Федосовым и М. Ф. Киселевым, принята прямая пропорци-
ональность между осадкой уплотнения и действующим давлением.
В формуле А. Е. Федосова давление, передаваемое на оттаивающее
основание, определяет величину параметра, характеризующего
разность эпюр влажности до осадки (естественной) и после
уплотнения внешней нагрузкой (определяется по соответствующим
компрессионным кривым). В формуле М. Ф. Киселева введен
коэффициент, зависящий от вида грунта и уплотняющего дав-
зения.
Во ВНИИ оснований и подземных сооружений имени Н. М. Гер-
еванова разработаны «Указания по расчету осадок оттаивающих
( оттаявших грунтов во времени» [41], основанные на результатах
экспериментальных исследований и аналитических разработок.
3 [27, 40] обоснована методика прогноза деформаций (осадок)
оснований с решением конкретных задач.
Подсчитываемые при проектировании возможные максимальные
>садки sMaKC не должны превышать предельной величины. Из опыта
85
Таблица IV.5. Предельные величины деформаций оснований фундаментов!
зданий и сооружений на подсыпках Змякс I
Предельные деформации основания sa..r, см
Краткая характеристика конструкции зданий поСНнП 2.02 02 -83 (приложение 4) для аналогичных зданий с заглублен- ными фундаментами по опыту строитель^ ства в Воркуте для зданий на подсыпках
Производственные и гражданские од-
ноэтажные и двухэтажные здания:
с полным каркасом железобетон- 8. строка 1 10
ным, максимальная осадка бескаркасные из крупных панелей. 10, строка 3 10
средняя осадка Одноэтажные кирпичные и крупноблоч- 8, строка 1 10
ные здания с неармнрованными сте- нами, с незаглублениыми железобетон- ными ленточными фундаментами и же- лезобетонным поясом по верху стен Фахверковые здания (деревянный кар- 15
кас с кирпичным, крупноблочным или крупнопанельным заполнением) с фун- даментами в виде деревянных лежней Деревянные сборно-щитовые или кар- 15
касно-засыпные здания с фундамен- тами в виде деревянных лежней и об- вязки. а также каркасно-обшивные здания без отепления стен Деревянные брусчатые или бревенча- 20
тые здания с фундаментами в виде де-
ревяниых лежней и обвязки
строительства в Коми ССР для некоторых видов зданий (соор|^Н
жений) на подсыпках могут допускаться осадки, несколько превьД|
шающие установленные СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и >
сооружений» для строительства на заглубленных фундаментах \
(табл. IV.5). Для варианта строительства на подсыпках СНиП -
не приводит таких данных.
При определении $макс для зданий на подсыпках учитывалось,
что в проектах предусматриваются мероприятия, предохраняющие
грунты основания от ухудшения строительных свойств:
водозащитные, обеспечивающие сток поверхностных вод, уст-
ройство дренажей, размещение магистральных инженерных сетей
на безопасных расстояниях от зданий, недопущение возможности
утечек воды при строительстве и эксплуатации объектов или сетей;
предохранительные, осуществляемые в процессе строительства:
сохранение природной структуры и влажности грунтов, равномер-
ная и последовательная передача нагрузки от здания на основа-
ние, выполнение в полном объеме предусмотренной проектом
замены (в плане и по глубине) грунтов с неудовлетворительными
свойствами, засыпка пазух с уплотнением (или устройство подпор- :
ных стенок) у заглубленных конструктивных элементов и другие
мероприятия.
86
Подсыпки из дренирующих материалов обладают относительно
малой и равномерной сжимаемостью. Осадка такой подсыпки
происходит в период строительства надземной части здания по
мере увеличения нагрузки на подсыпку, передаваемой через фун-
даментные конструкции, и в дальнейшем стабилизируется. Дефор-
мации основания могут возникнуть лишь в случае пучения дея-
тельного слоя или просадок в мерзлых грунтах, подстилающих
подсыпку, что вызывает нарушение устойчивости или даже разру-
шение всей системы здания (сооружения) грунт—подсыпка —
фундамент — надземные конструкции, примеры которых приведе-
ны в главе III.
Подсыпку, как основание, ограниченное откосами, можно рас-
считывать по предельным деформациям. Требования расчета по
деформациям можно считать удовлетворительными, если среднее
давление на основание не превосходит давлений, допускаемых
рекомендациями [3].
Расчет оснований по деформациям выполняется из двух частей:
статической и теплотехнической. Статическая часть расчета за-
ключается в определении основных размеров подсыпки: ее толщи-
ны, ширины бермы у края подсыпки, ограниченного откосом (или
при необходимости — расчете и конструировании подпорной стен-
ки), крутизны откосов исходя из угла внутреннего трения мате-
риала, из которого устраивается подсыпка. Теплотехническая
часть расчета заключается в получении значений теплофизических
коэффициентов подстилающих подсыпку грунтов, возможной глу-
бины оттаивания вечномерзлых грунтов под отапливаемым зда-
нием (сооружением), размеров и конструкций устройств, умень-
шающих или устраняющих тепловое влияние здания на грунты
(проветриваемое подполье или продухи в цоколе, вентиляционные
устройства и т. д.), а также (в зависимости от условий площадки
строительства) необходимости предпостроечной подготовки грун-
тов (оттаивание мерзлых или промораживание талых грунтов,
удаление перелетков либо замена озерно-болотных отложений
или горфа менее сжимаемыми грунтами и пр.).
Озерно-болотные грунты и торф могут быть постелью для устрой-
ства подсыпок только в мерзлом состоянии. При оттаивании
они, имея начальный коэффициент пористости е0^2 (см. табл. III.4),
подвергаются большим и быстро протекающим просадкам. По-
этому рекомендуется такие грунты заменять [I, 3], используя
те же дренирующие материалы, что и для устройства подсыпки.
В следующей главе исследуются материалы, применяемые для
возведения подсыпок. Эти материалы в уплотненном состоянии
при коэффициенте пористости е = 0,4-?0,5 (реже 0,6) относятся
к грунтам плотным и средней плотности. Замена ими слабонесущих
грунтов при выторфовке позволяет создать достаточно плотное
основание для подсыпки. Равенство угла внутреннего трения
материала <р, примененного для подсыпки, и запроектированного
угла наклона откоса к горизонту 3 (<р = 0 = 38°) обеспечивает
87
статическую устойчивость подсыпки. Предусмотренные при это,
одерновка откосов, система мелиорации и устройство бетонно
или асфальтной отмостки позволяют предохранить от вымывани
дождевыми и паводковыми водами мелкой фракции, хотя удельно
сцепление несвязного материала подсыпки практически близко к(
Согласно нормативным и расчетным характеристикам несвязны
грунтов [25, с. 235; 26, с. 881] при коэффициенте пористост
е = 0,5 нормативные значения угла <рн = 364-43°, удельное сцепл
ние сн = 0,02-^0,08 кг/см2. Сочетание приведенных параметр
имеет значение при конструировании подсыпок.
При проектировании оснований и фундаментов следует учит
вать назначение здания (сооружения), условия строительства
эксплуатации, а также строительные свойства и гидротермическ
режим грунтов.
Глава V
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДСЫПОК >
§ 1. Характеристика применяемых материалов ’’
для устройства подсыпок под здания
Материалом подсыпки могут служить горелые породы шахтн!
терриконов, гравийно-песчаные смеси (в природном соотношени
крупных и мелких фракций), песок, гравий, щебень. Возможн
применение и промышленных шлаков, не подвергающихся хим*
ческому разложению, неразмокающих и морозостойких [3J.
Горелые породы шахт Печорского угольного бассейна прел
ставляют собой в основной сроей массе алевролиты и аргиллить
обожженные в отвалах при самовозгорании оставшегося в пород
каменного угля. Они имеют цвет от темно-розового до темно
красного. Для устройства подсыпок под здания следует применят
хорошо обожженные породы, спекшиеся и даже частично оклинке
рованные, плотной структуры. Негорелые породы имеют серы!
цвет и быстро разрушаются даже от влаги, содержащейся в воз
духе. Для возведения подсыпок негорелые породы непригодный
Содержание угля в негорелой породе — до 20%.
Использование горелых пород в основаниях сооружений из-
вестно в практике строительства в ряде районов СССР. Так, в Дон
бассе, в Кузнецком и Подмосковном угольных бассейнах и други:
районах страны горелые породы применяются при строительст*
дорожных покрытий.
В шахтных отвалах встречаются три разновидности nopoj
хорошо обожженные и даже частично оклинкерованные, cnei
шиеся, плотной структуры, с высокой прочностью черепка;
слабо обожженные, малопрочные и в основном состоят*
из мелких фракций;
88
Таблица V. 1. Характеристика горелых пород Воркуты
Шахта, из которой отбирались пробы, и коли- чество проб Количество породы. %, по группам Средняя объемная масса горелой породы 1 группы, г/см3
I II III
№ 5 (18) 50 35 15 1,09-г 1,84 (средняя 1,45)
№ 17 (16) 60—65 25—30 5—10 1,35-7-2,04 (средняя 1,80)
№ 25 (18) 70 25 5 1,33-7-2,08 (средняя 1,57)
совсем необожженные, наиболее мелкие и слабые, а также
порошкообразные.
Горелые породы первой группы высокопрочны и однородны
по своим физико-механическим свойствам, вполне заменяют песок
и щебень в насыпях. Породы же второй и третьей групп не при-
меняются как строительный материал ввиду своих неудовлетво-
рительных физико-механических свойств.
Горелые породы шахт Донецкого угольного бассейна содержат
преимущественно фракции крупностью от 80 до 5 мм. Содержание
в них фракций менее 5 мм, как правило, незначительно. Примесь
пылевато-глинистых частиц не превышает 2—3 %. Плотность от-
дельных кусков горелой породы характеризуется объемной массой,
которая, в зависимости от степени обжига, колеблется в пределах
от 1,9 (сильно обожженные) до 2,7 г/см3 (слабо обожженные).
Степень водопоглощения отдельных кусков породы колеблется в
пределах 3—6 %.
Строительные свойства горелых пород Воркуты определены
в производственных условиях и лабораторным путем по образцам,
взятым в терриконе и в существующей подсыпке (табл. V.1).
С этой целью были проведены исследования:
три отвала шахтной горелой породы обследованы визуально,
после чего назначены площадки для более подробных исследова-
ний, определен объем рыхлой и спекшейся породы;
отобраны монолиты горелой породы для лабораторного опре-
деления объемной массы;
на выбранных площадках сделано бурение шпуров с целью
определения категории пород.
В терриконах Воркуты 60—70 % горелых пород относится к
Шестой-седьмой категориям по буримости, а остальная часть —
к третьей категории. Негорелая порода составляет в обследован-
ных терриконах 5—10%; ее категорийность не определялась.
По окончании бурения каждого шпура, вблизи его устья, с поверх-
ности площадки отбирался монолит горелой породы, по которому
в лаборатории методом парафинирования (см. табл. V. 1) опре-
делялась его объемная масса.
6 Заказ 874 89
Таблица V.2. Объемная масса горелой породы
по образцам, взятым нз проезжей части
автодороги на шахте «Воргашорская» Лк I
№ шурфа Объемная масса отдельных образцов, г/см* Средняя объемная масса горе- лой породы, г/см3
1 1,71 1,83 1,65 1,73
2 1,78 1,69 1,77 1,75
3 1,50 1,58 1,48 1.52
4 1,59 1,49 1,38 1,49
5 1,83 1,63 1,73 1,73
6 1,66 1,73 1,69 1,69
Средняя по всем шурфам 1,65
Объемная масса уплотненной горелой породы была определен,
при взятии образцов из шурфов на проезжей части полотн
автомобильной дороги, уплотненной
Результаты приведены в табл. V.2.
за
6
месяцев эксплуатации
Химический состав горелой породы определялся Центрально!
строительной лабораторией комбината «Печоршахтострой». Вы
поднялись отдельные опыты определения потерь при прокаливани!
(п. п. п.), показавшие, что они могут достигать 6 %, вследствие
чего для воркутинских горелых пород п. п. п. следует принимав
в диапазоне от 0,2 до 6 %.
В районе Воркуты имеют большое распространение гравийно
песчаные грунты в природной смеси крупных и мелких фракций
залегающие чаще всего в руслах рек и ручьев. Они используюта
в качестве инертного материала для приготовления бетонов, уст
ройства подсыпок и других целей при строительстве.
Объемная масса гравийно-песчаных смесей воркутинские
карьеров изменяется в пределах 1,55—1,99 г/см3, плотность —
ys = 2,74 г/см3. Содержание крупных и мелких фракций неодина
ковое. В составе гравийно-песчаной смеси преобладают в основное
фракции от 5 до 60 мм, но встречаются и 80 мм. В среднем содер
жание фракций менее 5 мм — 40 %, крупнее 5 мм — 60 %. В со
ставе мелких фракций пучащиеся примеси составляют от 1 до 6 %
в отдельных карьерах — до 15—18%.
В южных районах Коми ССР для устройства подсыпок нс
пользуются пески. Их объемная масса 1,35—1,44 г/см3, модул
крупности (мелкого песка и выльгортского карьера) Л)кр= 1,57
с карьера «Язель» А4кр = 0,84-?0,87, содержание глинистых (или-
стых) и пылевидных частиц 2—3,5%, плотность ус = 2,5 г/см3.
90
§ 2. Максимально допустимое содержание
пучинистых примесей в подсыпке
Горелые породы, гравийно-песчаные смеси и пески, являясь
дренирующим материалом, не задерживают воду в своем массиве.
Но наличие в них пылеватых, глинистых и илистых частиц (иногда
в значительных количествах) вызывает необходимость определить,
какое количество этих примесей является неопасным и не вызывает
пучения подсыпки в зимнее время.
С этой целью были выполнены лабораторные исследования.
хЧеталлические цилиндры внутренним диаметром 70 мм и высотой
70 мм были заполнены мелким щебнем размером зерен от 5 до
10 мм. Пустоты щебня дополнялись тонко размолотой глиной, про-
сеянной через сито с отверстиями 1 мм и увлажненной до 15—18 %.
Глина добавлялась в опытные образцы в различных количествах:
5, 10, 15 и 20% от массы щебня; последняя уплотнялась. После
схватывания раствора производился первый замер индикатором,
а на поверхность цементной корочки в этом Месте наносилась
риска.
Опытные образцы помещались в холодильную камеру НТП-4,
где хранились одни сутки при температуре —25 °C. При этом в
течение первых 6 ч температура понижалась до — 18 °C; на этом
уровне она держалась в течение 15 ч; затем опять понижалась
и в течение последних 3 ч составляла —25 °C. После выдержива-
ния образцов в холодильной камере вновь производился замер
индикатором в местах ранее нанесенных рисок для определения
зависимости высоты образца от морозного пучения (рис. 28).
Незначительное пучение образца в размере 0,3 % при 10%-ном
содержании в нем пучинистых примесей позволяет считать, что
такая величина пучения не вызовет деформаций в конструкциях
здания, сама нагрузка на подсыпку от построенного на ней соору-
жения является противопучинным мероприятием. Увеличение же
количества пучинистых включений до 15% вызывает при замер-
зании подсыпки резкое увеличение пучения (до 1,75%), что
: может быть причиной деформирования здания (сооружения).
' Таким образом, содержание включений — пылеватых, глинистых
и илистых частиц в материалах, используемых для устройства
j подсыпок, не должно превышать 10%.
Рис. 28. Зависимость величины мороз-
ного пучения от содержания пучинистых
примесей в материале подсыпки
6*
§ 3. Характер изменения плотности
материала в массиве подсыпки
Лабораторные исследования показали различную степень
уплотняемости материалов, используемых для устройства подсы-
пок (табл. V.3).
Коэффициент пористости определяем из выражения [22] ||
е = Уч)/Уа.
(V.1
где у,— плотность, г/см3; — объемная масса скелета породы, г/см3.
Исходя из данных табл. V.3 и формулы (V. 1), можно вычислит
коэффициенты, приведенные ниже.
Коэффициент пористости неуплотненной горелой породы
2,57 — 1,00 _I Е7Л- о _ 2,57— 1,12_< олс. _ _ 2,57— 1,20 _ i
=----=1.570, е2 =----------ш------------1,295; е,=------1,14.
Коэффициент пористости уплотненных вибрированием горелы
пород е.= «^= 1,125; 934; =
= 0,725.
Коэффициент пористости пород, уплотненных катками и ука
тайных автотранспортом е7= 2,57t~51,75 = 0,526; е8= 2,57 ^Г51,6' 38
= 0,559.
Коэффициент пористости спекшихся горелых пород
----- 2,57— 1,80 л доя- о 2,57— 2,08 л oqr
___________________________________ЦЮ-°Л28> в|0=-М8~=0'236'
Таблица V.3. Основные характеристики материалов j
Материал Террикон или карьер Объемная масса. г/см3 Плот- иость у,. г/см1 Пори- стость я, % (в раз- рыхлен- ном со- стоянии) Сопрем тнвлеяи износу,!
в разрых- ленном СОСТОЯНИИ при уп- лотнении вибриро- ванием
Горелая порода Шахта № 40 1,12 1,33 2,57 34.3
То же Шахта № 30 1,10 1,31 2,57 44,4 —
> Шахта № 18 1,08 1,25 2,57 46,0 9,9
> Шахта № 3 1,09 1,29 2.57 41.7
> Шахта № 1 1,05 1.21 2,57 49,0 —-
> Шахта № 17 1,00 1.32 2.57 50,0 10.8
» Шахта № 26 1,07 1.38 2,57 47,0 19.7
> Шахта № 25 1,20 1.49 2,57 54.0 11.2
Гравийно-песча- ная смесь Карьер № 4/5 1,85 1.90 2,74 38.0 —
То же Карьер иа ст. Седловая 1,89 1.95 2.74 35,0 —
Песок Язельский карьер 1,44 — 2,60 44,0 — 1
То же Вильгортскнй карьер 1,35 — 2,60 47,0 — я
92
Коэффициент пористости гравийно-песчаных смесей (см.
табл. V.3) при плотности 2,74 г/см3 имеет значения: ен = 0,481
при yrf= 1,85 г/см3, ei2 = 0,450 при yrf = 1,89 г/см3, а в уплотненном
состоянии при уупл=1,95 г/см3 £|3 = 0,405.
В отдельных случаях при объемной массе природных гравийно-
песчаных смесей, равных 1,55—1,99 г/см3 (вследствие различного
соотношения крупных и мелких фракций), ei4 = 0,768; е15 = 0,376,
а коэффициент пористости песков £(б = 0,811; е17 = 0,926.
Обобщая приведенные значения коэффициента пористости,
надо иметь в виду, что значения ei—ез получены для горелых
пород, находящихся в самом рыхлом состоянии (в лабораторных
условиях при насыпании сухого материала в мерный сосуд). Зна-
чения ед и £ю получены при рыхлении частично спекшихся пород.
Наиболее близкой к действительным условиям является плот-
ность горелой породы, характеризуемая значениями е4, е5 и £б.
Практически аналогичная плотность имеет место в натуре при
погрузке породы экскаватором, перевозке ее автотранспортными
средствами на расстояние 3—5 км и более с последующей разгруз-
кой на строительной площадке.
Примем максимальную плотность горелой породы £цакс. средн. —
=0,9, а плотность ее в массиве подсыпки ££нн°с£едн =0,5 (в со-
ответствии со значениями е7 и £в).
Для гравийно-песчаных смесей принимаем: £&“средн = 0,6
(в соответствии со значениями £i3 и £(5); £мрннвсредн. = 0,4 (в соответ-
ствии со значениями £ц и £12). Для песков эти значения соответ-
ственно равны 0,9 и 0,5.
Одним из основных требований, предъявляемых к основаниям
из несвязных грунтов, является определение плотности их сложе-
ния. Приравнивая описанные выше материалы к песчаным грун-
там — гравелистым, крупным и средней крупности, можно отнести
их к следующим группам: неуплотненные материалы при £ = 0,9 —
к рыхлым грунтам, частично уплотненные при £ = 0,6 — к грунтам
средней плотности, хорошо уплотненные при £ = 0,44-0,5 —
к плотным.
Так как обязательным условием при возведении подсыпок
является уплотнение использованного грунтового материала, то
будем считать, что материал подсыпки должен быть доведен до
плотного состояния (или средней плотности, если это условие
допускается проектом).
И. И. Романенко [33, 34] изучал строительные свойства
горелой шахтной породы и галечнико-песчаной смеси Воркуты.
Он, в частности, установил, что вода в горелых породах замерзает
в спектре отрицательных температур. Это обусловливает влаж-
ность пород прн отрицательных температурах. Так, при / =
= —0,5 °C влажность горелой породы (0=11 %; при /= —1 °C
10 = 5,4 %; при /=— 4 °C 10 = 3,2%; при /= — 10 °C w = 2,6%.
Коэффициент теплопроводности горелых (по исследованиям
И. И. Романенко) водонасыщенных дренированных пород Х =
93
Рис. 29. Изменение коэффици-
ента пористости е горелой породы
при устройстве и эксплуатации
подсыпки
Лабораторным Расчетом на оснобании
путем журнала нибелиробки
= 0,664-0,87 кДж/м • ч • °C, что достаточно близко совпадает
с данными, приведенными в примере 5 (глава IV); коэффициент
теплопроводности гравийно-песчаных смесей Х=1,37 кДж/м-
• ч • °C. Возможные колебания влажности подсыпаемых оснований
могут не учитываться в связи с незначительным их влиянием
на точность теплотехнических расчетов [34].
Приведенные значения уплотняемости подсыпаемых оснований i
можно представить графически (здание детского сада-яслей в i
Парковом переулке в г. Воркуте) (рис. 29).
§ 4. Рекомендации по освоению карьеров
Если разработка карьеров гравийно-песчаной смеси и песчаных
не вызывает особых затруднений и выполняется общеизвестными
способами, то разработка горелой породы терриконов требует
особых методов производства работ. В течение продолжительного
времени (до 60-х годов) разработки там проводились без специ^
альных проектов, что нередко приводило к опасным деформация®
породных отвалов и авариям. В настоящее время по добычВ
горелой породы [35] перед работами составляются проекты произВ
водства работ; в них учитываются все процессы по разработЛ
терриконов в соответствии с требованиями действующих инструД
ций и правил безопасности. В
Разработка терриконов осуществляется послойно сверху вниВ
(рис. 30). Она начинается с проходки пионерной (въездной®
полутраншеи от основания в хвостовой части террикона до подошВ
вы первого яруса. Ширина ее определяется с учетом зазоров междВ
встречными машинами не менее 1 м, а по краям полутраншеи-®
не менее 0,4 м; откосы — в соотношении I : 1,5, уклон 8—14®
Полутраншея ие доходит до вершины террикона на 6—8 м. Я
94
Рис. 30. Технологическая схема организации карьерных работ иа терриконе
/ — экскаватор: 2 — бульдозер: 3 — автосамосвал: 4— насос; 5 — гидромонитор; 6 —
емкость для воды
С помощью въездной полутраншеи создается доступ для транс-
порта к вершине террикона для последующей его разработки
слоями в нисходящем порядке. Разработка горелой породы про-
изводится экскаваторами, вспомогательные планировочные рабо-
ты — бульдозерами, транспортирование породы — автомобилями-
самосвалами.
Каждый ярус имеет высоту не более 4 м. Отработка очередного
яруса начинается с проходки по контуру террикона круговой
полутраншеи с устройством предохранительной бермы с ее внеш-
ней стороны. Ширина полутраншеи 12,5 м обеспечивает одновре-
менную работу в ярусе двух экскаваторов и двух транспортных
потоков, независимых один от другого.
До начала разработки террикона, а также в процессе проходки
въездной полутраншеи и при отработке ярусов производится
термометрическая съемка. Наиболее высокая температура породы
наблюдается на вершине террикона. При разработке сверху вниз
после снятия рыхлых перегоревших верхних слоев температура
массива уменьшается. Отмечено, например, что после снятия
одной трети высоты террикона температура породы в забое обычно
не превышает 4-100 °C.
Не допускается отгружать в автосамосвалы породу, имеющую
температуру выше 4- 100 °C. В противном случае перед погрузкой
породу необходимо охладить некомпактными струями воды (в лет-
нее время) или холодным воздухом при создании более длинного
забоя (в зимнее время). Для рыхления спекшихся массивов и
крупных глыб, не поддающихся экскавации, а также в целях
95
Таблица V.4. Ширина механической защитной зоны
При высоте пород- ного отвала, м Защитная зона L. м, в головной части террикона Защитная зона £<.м. в хвостовой части террикона
Менее 60 100 20
60-80 150 20
Более 80 200 20
недопущения образования козырьков и нависающих массивов г
применяются буровзрывные работы. При температуры породы [
от + 80° до + 200 °C для взрывных работ используются термо-4
изоляционные оболочки.
При появлении трещин и других признаков сдвижения пород^И
разработка террикона приостанавливается и в проект произво^^И
ства работ вносится уточнение. Во время ливневых дождей запрЯВ
щается выполнение на терриконе каких бы то ни было работ, свя-^|
занных с присутствием людей. |
В целях безопасности на породный террикон разрешается |
въезд не более трех автомашин: одна — под погрузку, две — |
в ожидании; скорость движения автотранспорта — не свыше |
20 км/ч. Въезд и нахождение автомашин с течью дизельного |
топлива и смазочных масел на каких бы то ни было участках |
террикона не допускается. Погрузка может производиться только
сбоку или сзади автосамосвала, поставленного на тормоз; шофер
обязан покинуть кабину и отойти в сторону (если у автосамосвала
нет предохранительного козырька).
Каждую смену должен производиться с помощью интерферо-
метров замер содержания угарного газа (СО), углекислого газа
(СОг) и метана (СО4) на рабочем месте экскаваторщика и на
месте погрузки породы (на уровне 0,5 м и выше от подошвы
полутраншеи или яруса). Необходимы противопожарный пост,
блиндаж-укрытие для взрывников, запас воды для пылеподавле-
ния, механическая защитная зона (табл. V.4), оборудованная
знаками и надписями, запрещающими нахождение людей.
Эксплуатация горящих терриконов запрещена. Они подлежат
до начала разработки обязательному тушению. К негорящим
относятся породные отвалы, в которых отсутствуют признаки
горения поверхностного слоя (нет дыма, пара, открытого огня,
раскаленной породы), к горящим — отвалы, на поверхности кото-
рых имеются видимые очаги горения или температура на глубине
0,5—3 м составляет +150 °C и выше, к интенсивно горящим —
отвалы, в результате горения которых загазованность воздуха
не расстоянии 300 м от террикона превышает предельно допусти-
мые нормы.
96
1
Глава VI
СТОИМОСТЬ ФУНДАМЕНТОВ НА ПОДСЫПКЕ
И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
§ 1. Сравнительная экономическая эффективность
незаглубленных фундаментов зданий
Доля подсыпок и фундаментов в общей сметной стоимости
зданий и сооружений неодинакова. Она зависит от условий строи-
тельства и использованных материалов (табл. VI.I). В стоимости
фундаментов учтены затраты на устройство подсыпки и самих
фундаментов (в виде лежней с нижней обвязкой или железобетон-
ных лент), на устройство вводов теплофикации и водопровода,
выпусков канализации, на сооружение выгребов и приямков.
Таблица VI.I. Доля фундаментов на подсыпке, % к стоимости здания
Краткая характеристика здания, место строительства Материал фундамента Строительная кубатура здаиня, м3 Удельный вес фундаментов. % к стоимо- сти здания
Деревянные жилые дома Одноэтажный 2-квартирный Деревянный 347 13,3
сборно-щитовой с печным отоп- лением, люфт-клозетамн (пос. Аяч-Яга) Двухэтажный 8-квартириый брусчатый с люфт-клозетамн, с использованием грунтов: по принципу I (пос. Промыт- > ИЗО 11.6
леиный) по принципу II (пос. Зареч- > ИЗО 11.6
ный) Двухэтажный 16-квартнрный > 1898 15,4
брусчатый с центральным отоп- лением, водопроводом и канали- зацией (г. Воркута) Деревянные промыш- ленные здания Арматурная мастерская каркас- > 1126 5
но-засыпная, неотапливаемая с помещением для обогрева (шах- та «Хальмер-Ю») Материальный склад сборно- > 1142 7
щитовой (шахта «Хальмер-Ю») Склад вяжущих с каркасио-за- > 1575 7.2
сыпными стенами (шахта «Вор- кутинская») Пожарный сарай неотепленныЙ > 35 11,9
(пос. Хальмер-Ю)
97
Продолжение табл VI
Краткая характеристика здания, место строительства Материал фундамента Строительная кубатура здания, mj Удельный в* фундаменте % к стоимо сти здания
Каменные промышлен- ные зда ння Кирпичное здание с печным отоп- Железобетонный МО- 390 7,2
леннем (пос. Хальмер-Ю) Шлакоблочное здание трансфор- нолнтный То же 742 14.6
маторной подстанции, сблоки- рованное с вентиляторной-кало- риферной (шахта «Воркутин- ская») Кирпичное здание трансформа- 331 21
торной подстанции (шахта «Се- верная») Фахверковое здание механнче- Деревянный 1570 13
ской мастерской (шахта «Вор- гашорская») Фахверковое здание компрессор- 1410 8
ной (шахта «Воргашорская») Склад противопожарного обо- Железобетонный 342 24
рудова и ня и материалов (шахта «Воркутинская») Производственные здания различного назначения Каркасно-засыпное здание подъ- сборный Деревянный 1837 6.9
емной машины (типовое) Фахверковое здание подъемной > 1548 7,2
машины (типовое) Каркасно-засыпное здание адми- нистративно-бытового комбина- та: на 300 подземных рабочих 2240 11,3
(типовое) на 130 подземных рабочих > 1389 9.5
(типовое) Каркасио-засыпное адм ни негра- > 680 14,8
тнвное здание (типовое) Деревянное здание с проветри- Железобетонный МО- 980 24,6
ваемым подпольем (шахта «Ком- сомольская») Деревянное здание: для четырех лебедок (шахта колитный Деревянный 708 21.2
«Октябрьская») для пяти лебедок (шахта «Ок- 890 20.8
тябрьская») Деревянное здание компрессор- > 1040 13,5
ной (шахта «Октябрьская») Крупнопанельные здан ня Здания детских садов-яслей на Железобетонный МО- 1930 14,9 J
100 мест (г. Воркута, пос. Се- верный и г. Сыктывкар) 98 нолнтный
Окончание табл. VI.1
Краткая характеристика здания, место строительства Материал фундамента Строительная кубатура здания, мэ Удельный вес фундаментов. % к стоимо- сти здания
Здания из объемных блоков Жилой комплекс на 100 человек (пос. Возей) Железобетонный сборный 6319 13,5
Стоимость работ по осушению территории здесь не учтена, так как
они выполняются не только при строительстве зданий на подсып-
ках, но и при возведении заглубленных фундаментов. По этой же
причине не учитываются стоимость заглубленных фундаментов
под крупное оборудование (подъемные машины, компрессо-
ры и т. д.) как при определении стоимости всего здания, так и
фундамента, а также стоимость встроенных помещений или кон-
струкций с заглубленными фундаментами (например, сушилок
в административно-бытовых корпусах, брандмауэрных стен).
Анализируя данные табл. VI. 1, можно считать, что доля
фундаментов на подсыпке под жилые деревянные дома различных
конструкций составляет от 11,6 до 15,4 % от стоимости всего зда-
ния. Необходимо отметить, что доля фундаментов в общей стои-
мости жилых брусчатых домов, построенных в пос. Промышленном
(с использованием грунтов по принципу I) и Заречном (по прин-
ципу II), составляет 11,6 %. При этом стоимость надземной части
зданий (выше пола первого этажа) является в обоих случаях
одинаковой, а стоимость работ по устройству фундаментов изме-
няется. При строительстве с использованием грунтов по принципу I
примерно наполовину увеличивается объем подсыпки и стоимость
цокольного перекрытия по сравнению с вариантом использования
грунтов по принципу II. Вместе с тем уменьшаются затраты на
устройство выгребов и приямков для вводов инженерных сетей,
выполняемых в слое подсыпки, на строительство холодного цоколя
(вместо отепленного). Вследствие этого удельный вес нулевого
цикла в обоих случаях составляет в процентах к стоимости дома
одну и ту же величину.
При строительстве на подсыпках деревянных промышленных
зданий такие фундаменты являются наиболее экономичными при
кубатуре зданий более 1000 м3. Доля подсыпки и фундамента
составляет для таких зданий 5—7 % от стоимости строительно-
монтажных работ, а для малых размеров зданий возрастает почти
до 12%. Таким образом, экономически целесообразно блокиро-
вание деревянных промышленных зданий с однородными усло-
виями эксплуатации.
Доля фундаментов в общей сметной стоимости зданий на
подсыпке изменяется в зависимости от ряда условий:
99
от материала, из которого сделаны фундаменты (монолитны!
или сборный железобетон, деревянные лежни и обвязка по;
деревянные или фахверковые стены);
от толщины и материала стен (кирпич, шлакоблоки, дерево
крупные панели, объемные блоки);
от материала, из которого выполнены кровля и междуэтажные
перекрытия (крупнопанельный настил, монолитный железобетон
деревянные стропила или балки).
Как видно из табл. VI. 1, стоимость фундаментов под кирпичные
здания занимает больший удельный вес, чем стоимость фундамен
тов под крупнопанельные и объемно-блочные здания, особенш
в случаях, когда кирпичные здания имеют небольшую кубатуру
Достаточно отметить, например, что в небольшом здании складе
противопожарного оборудования шахты «Воркутинская» (объеа
здания 342 mj со стенами толщиной в один кирпич, усиленным!
для жесткости пилястрами, стоимость сборных железобетонныз
фундаментов в объеме 17,7 м3 и подсыпки толщиной (по условия*
рельефа местности) 2,5 м составила 24 % от стоимости строитель
ных работ всего здания. В то же время стоимость сборных железо
бетонных фундаментов под объем но-блочное здание жилого комп
лекса на Возее (строительная кубатура 6319 м3) составила толькс
13,5 %, что подтверждает целесообразность строительства круп
ных малоэтажных зданий на подсыпках из индустриальных кон
струкций.
При сравнении стоимости двух зданий подъемных маши:
различной конструкции оказалось, что в фахверковом здании
деревянным
каркасом
и со стенами из шлакоблоков толщиной
38 см стоимость деревянного фундамента и подсыпки составила
7,2 %, а в деревянном каркасно-засыпном здании — 6,9 % о'
общей стоимости строительства здания (без фундаментов по,
машины). В первом случае было выполнено 175 м3 подсыпки
сделана подпорная стенка со стороны железнодорожного пути
а во втором — 240 м3.подсыпки с устройством откосов. Усреднен
ный удельный вес стоимости фундаментов в этих двух
можно считать 7 % от общей стоимости здания.
примерах
§ 2. Сравнительная трудоемкость устройства
фундаментов на подсыпке
й заглубленных
Стоимость надземной части зданий и сооружений не зависит
от конструкции фундаментов. Фундаменты под одни и те же
здания (сооружения) могут быть построены как заглубленными
в грунт, так и на подсыпках. В последнем случае затраты трудовых
ресурсов значительно сокращаются. Прежде всего облегчаются
земляные работы и уменьшается объем разработки грунта
На строительной площадке котлованы выполняются лишь под те
100
конструктивные элементы, которые нельзя возвести без заглубле-
ния в грунт (выгреба, приямки, фундаменты под брандмауэрные
стены, под крупное оборудование и пр.); все остальные земляные
работы представляют собой укладку и уплотнение подвезенных
с карьеров грунтовых (обычно несвязных) материалов. Так, в Вор-
куте в среднем на 1 м3 строительного объема здания приходится
0,57 м3 земляных работ (как непосредственно разработка грунта
на площадке, так и устройство самой подсыпки). На строительстве
таких же зданий с заглубленными фундаментами требуется раз-
работка 1,69 м3 грунта (в расчете на 1 м3 объема здания).
Удельные трудозатраты за год, приведенные к I м3 уложенного
в заглубленные фундаменты монолитного железобетона (включая
земляные работы, установку опалубки, арматуры и укладку бе-
тона) под 17 крупнопанельных жилых домов в Воркуте, составили
от 1,4 до 5,2 чел.-дн. (чаще 2,3—3,8 чел.-дн.), а в среднем
3,39 чел.-дн. по одному строительному управлению и 1,65 чел.-дн.
по другому, хотя и работали они практически в одинаковых
условиях, но с различным уровнем организации работ.
Удельные трудозатраты за год, приведенные к 1 м3 уложенного
в фундаменты монолитного железобетона при устройстве их на
подсыпке (включая возведение подсыпки, установку опалубки,
арматуры и укладку бетона с перемещением течками), составляют
0,84—1 чел.-дн., а при устройстве фундамента из монолитных
железобетонных балок, но при бетонировании с применением
самоходного бетоноукладчика — 0,35 чел.-дн. и 1 маш.-см. бетоно-
укладчика на каждые 40—50 м3 бетона (с учетом перемещения
бетоноукладчика по площадке и укладки бетона небольшими
объемами).
Таблица VI.2. Сравнительная трудоемкость
различных видов фундаментов в условных
единицах к эталонному варианту
Конструкция фундамента
г Ухта.
г. Вуктыл
г. Усинск
Эталонная конструкция — фунда- 1 I
мент из плоских плит на подсыпке
из песчано-гравийной смеси толщи-
ной 1.5 м (трудозатраты на 1 м2
площади здания принимаются за
эталон)
Свайный фундамент с монолитным 6 6
ростверком (трудозатраты на 1 м2
площади здания по сравнению с
эталонным вариантом)
Столбчатый фундамент 8 30*
Ленточный фундамент из сборных 6,5 6,5
блоков
* При лучшей организации работ этот показатель умень-
шится.
101
w
Удельные трудозатраты, приведенные к 1 м3 уложенного в '
фундаменты сборного железобетона при устройстве их на подсыпке
(включая устройство подсыпки и монтаж сборных железобетонных
конструкций), составляют 0,58—0,72 чел.-дн. и 1 маш.-см. кранов
на каждые 30—35 м3 монтируемых конструкций.
В. Г. Тишин [16] приводит данные (табл. VF.2) по трудоемко-
сти различных видов фундаментов в сравнении с данными фунда-
ментов на подсыпках для г. Ухты, г. Вуктыл (местности, прирав-
ненные к районам Крайнего Севера), г. Усинск (район Крайнего
Севера).
§ 3. Снижение стоимости и сокращение
продолжительности строительства
при фундировании на подсыпках
Инструкцией по определению экономической эффективности
использования в строительстве новой техники, изобретений и
рационализаторских предложений (СН 509—78) предусмотрено,
что при сопоставлении сравниваемых вариантов проектных реше-
ний зданий и сооружений следует пользоваться формулой (3)
СН 509—78 по расчету экономического эффекта Э от использова-
ния новых строительных конструкций. Скорректированная для
нашего примера формула будет иметь такой вид: Э = (3|<р +
+ Ээ — 32)А2, где 3| и 32—приведенные затраты по возведению
конструкций; 3i=9,07 руб., 32 = 3,94 руб. (табл. VI.3); ф—
коэффициент изменения срока службы новой строительной кон-
струкции по сравнению с базовым вариантом (принимается по
данным приложения 2 СН 509—78): <р=1 (срок службы новой
конструкции не изменяется по сравнению с базовой); Ээ— эконо-
мия в сфере эксплуатации на единицу измерения или на объект
в целом: Ээ = 0 (так как экономии по издержкам в сфере эксплуа-
тации не будет); А2—объем строительно-монтажных работ с
Таблица VI.3. Сравнительные сметные данные стоимости зданий
на подсыпке и заглубленных фундаментах
Показатель Сметная стоимость, руб. Строительный объем, м3
нулевого цикла надземной части всего
Здания на подсыпке
8 здании 59 251 505 100 564 351 15 053
1 м3 строительного объ- 3.94 33,55 37,49 —
ема
Здания на заглубленных фундаментах
8 зданий ' 128 136 441 096 569 232 14 131
1 м3 строительного объ- 9,07 31,21 40,28 —
ема
102
применением новых строительных конструкций, натуральные еди-
ницы: Лг=1000 м3 строительного объема зданий на подсыпках.
Экономический эффект в ценах 1984 г. от применения новой
конструкции фундамента на подсыпке исходя из 1000 м3 строи-
тельного объема зданий составляет Э= (9,07 • 1+0—3,94) X
X 1000 = 5130 руб.
Продолжительность строительства зданий объемом 1000—
2000 м3 с обычными заглубленными’фундаментами в условиях
Севера составляет 6 месяцев, а также же зданий на подсыпках —
5 месяцев за счет сокращения трудоемкости на работах нулевого
цикла.
От сокращения продолжительности строительства на 1 месяц
экономический эффект по снижению условно-постоянной части
расходов {по формуле (9) СН 509—78] составит: Эу = //[1 —
—(Т2/Т1)], где Т\— продолжительность строительства при устрой-
стве обычных заглубленных фундаментов; 7*2— продолжительность
строительства с фундаментами на подсыпке; Н — условно-постоян-
ная часть расходов по варианту с продолжительностью строи-
тельства Т|.
В § 2.18 н 2.19 СН 509—78 предусмотрено, что при сокра-
щении времени выполнения отдельных видов работ на объекте
снижение Эу принимается в расчет при условии, что в строитель-
ной организации растет в течение рассматриваемого периода
объем выполняемых работ данного вида или увеличивается выпол-
нение объемов других работ.
Если сокращение продолжительности строительства объекта
(объектов) достигнуто благодаря разработке и применению более
экономичного проектного решения, обеспечивающего уменьшение
объема и сметной стоимости работ, то экономии условно-постоян-
ных расходов у строительной организации нет. Эта экономия
является народно-хозяйственной и реализуется за счет снижения
сметной стоимости объекта (конструктивного элемента) по услов-
но-постоянной части расходов. Она учитывается и стимулируется
в другом порядке.
Дополнительная экономическая эффективность от сокращения
продолжительности строительства при устройстве фундаментов
на подсыпке в расчете на 1000 м3 строительного объема здания
[по формуле (9) СН 509—78] составит: Эу = 4,28(1 — (5/6] X
X 1000 = 728 руб.
где Я = 4,28 руб. на I м3 строительного объема здании (по табл. VI.4); Т\ =
= 6 месяцев; 12 = 5 месяцев.
Общая экономическая эффективность в ценах 1984 г. по фор-
мулам (3) и (9) СН 509—78 на 1000 м3 строительного объема
зданий составит: 2Э=Э+ЭУ=5130+728=5858 руб.
По индексам, установленным для пересчета стоимости строи-
тельно-монтажных работ в ценах с 1 января 1991 г., экономическая
эффективность составит в среднем Э = [(5130 X 1,25) • 0,3]+
4-[(5130X 1,38) • 0,6]+[(5130X 1,52) • 0,1 ]4-(728 X 1,1) = 7752 руб.,
103
Таблица VI.4. Сметные данные по зданиям
на заглубленных фундаментах
Экономические показатели На 1 м1 строительного объема, руб.
Сметная стоимость здания с за- 40,28
глубленнымн фундаментами
В том числе:
прямые затраты накладные расходы накладные расходы с учетом плановых накоплении 29,92 8,08 8,56
нз них условно-постоянная часть 4,28
где 1,25 — индекс изменения сметной стоимости основной заработной платы ра-
бочих; 1,38 —то же, материалов н изделий; 1,52 —то же, эксплуатации строи-
тельных машин; 1,1—то же, накладных расходов (Методические указания о
порядке расчетов стоимости строительно-монтажных работ, утвержденные
б. Госстроем СССР от 06.02.1990 г. № З-Д и 16.02,1990 г. № 4-Д).
Эти индексы являются усредненными и могут быть более
значительными по величине в зависимости от региона, условий
строительства (пионерное или в развитой местности), сборности
объектов и других факторов.
Глава VII
ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТ
§ 1. Подготовительные работы В
на строительной площадке "
Освоение и развитие северных и восточных районов страны
требуют наиболее эффективного решения вопросов организации и
технологии строительно-монтажных работ. Многие площадки, где
начинается освоение природных ресурсов, географически отдалены
как от крупных индустриальных центров страны, так и от близ-
лежащих промышленных районов. Поэтому одной из первых
задач строителей в необжитых местностях является освоение
новой территории с наиболее оптимальным использованием при-
родных и климатических условий.
При пионерном освоении районов, где в ближайшем временИ
будет осуществляться строительство крупных промышленньЯ
предприятий и узлов, жилых поселков или же рассредоточенньЯ
объектов, возникает задача возведения в короткие сроки большоЛ
количества вспомогательных малоэтажных зданий со сроком экЯ
плуатации, равным периоду строительства основных сооружение
В этом случае способ устройства фундаментов на подсыпкаИ
104 Я
позволяет (при наличии местных материалов для их возведения)
решить вопрос осуществления работ пионерного комплекса с
наименьшими затратами всех видов ресурсов — трудовых и мате-
риальных. При этом на подсыпках могут строиться не только
временные здания, но и объекты с продолжительным сроком экс-
плуатации.
Проектами организации строительства и производства работ
нулевого цикла на подсыпке должны предусматриваться подго-
товительные работы, предшествующие устройству подсыпки:
планировка площадки со срезкой отдельных неровностей и
выравниванием поверхности;
срезка и удаление с площадки непригодных для строительных
целей грунтов (торфа, озерно-болотных отложений и др.), засыпка
образовавшихся при этом котлованов, выемок, каверн;
осушение площадки путем устройства водоотводных и нагорных
канав, кюветов, лотков и т. п. с отводом воды в пониженные
места, расположенные за территорией строительства;
устройство подъездных (магистральных и внутриплощадочных)
автомобильных дорог с различными сооружениями на них;
строительство сетей водопровода, канализации, теплофикации
до колодцев ввода их в здания, линий энерго- и электропередачи,
устройство заглубленных конструктивных элементов, предусмот-
ренных проектом.
Подготовительные работы наиболее целесообразно выполнять
в летнее время (табл. VII. 1, показатели условны). Суммарная
величина затрат ресурсов при выполнении подготовительных работ
Таблица VII.1. Подготовка площадки 1000 и1 при комплексной
механизации работ
Описание работ Объем работ При выполнении в летний период При выполнении в зимний период
стои- мость работ, руб. трудовые и машинные затраты стои- мость работ, руб. трудовые и машинные затраты
чел,- ди. маш.- см чел.- дн. маш.- см.
Планировка площадки бульдозе- ром, и’ 1000 57 — 1 63 — 1
Разработка мерзлого грунта на глу- бину 50 см с применением рыхли- теля, м3 500 — —— — 98 — 1
Срезка талого торфа, озерно-болот- ных отложений слоем 50 см иа 50 % площадки экскаватором, и3 250 43 — 1 54 — 1
Рыхление мерзлых торфа и озерно- болотных отложений рыхлителем, м3 250 — — — 62 — 1
Засыпка горелой породой котлова- нов и каверн после срезкн торфа и озерно-болотных отложений, с уп- лотнением, м3 250 438 1 1 438 1 1
7
Заказ 874
105
Продолжение табл. VII. 1
Описание работ Объем работ При выполнении в летний период При выполнении в зимний период
стои- мость работ, руб. трудовые и машинные затраты стои- мость работ, руб. трудовые и машинные затраты
чел.- дн. маш- ем. чел.- дн. маш,- см.
Устройство кюветов, канав, лотков при разработке грунта: 500 10
одноковшовым экскаватором, м3 97 2 — — —
траншейным цепным экскавато- ром, м3 500 — — — 450 15 6
Устройство автодорог, м3 Устройство заглубленных магист- ральных сетей с разработкой: 300 565 3 3 622 3 3
талого грунта экскаватором, м3 1000 197 50 1 — —
мерзлого грунта рыхлителем или траншейным цепным экскавато- ром, м3 1000 900 75 11
Итого 1000 1397 64 9 2730 94 25
в зимнее время возрастает в связи с прекращением работ при
низких температурах воздуха, с потерями рабочего времени на
очистку территории от снега и льда, на обогрев и т. д.
Следовательно, при организации строительства зданий и со-
оружений на подсыпках надо учитывать экономические и техно-
логические преимущества подготовительных работ в летние ме-
сяцы [1,3, 37]. Подъездные дороги должны выполняться в этот
период в полном объеме в соответствии с рабочим проектом.
В некоторых случаях, когда нет возможности предотвратить
снежные заносы дорог, необходимо выполнение специальных сне-
гозадерживающих заборов из передвижных щитов.
§ 2. Устройство подсыпки
В гл. III обоснованы наиболее благоприятные периоды года
для устройства подсыпок на Крайнем Севере в зависимости от
принципа использования грунтов и условий совместной работы
здания и основания:
при использовании грунтов по принципу I, когда деятельный
слой находится в мерзлом состоянии (ноябрь—май);
при использовании грунтов по принципу II, когда сезонно-
промерзший слой оттаял (июль—сентябрь).
Эти рекомендуемые сроки устройства подсыпок являются при-
мерными и должны уточняться в зависимости от местных условий
регионов строительства.
При возведении подсыпки работы в зимние месяцы надо вы-
полнять круглосуточно, подсыпку уплотнять небольшими сло-
ями — по 20—30 см, не допуская замерзания неуплотненного
массива и образования прослойков снега и льда (при их оттаива-
нии создаются каверны и пустые полости, являющиеся одной из
причин деформирования подсыпок).
Для уплотнения подсыпок могут применяться:
катки прицепные и самоходные (моторные):
легкие (до 5 т), средние (до 8 т), тяжелые (Юти более);
трамбующие машины (трамбующие плиты, подвешиваемые
к стрелам экскаваторов или кранов; прицепные или самоходные
машины с падающими грузами или ударно-молотковые меха-
низмы);
вибрационные машины (самоходные вибротрамбующие маши-
ны, прицепные виброкатки, вибраторы).
Применение того или иного механизма для уплотнения под-
сыпки определяется проектом производства работ; в зависимости
от механизма назначается толщина отдельно уплотняемых слоев
подсыпки. Полученное плотное основание должно иметь коэффи-
циент пористости е=0,4-т-0,5 (см. главу V).
При использовании трамбующих и вибрационных машин и ме-
ханизмов наибольшая плотность подсыпки образуется на глубине
10—15 см от поверхности (самый верхний слой несколько разрых-
1яется от действия машин и механизмов). Разрыхленный слой
необходимо удалять из-под подошвы фундаментов. В летнее
время эффективность уплотнения можно увеличить, если в процес-
се устройства подсыпки применяемый материал увлажнять водой.
При возведении подсыпки в качестве дополнительного уплот-
нения используется проезд по ней автосамосвалов, однако огра-
ничиваться только этим способом уплотнения не следует, так как
результаты его не очень убедительны.
Если для подсыпки под один и тот же объект применяются
различные материалы (горелая порода, гравийно-песчаная при-
родная смесь, щебень, песок и др.), то каждый из них следует
укладывать отдельными горизонтальными слоями и послойно
уплотнять.
Крутизна откосов подсыпки из крупноблочных материалов
должна быть не более 1 : 1,5 (см. главу IV). При высоте подсыпки
более 6 м (когда подсыпается значительная по размеру площадь
большим перепадом рельефа и в некоторых других случаях)
ггкосам следует придавать ломаный профиль: вверху подсыпки —
1 : 1,5, внизу — от 1 : 1,75 до 1:2.
Для сохранения откосов подсыпки их следует укреплять одер-
новкой, посевом трав или другими способами. Может применяться
хекоративная плитка из бетона или керамики. Это предохранит
зткосы от разрушения при вымывании мелкой фракции дождевыми
годами или оттаявшим снегом, а также от случайных механических
ювреждений. Решая вопрос крепления откосов, надо помнить, что
106
107
применяемым способ не должен препятствовать дренирова;
влаги, оказавшейся в массиве подсыпки.
Допускается
устройство
вместо откосов
подпорных
которые могут быть деревянными, бетонными или железобетон-
ными и устраиваться как по всему периметру подсыпки, так и
с одной-двух сторон. Конструкция их определяется проектом.
Подпорные стенки следует устраивать около выгребов, приямков
и других заглубленных конструктивных элементов.
Работы по устройству подсыпки должны обеспечить получение
уплотненного основания под фундаменты с условным расчетным
давлением 0,1—0,25 МПа (в зависимости от использованного
материала) [3], для горелых пород и гравийно-песчаных смесей —
0,1—0,15 МПа [3].
§ 3. Производство работ по возведению
фундаментов под здания
и оборудование
При устройстве деревянных лежневых фундаментов с нижней
обвязкой, применяемых обычно для деревянных и фахверковых
зданий, следует все работы по заготовке деталей выполнять в
заводских условиях, а на строительной площадке — только сборку
готовых элементов, что способствует более высокой производи-
тельности труда и качеству строительства. Для сборки заготовлен-
ных элементов могут применяться простейшие приспособления
и механизмы.
При возведении монолитных железобетонных ленточных фун-
даментов следует применять деревометаллическую (или металли- ;
ческую) сборную щитовую опалубку (например, «Монолит-78»,:
разработанную ЦНИИОМТП), при укладке бетона — бетоно-;
укладчики на базе тракторов. Последние должны быть оборудо-
ваны бадьями или ковшами емкостью, равной объему кузова
автомашины, доставляющей товарный бетон с централизованного
завода, а также вращающимися в горизонтальном направлении
транспортерами, подающими бетонную смесь к месту укладки.
При значительном объеме бетонных (железобетонных) работ
комплексная механизация может быть выполнена с использова-
нием башенных кранов для перемещения бункеров (бадей) со-
ответствующей емкости от приемной площадки к месту бетониро-
вания. В осенне-зимний период и ранней весной рекомендуется
перед укладкой смеси в конструкцию предварительный ее электро-
подогрев.
Узлы и стыки сборных железобетонных фундаментных балок
должны обеспечивать возможность сборки их из простейших
элементов заводского изготовления с замоноличиванием или
электросваркой узловых соединений. При выполнении работ в зим*
нее время в условиях сурового климата наиболее рационален
108
сварной стык с металлическими закладными элементами, исклю-
чающий очень трудную в этих условиях термообработку бетона.
Металлические детали стыков необходимо защищать от коррозии
путем металлизации или покрытия специальными лакокрасочными
материалами, а в зимних условиях перед выполнением этих работ
стыки надо обогревать.
Если проектом предусмотрено заглубление фундамента под
крупное оборудование в естественный грунт (для больших машин,
компрессоров, некоторых лебедок и пр., под брандмауэрные стены
и др.), а здание запроектировано на подсыпке, то рекомендуется
следующий порядок производства работ:
подготовка и осушение строительной площадки;
разработка котлована и выполнение бетонного (железобетон-
ного) фундамента под оборудование или иной заглубленный
конструктивный элемент (излишнее количество грунта при этом
удаляется за пределы площадки), засыпка грунтом пазух вокруг
фундамента с послойным уплотнением;
выполнение такелажа тяжеловесного оборудования на возве-
денный фундамент и начало монтажных работ;
производство подсыпки под здание или сооружение с послой-
ным уплотнением;
устройство фундамента здания на подсыпке согласно проекту;
возведение здания или сооружения.
при таком порядке производства работ (рис. 31) обеспечива-
ется сохранение подсыпки в хорошем состоянии, так как она
в этом случае не смешивается с грунтом.
Фундаменты под небольшое оборудование (электродвигатели,
насосы) можно устраивать в теле подсыпки. Такие фундаменты
допускается выполнять бетонными или деревянными ряжевыми
без заглубления в естественный грунт.
Если проектом предусмотрено, что заглубляемый фундамент
под оборудование будет опираться на вечномерзлые грунты, то
до его бетонирования следует предусмотреть заглубленные охлаж-
дающие устройства; в противном случае в процессе эксплуатации
возможны деформации здания или сооружения от просадок при
Рис. 31. Очередность производства ра-
бот при возведении фундаментов на
подсыпке
I — устройство заглубленного фундамента
под хрупногабарнтное оборудование: П —
устройство массива подсыпки; III — оформ-
ление откосов подсыпки; IV — устройство
бетонного фундамента в теле подсыпки под
малогабаритное оборудование с неболь-
шими нагрузками на фундамент
109
оттаивании мерзлых грунтов. В отдельных случаях необходим^
ниже подошвы такого фундамента в вечномерзлую толщу (глубже
возможной чаши протаивания) забивать сваи.
При возведении заглубленных фундаментов под оборудование
в талых грунтах допускается бетонирование фундамента в распор
со стенками котлована. При этом необходимо обеспечить контроль
за укладкой, уплотнением и набором прочности бетона. В таком
случае не требуется выполнения обратной засыпки пазух кот-
лована.
Выбор механизма для уплотнения подсыпки делается в зависи-
мости от того, какую часть площади занимает заглубленный
фундамент: если менее 50 % площади здания (сооружения), то
могут применяться любые способы уплотнения, если 50—60 %
площади, то целесообразно применение только вибрационных ма-
шин, если же около 70—75 % площади, то необходимо от способа
строительства на подсыпке отказаться (в этом случае уплотнить
подсыпку механизированным способом будет невозможно, а ручное
уплотнение малоэффективно).
§ 4. Особенности организации и технологии
строительства с использованием
региональных условий
Влияние природных условий Крайнего Севера на технологию
строительно-монтажных работ освещено в литературе [36]. Не-
благоприятные природные и экономические условия северных
районов: суровый климат, глубокое сезонное промерзание грунтов,
наличие вечной мерзлоты, оторванность на большие расстояния
от промышленно развитых областей — вызывают повышение за-
трат общественного труда по сравнению с районами средней
полосы при выполнении одинакового объема работ. В этих усло-
виях целесообразны сокращение ручного труда, применение более
производительных средств механизации, уменьшение объема тру-
доемких работ. Возведение зданий и сооружений на подсыпках
позволяет сократить объем выполняемой разработки грунта под
фундаменты, исключить рытье траншей и котлованов, а также
перенести в карьеры операции рыхления и погрузки материала
в автосамосвалы. На строительной площадке остаются операции
разгрузки подвезенного материала (породы, песка, гравийно-
песчаной смеси) с автосамосвала и уплотнения подсыпки.
На строительных площадках целесообразно предусматривать
сборность конструкций, механизированные и комплексно-механи-
зированные способы строительно-монтажных работ и наличие
деталей полной заводской готовности. Основные направления
рекомендуемой организации и технологии работ, позволяющие
сократить ручной труд и уменьшить объем трудоемких работ на
строительной площадке, обобщены в табл. VI 1.2 (опыт строитель-
ных организаций Севера и Крайнего Севера).
но
Таблица VI 1.2. Наиболее оптимальные способы комплексно
механизированного выполнения строительно-монтажных работ
Работы Рекомендуемые виды машин и механизмов
1. Подготовительные работы, включая
планировку площадки, осушение, вытор-
фовку, устройство подъездных дорог, ин-
женерных сетей и т. п.:
а) в талых грунтах поверхностного
слоя
б) в мерзлых грунтах поверхностного
слоя
2. Устройство заглубленных фундамен-
тов внутри здания:
а) разработка котлована (котлова-
нов) в талых грунтах
б) то же, в мерзлых грунтах
в) бетонирование фундаментов
3. Устройство подсыпки:
а) разработка карьера
б) устройство и уплотнение подсыпки
4. Устройство фундаментов на подсыпке:
а) деревянных
б) из монолитного железобетона
в) из сборного железобетона
5. Строительство надземной части зда-
ний и сооружений
а) бульдозеры, экскаваторы, катки (или
другие средства для уплотнения грун-
та), автомашины
б) в дополнение к перечисленным в
поз. «а» — специальные машины для
разработки мерзлых грунтов (рыхлите-
ли, траншейные цепные экскаваторы, бу-
рильные установки и др.); использова-
ние буровзрывных работ
а) экскаваторы, бульдозеры, автосамо-
свалы
б) в дополнение к перечисленным в
поз. 2 «а» — специальные машины для
разработки мерзлых грунтов (траншей-
ные цепные экскаваторы для оконтури-
вания котлована), рыхлители; использо-
вание буровзрывных работ (предпочти-
тельнее щелевой способ взрывания за-
рядов. обеспечивающий более точное
положение котлована в плане)
В) бетоноукладчики либо автомобиль-
ные краны (или на гусеничном ходу)
для подачи бетона в больших емкостях
(бадьи, контейнеры размером, соответ-
ствующим объему кузова автосамосва-
ла); в зимнее время, а также в период
неустойчивости температуры — предва-
рительный электроподогрев бетонной
смеси (способ термоса)
а) бульдозеры, экскаваторы, автосамо-
свалы; в отдельных случаях буровзрыв-
ные работы
б) бульдозеры, катки (или другие грун-
тоуплотняющие машины)
а) краны автомобильные или иа гусе-
ничном ходу
б) в дополнение к поз. 2 «в» — опалуб-
ка сборная металлическая или дерево-
металлическая; установка арматуры
в) то же, что и в поз. 4 «а»
5. Те же машины и механизмы, что и
при строительстве зданий и сооружений
на обычных (заглубленных) фундамен-
тах
111
Перспективным является использование в строительстве сте-
новых панелей из алюминия с эффективными утеплителями, кон-
струкций из пластмасс (наряду с более широким использованием
фундаментов из сборных элементов на подсыпке), стеновых пане-
лей из легких бетонов и объемных блоков. Это позволяет умень-
шить массу зданий (сооружений) и повысить этажность без
изменения удельной величины давления на подсыпку.
Если проектом предусмотрены специальные работы по подго-
товке основания (предпостроечное оттаивание, искусственное про-
мораживание, закрепление, засоление грунтов и др.), то они
должны предшествовать всем другим подготовительным работам.
Если до устройства подсыпки не будут удалены моховой или
растительный слой, то во время проведения строительных работ
этот слой может быть значительно поврежден (потеряет свойства
термоизоляционного слоя). Кроме того, моховой или растительный
покров могут подвергнуться неравномерным просадкам от массы
подсыпки и возводимых на ией конструкций; это, в свою очередь,
может вызвать скопление воды в понижениях, обводнение грунтов
и подсыпки, а в зимнее время — образование наледей.
Торф и озерно-болотные отложения могут служить постелью
для подсыпок только в том случае, если они находятся в мерзлом
состоянии в течение всего срока эксплуатации объекта. В прочих
случаях необходима выторфовка, удаление озерно-болотных отло-
жений и замена их грунтами с достаточной несущей способностью.
§ 5. Требования к приемке работ
нулевого цикла
Работы по подготовке площадки и устройству подсыпки подле-
жат приемке комиссией в составе:
исполнителей работ — прораба (старшего прораба, начальни-
ка участка) и мастеров;
инженера производственно-технического отдела строитель-
ного управления;
инженера — представителя дирекции строящегося предприя-
тия (отдела капитального строительства);
геолога и геодезиста для приемки специальных работ;
При выполнении работ по нулевым циклам зданий и сооружений
на подсыпках должны составляться акты освидетельствования
скрытых работ на следующие технологические процессы:
срезка торфа, насыпных, пучинистых, озерно-болотных и дру-
гих слабонесущих грунтов, если эти работы предусмотрены про-
ектом или если необходимость их выполнения установлена натур-
ным осмотром площадки перед началом работ; акт составляется
с участием геолога;
устройство системы водоотвода и осушения и другие подгото-
вительные работы; к акту следует прикладывать исполнительные
112
планы, продольные и поперечные профили канав по съемке геоде-
зиста;
устройство предусмотренных проектом инженерных сетей и
заглубленных фундаментов под оборудование,под брандмауэрные
стены и т. п.;
осмотр естественных покровных грунтов, на которых будет
устраиваться наземная подсыпка; акт с участием геолога; осмотр
в натуре следует сверять с данными предпостроечных изысканий;
на основании этого акта главным инженером строительства (или
лицом, уполномоченным им) дается разрешение на производство
работ по устройству подсыпки;
устройство подсыпки; акт с участием геолога; осмотр в натуре
следует подкреплять данными, выполняемыми лабораторией;
к акту прикладываются геодезические съемки, произведенные
перед началом и по окончании устройства подсыпки; на основании
этих материалов главным инженером строительства (или лицом,
уполномоченным им) дается разрешение на производство работ
по устройству фундаментов на подсыпке.
Акты освидетельствования скрытых работ и другая исполни-
тельная техническая документация составляются согласно требо-
ваниям СНиП 3.01.04—87.
Принимая работы по устройству подсыпки, необходимо прове-
рить документы: паспорт лаборатории карьера — поставщика,
данные лабораторных исследований материала,— например нали-
чие в нем пучинистых примесей (их количество не должно пре-
вышать 10 %).
Если материал для подсыпки берется с одного постоянно
действующего карьера, то повторять лабораторные испытания
достаточно один-два раза в год. Если же материал испытывается
с различных карьеров, то периодичность лабораторных испытаний
можно устанавливать согласно обоюдному решению заказчика и
подрядчика. Включение негорелой породы, состоящей из аргилли-
тов и алевролитов, в подсыпку под здания и сооружения кате-
горически запрещается.
По завершении работ по устройству подсыпки, фундамен-
тов и систем осушения составляется акт промежуточной при-
емки, для чего может быть использована форма, приведенная
в СНиП 3.01.01—85 (приложение 7). В акте комиссия свидетель-
ствует, что работы выполнены в соответствии с проектно-сметной
документацией, стандартами, строительными нормами и правила-
ми, на основании чего разрешается производство последующих
работ по устройству надземной части здания или сооружения.
Общий журнал работ, в который заносятся сведения о ходе
строительства с самого начала освоения площадки, ведется ответ-
ственным лицом до окончания работ и сдачи здания в эксплуата-
цию «под ключ»; после этого журнал передается вместе со всей
проектной и исполнительной документацией на постоянное хра-
нение заказчику или по его поручению эксплуатирующей органи-
зации (39, приложение 1].
Глава VIII
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
НА ПОДСЫПКЕ
Многолетний опыт эксплуатации зданий, построенных на под-
сыпках, позволяет выработать условия, обеспечивающие их безава-
рийное состояние. В основаниях зданий и сооружений, возведенных
на подсыпке, происходят физические и механические процессы,
вызываемые влиянием здания на нижележащие грунты. Для обес-
печения безаварийной эксплуатации построенных зданий и соору-
жений на подсыпке следует:
сохранять в грунтах, подстилающих подсыпку, заданный теп-
ловой режим, выбранный на основе предпостроечных изысканий;
принимать меры к снижению величины относительного пучения
до минимальной величины, что имеет место при грунтах, значение
влажности которых близко к границе раскатывания;
управлять процессами распространения тепла или холода в
грунтах путем регулирования толщины подсыпки, устройства
холодного проветриваемого или отепленного подполья и цоколя,
поверхностного или заглубленного ввода инженерных сетей (в за-
висимости от принципа использования грунтов площадки), а также
осушения территории и т. д.;
при выборе материала для устройства надземной части зданий
на подсыпке проверять величину возможной осадки за весь период
эксплуатации (выполненные конструктивные элементы должны
быть в данных условиях достаточно жесткими).
Наиболее ответственным периодом эксплуатации объекта явля-
ется первый, охватывающий полный цикл «зима — лето». В этот
период может происходить изменение существовавших ранее
мерзлотно-грунтовых условий под влиянием передачи тепла в по-
следовательности: здание — подсыпка — грунт. Поэтому следует
особенно тщательно производить наблюдения за процессом вза-
имодействия сооружения и грунтовой среды. Во второй период
эксплуатации здания уже наступает стабилизация мерзлотного
состояния грунтов, подстилающих подсыпку, что облегчает усло-
вия эксплуатации сооружения.
Особенности эксплуатации зданий, построенных в районах рас-
пространения вечномерзлых грунтов, изложены в инструкции
[38], утвержденной б. Госстроем РСФСР 26.10.62 г., и частично
в литературе по инженерному мерзлотоведению [1, 20, 27, 28].
Но ни в инструкции, ни в упомянутых книгах не выделены правила,
касающиеся эксплуатации зданий на подсыпках (кроме [!])•
Здания следует подвергать периодическому визуальному наб-
людению со следующей частотой обследования: 3
для зданий со сроком службы не более 10—20 лет — одним
раз в год (если здание построено с использованием грунтов nod
принципу I, то перед началом зимнего периода, если по принци-
пу II — по окончании зимы, что позволит наиболее наглядно
определить, соблюдаются ли правила эксплуатации);
для зданий со сроком службы более 20 лет — два раза в год
(в конце зимы и в конце лета).
Бурить контрольные скважины для наблюдения за температур-
ным режимом грунтов основания на подсыпке необходимо только
при строительстве крупнопанельных или кирпичных зданий со
сроком эксплуатации более 20 лет; замер температуры можно
совмещать'с визуальными обследованиями. В случае отсутствия
деформаций , замер температуры делать необязательно, можно
ограничиться только визуальным обследованием.
Если здание возведено по принципу I, то эксплуатировать
его необходимо таким образом, чтобы грунты под подсыпкой
не оттаивали в течение всего срока службы здания. Для этого
надо следить, чтобы в зимнее время происходил воздухообмен
подполья через продухи в цоколе с наружным воздухом.
Достаточно поддерживать температуру в подполье —5-?
4---10 °C, чтобы грунты оставались в мерзлом состоянии. Темпе-
ратура воздуха в проветриваемом подполье должна регулировать-
ся открыванием и закрыванием продухов. В летнее время продухи
необходимо держать закрытыми и только периодически открывать
для проветривания подполья. Если же здание построено на под-
сыпке с холодным цоколем, но без проветриваемого подполья, то
необходимо обеспечивать в зимнее время систематическую уборку
снега от цоколя.
При эксплуатации зданий и сооружений на подсыпках по
принципу I необходимо строго поддерживать заданный проектом
температурный режим как самой подсыпки, так и подстилающих
ее естественных грунтов.
Если здание построено с использованием грунтов по принци-
пу II (с отепленным цоколем), то при эксплуатации нельзя до-
пускать промораживания грунтов (образования перелетков) под
подсыпкой. В зимний период продухи в цоколе здания надо дер-
жать закрытыми, а летом — открытыми с целью поддержания
заданного температурного режима грунтов основания.
При эксплуатации зданий, построенных с использованием грун-
тов по обоим принципам, нельзя допускать попадания воды под
здание, в массив подсыпки и под подсыпку, для чего надо следить
за исправным состоянием отмосток и водоотводных канав, не до-
пуская скопления воды, образования льда или сброса под здание
производственных и хозяйственных вод.
Отмостка должна быть в исправном состоянии в течение всего
периода эксплуатации здания. Для этого она должна иметь
достаточную ширину и уклон для отвода атмосферных вод от
цоколя.
Водоотводные канавы, кюветы, лотки должны быть в рабочем
состоянии постоянно. В случае их заиливания, повреждения креп-
114
115
лений стенок, размыва их и т. п. водоотводные сооружения слЦВ
дует немедленно восстанавливать. ^1
Инженерные коммуникации (водопровод, канализация, теп- I
лофикация), проложенные в каналах и по подпольям, должны 1
быть хорошо термоизолированы. Спуск по различным причинам
воды из системы отопления должен производиться только в
канализацию.
Неправильное содержание вводов инженерных сетей в здания
при любом принципе использования грунтов нарушает тепловой
режим основания.
Скопление снега можно допускать только возле зданий, по-
строенных по принципу II. При этом перед наступлением весеннего
таяния снег следует удалять от цоколя на 2—3 м или даже за
кювет, если он расположен недалеко от здания. Если же здание
построено по принципу I, то не следует допускать скопления
снега у продухов, а необходимо постоянно расчищать цоколь,
от снега после каждой пурги или снегопада (это способствует .
понижению температуры подстилающего слоя грунта).
Необходимо соблюдать принятый принцип использования грун-
тов на всех этапах: во время строительства, при эксплуатации']
зданий, при кратковременной консервации или незначительной
задержке строительных работ, при перерывах отопления и т. д.
Прежде чем проводить какие-либо мероприятия, при появлении
деформаций следует производить подробные исследования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Способ строительства зданий и сооружений на подсыпках,
как свидетельствует многолетний опыт, является одним из удачных
решений по устройству фундаментов малоэтажных зданий как
в условиях Крайнего Севера, так и в более южных районах.
Рекомендациями (3] допускается условное расчетное давление
на подсыпку 0,1—0,25 МПа, в зависимости от выбранного для
подсыпки материала и качества его уплотнения. Использование
для устройства стен облегченных материалов и конструкций позво-
ляет или уменьшить площадь подошвы фундаментов, или же
повысить этажность зданий. И то и другое решения являются
экономически целесообразными, снижают удельные затраты на
строительство.
Строительство зданий и сооружений на подсыпках надо вести
по проектам производства работ, составляемым в соответствии
со СНиП 3.01.01—85 [39], с учетом природных и климатических
особенностей района строительства, в увязке с проектным реше-
нием фундаментов и основных конструктивных элементов возводи-
мого объекта. Если же на подсыпке возводится жилой или про- •
мышленный комплекс, то проект производства работ целесообраз- :
но разрабатывать на всю застройку. В этом случае гораздо легче
правильно учесть региональные особенности строительства и опти-
мально распределить выполнение отдельных видов работ в наи-
более благоприятные периоды года, в зависимости от выбранного
при проектировании принципа использования грунтов. Это позво-
лит рационально использовать природные и климатические усло-
вия и учесть результаты исследований об особенностях сезонного
промерзания грунтов под подсыпкой.
Строительство зданий и сооружений на подсыпках имеет тен-
денцию к расширению области их применения — от небольших
зданий с малым сроком эксплуатации к капитальным малоэтаж-
ным (1—3 этажа) промышленным, административным, жилым и
гражданским зданиям. Необходимость в интенсивном развитии
необжитых районов, где открыты богатые месторождения полезных
ископаемых, которые надо разрабатывать, ставит перед капиталь-
ным строительством большие задачи. Необходимо тщательно
прорабатывать организацию строительства, т. е. обеспечивать
согласованность действий подрядных и снабженческих предприя-
тий, транспортные задачи.
Обязательным правилом при освоении новых районов является
комплексность строительства, когда одновременно с промышлен-
ными сооружениями возводятся благоустроенные рабочие поселки,
дороги, аэродромы, объекты энергетики. При решении этих задач
приоритетными являются здания с фундаментами на подсыпках,
которые целесообразно возводить при освоении новых площадок,
пионерном строительстве в малоосвоенных районах, в сельскохо-
зяйственном строительстве и при возведении малоэтажных зданий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Временные технические рекомендации на возведение зданий на подсыпках
в условиях Воркуты (ВТР—67). Сыктывкар: Коми ки. изд-во. 1968.
2. Рекомендации по проектированию и устройству подсыпок для возведения
зданий без заглубления фундаментов в грунт в условиях Севера (Р-95—71).
М.: ОНТИ ВНИИСТа. 1972.
3. Рекомендации по проектированию и устройству зданий на подсыпках
в районах распространения вечномерзлых грунтов. М.: ВНИИ оснований и подзем-
ных сооружений нм. Н. М. Герсеваиова, 1977.
4. СНиП 2.02.04 —88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.
Нормы проектирования».
5. Ульрих С.'С.. Пусков В. И. Сезонное промерзание грунтов и их взаимо-
действие с фундаментами зданий. Красноярск: Красноярское кн. изд-во. 1965.
6. Геокриоло! ические условия Печорского угольного бассейна. Кол. авт.
под ред. Н. Г. Бобова и Л. А. Братцева. М.: Наука, 1964.
7. Технические рекомендации иа изыскания, проектирование, строительство
и эксплуатацию зданий и сооружений в воркутинском районе. Сыктывкар: ЦБТИ
Коми Совнархоза, 1962.
8. Маркизов Л. П. Кирпичные здания иа подсыпке без заглубления фунда-
ментов.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1960, № 2.
9. Маркизов Л. П. Строительство зданий иа подсыпках в районе Воркуты.
В сб.: Проектирование и строительство угольных предпрятий. М.. 1962, № 2 (38).
116
117
I'
10. Маркизов Л. П. Опыт устройства зданий на подсыпках в Заполярье,—
Основания, фундаменты и механика грунтов, 1963, № 2. *
11. Маркизов Л. П. Здания на наземных подсыпках в условиях мерзлых
и талых грунтов. Обз. инф., вып. 9. М.: ЦБТИ Минтяжстроя СССР, 1970.
12. Маркизов Л. П. Исследование организации работ по устройству неза-
глубленных фундаментов промышленных и гражданских зданий на подсыпках
в южной зоне распространения вечномерзлых грунтов (по опыту организации
строительства в Воркуте). Автореф. дис.... канд. техн. наук. М.: ЦНИИОМТП, 1971.
13. Маркизов Л. П. Здание на подсыпке в районе глубокого промерзания.—
Основания, фундаменты и механика грунтов. 1977, № 6.
14. Markizov L. Р. Building on fill in region of deep permafrost in „Soil
Mechanics and Foundation Engineering" (Translated from Russian). Consultants
Bureau, New York. 1978.
15. Тишин В. Г. Возведение малоэтажных зданий без заглубления фунда-
ментов.—Строительство трубопроводов, 1971, Ks II.
16. Тишин В. Г. Прогноз и регулирование деформаций оснований под зда-
киями на подсыпках при морозном пучении. Автореф. дне. ... канд. техн. наук.
М.: ВНИИ транспортного строительства, 1974. :
17. Тишин В. Г. Опыт строительства зданий с фундаментами на подсып-
ках.— Основания, фундаменты н механика грунтов, 1978, № 6- -тШк-
18. Кабанов Е. П. Исследование теплового режима пористых вентилируемый»
подсыпок в основаннн зданий и методика их теплотехнического расчета. АвторефЯЕ
дис. ... канд. техн. наук. Якутск: Якут. гос. универе., 1973. "Wf
19. Костиненко Г. И. Строительство на вечной мерзлоте за рубежом. М.: '
Госстрой издат, 1962.
20. Теория и практика мерзлотоведения в строительстве. Кол. авт. под ред.
Л. А. Братцева н В. Ф. Жукова. М.: Наука, 1965.
21. Руководство по проектирований основания зданий и сооружений. М.:
Стройиздат, 1978.
22. Пытович И. А. Механика грунтов. Л.: Стройиздат, 1963.
23. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа. 1973.
24. Ганичев И. А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. За-
рубежный опыт. М.: Стройиздат, 1969.
25. Линович Л. Е. Расчет и конструирование частей гражданских зданий.
Киев: Будивельник, 1972.
26. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зда-
ний. М.: Стройиздат, 1960.
27. Порхаев Г. В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечно-
мерзлыми грунтами. М.: Наука, 1970.
28. Хрусталев Л. Н. Температурный режим вечномерзлых грунтов на застроен-
ной территории. М.: Наука, 1971.
29. Шур Ю. Л. Расчеты глубины протаивания оснований зданий на подсып-
ке. Совещание-семинар по строительству на вечномерзлых грунтах. Магадан:
Красноярский Промстройннипроект. 1964.
30. Полуэктов В. Е. Устройство фундаментов в вечномерзлых грунтах. Л.:
Стройиздат, 1982.
31. Горяйнов Г. Ф., Семенова Т. К. Обобщение опыта строительства зданий
на подсыпках,— Основания, фудаменты и механика грунтов, 1979, № 4.
32. Федорин Л. А. Строительство зданий на подсыпках. без заглубления
фундаментов: Бюл.: Народное хозяйство Коми АССР. Сыктывкар, 1959, № 2 (14).
33. Романенко И. И. Строительные свойства горелой шахтной породы и
галечнико-песчаной смеси Воркуты.— Основания, фундаменты и механика грунтов,
1974, № 2.
34. Романенко И. И. Подсыпаемые основания зданий и сооружений (в рай-
онах с суровыми климатическими условиями). Автореф. дне. ... канд. техн. наук.
М.: НИИ оснований, 1975.
35. Харченко А. Я. Разработка недействующих терриконов в Печорском уголь-
ном бассейне. Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1972.
36. Березовский Б. И. Особенности организации и технологии строительно-
монтажных работ на Крайнем Севере. Л.: Стройиздат, 1973.
118
37 Руководство по организации строительного производства в условиях се-
верной зоны. М.: Стройиздат, 1978. условиях се
38. Госетром РСФСР. Инструкция ио эксплуатационному содеожанию знаний
и сооружении, построенных с сохранением вечномерзлого состояния Лунтов
основания. Магадан: Красноярский Промстройниипроект. 1962 ipywiuo
39. СНиП 3.01.01.85 «Организация строительного производства»
40. Ушкалов В. П. Особенности проектирования и устройства фундаментов
в условиях мерзлых грунтов. М.: Стройиздат, 1964.
41. Указания по расчету осадок оттаивающих и оттаявших грунтов во
мени. М.: НИИ оснований. 1967. '
в ре
мени. М.:
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................... 3
Глава I. Региональные особенности, влияющие на организацию и выпол- ‘
нение строительных работ в северной зоне g
§ 1. Климатические и мерзлотно-грунтовые условия g
§ 2. Строительные свойства приповерхностного слоя грунта .... д
Глава II. Опыт возведения зданий на подсыпках.......................... 17
§ I. Наземные подсыпки нз дренирующих материалов................... 17
§2. Здания с фундаментами на подсыпках в Комн АССР................ 19
§ 3. Фундаменты с использованием грунтов ио принципу I . . . . 20
§ 4. Фундаменты с использованием грунтов по принципу II ... . 22
§ 5. Каменные здания с фундаментами на подсыпках............... 24
§ 6. Крупнопанельные здания с фундаментами иа подсыпках ... 30
§ 7. Здания из объемных блоков на подсыпках.................... 34
§ 8. Здания на подсыпках в Хабаровском крае.................... 36
§ 9. Пористая вентилируемая подсыпка в г. Норильске............ 36
§ 10. Метод геотехнического массива в Свердловской области ... 38
§ II. Примеры строительства на подсыпках в районах Дальнего Востока 39
§ 12. Использование подсыпок в качестве оснований в Канаде. Грен-
ландии и на Аляске............................................... 40
Глава III. Анализ деформаций зданий и выбор оптимальных предложений
на основе комплексного учета природных и климатических условий ... 47
§ I. Случаи деформации зданий на подсыпках......................... 47
§ 2. Влияние температурного режима в зданиях на мерзлотное состояние
грунтов ......................................................... 57
§ 3. Деформации некоторых оснований из горелой породы .... 59
§ 4. Анализ причин аварий здания иа подсыпке ...................... 62
§ 5. Особенности промерзания грунтов на открытых площадках и под
насыпным слоем .................................................. 64
§ 6. Особенности работы оснований иа подсыпках в различных условиях 65
§ 7. Классификация причин деформации зданий на подсыпках ... 70
Глава IV. Параметры подсыпки .......................................... 73
§ 1. Эмпирические рекомендации но строительству на подсыпках в
Воркуте .................................*....................... 73
§ 2. Принципы статического расчета элементов подсыпки.............. 74
§ 3. Конструирование фундаментов на подсыпках...................... 77
§ 4. Теплотехнический расчет оснований при строительстве с исполь-
зованием грунтов по принципу I................................... 79
§ 5. Определение возможной чаши протаивания под зданиями на под-
сыпках .......................*.................................. 82
§ 6. Величины допустимых осадок оснований.......................... 85
Глава V. Материалы для подсыпок........................................ 88
§ 1. Характеристика применяемых материалов для устройства подсыпок
под здания ...................................................... 88
§ 2. Максимально допустимое содержание пучинистых примесей в под-
сыпке ........................................................... 91
1)9
§ 3. Характер изменения плотности материала в массиве подсыпки 92
§ 4. Рекомендации по оссоению карьеров........................ 94
Глава VI. Стоимость фундаментов на подсыпке и эффективность их при-
менения ........................................................... 97
§ 1. Сравнительная экономическая эффективность незаглублениых
фундаментов зданий .............................................. 97
§ 2. Сравнительная трудоемкость устройства фундаментов на подсыпке
и заглубленных.................................................. 100
§ 3. Снижение стоимости и сокращение продолжительности строитель-
ства при фундировании на подсыпках.............................. 102
Глава VII. Организация и технология работ.......................... 104
§ I. Подготовительные работы на строительной площадке .... 104
§ 2. Устройство подсыпки........................................ 106
§ 3. Производство работ по возведению фундаментов под здания и
оборудование ................................................... 108
§ 4. Особенности организации и технологии строительства с исполь-
зованием региональных условий .................................. 110
§ 5. Требования к приемке работ нулевого цикла.................. 112
Глава VIII. Эксплуатация зданий и сооружений на подсыпке .... 114
Заключение ....................................................... 116
Список литературы ................................................. 117
Производственно-практическое издание
Маркизов Леонид Павлович
ЗДАНИЯ НА ПОДСЫПКАХ
ИЗ ДРЕНИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
Зав редакпией Н. Н Днепоова
Редактор Я 4 Анчфриена
Художественный редактор О. В Сперанская
Оформление художника Л. Г Петрова
Технический редактор Е В Полиекгова
Корректоры Л. В. Воронецкая и Н. С Цибульникова
ИБ 7й 5339
Сдано в набор 13.06.91. Подписано а печать 04.И.91. Формат 60х90'/<» Бумага типографская М
Печать офсетная Гарнитура «Литературная». Уел. печ. л. 7.5. Уч.-изд. л. 8.26. Усл. кр. отт. 7.75
Тираж 2500. Заказ 7й 874 Изд 7й 2654Л Цена I р ЗО к
Стройнтлнт. Ленинградское отделение 199053. Ленинград, иаб Макарова. 10/1.
ПО 3 Ленчпрнздатв. 191104. Ленинград. Литейный нр . 55