Зоценко Н.Л. Инженерная геология. Механика грунтов, основания и фундаменты

Подождите немного. Документ загружается.

450

Таблиця 16.8. Розрахунковий опір насипного ґрунту

Характеристика насипу

, кПа, при коефіцієнті водонасичення,

Піски крупні, середньої

крупності та дрібні,

шлаки

Піски пилуваті, супі-

сок, суглинок, глина,

зола

≤0,5

≥0,8

≤0,5

≥0,8

Планомірно зведені насипи з ущіль-

ненням

Відвали ґрунту та відходів:

з ущільненням

без ущільнення

Звалища ґрунту та відходів

з ущільненням

без ущільнення

250

180

150

120

200

150

120

100

180

120

100

150

100

Таблиця 16.9. Рекомендації щодо вибору способу влаштування основ та фундаментів на

насипних ґрунтах

Метод будівництва

Особливості основи

Засоби влаштування основ та фундаментів

Використання наси-

пного ґрунту як ос-

нови фундаменту

Планомірно відсипа-

ний насип з ущіль-

ненням; відвали піску

або гранульованого

шлаку

Звичайні стрічкові або окремі фундаменти

з розширеною підошвою для будівель і

споруд при навантаженні до 80 кН/м або

до 400 кН; фундаменти на коротких піра-

мідальних палях

Застосування мето-

дів підготовки ос-

нови для підвищен-

ня щільності та зни-

ження стисливості

Відвали ґрунту та ві-

дходи промислових

підприємств (“хвос-

ти”, шлами, зола, по-

рожні породи)

Поверхневе трамбування важкими трамбі-

вками; витрамбовування котлованів; про-

бивання свердловин; улаштування ґрунто-

вих або піщаних подушок; поверхневе

ущільнення ґрунту вібраторами

Прорізання насип-

ного ґрунту пальо-

вими фундаментами

Культурні шари місь-

ких територій, звали-

ща побутових і про-

мислових відходів із

великою кількістю

органіки без міцних

уключень

Улаштування пальових фундаментів (за-

бивних, набивних, буроін’єкційних, вико-

наних за допомогою струминної техноло-

гії), які прорізають шар насипного ґрунту і

спираються на міцний шар природного

ґрунту

Намивання ґрунту на значних площах виконують за розробленими проек-

тами з урахуванням рельєфу. Для намивання в більшості випадків використо-

вують алювіальні піски, іноді з прошарками супісків і суглинків. Слід

пам’ятати, що збільшення вмісту глинястого ґрунту в складі намиву суттєво по-

гіршує його будівельні властивості. У Києві для намивання ґрунту на ділянках

Русанівського та Оболонського масивів використовували пилуватий пісок із кі-

лькістю частинок, менших за 0,1 мм, близько 35...39%. У намитому піску ця кі-

лькість зменшилася до 6...11% (С. А. Слюсаренко та ін., 1990).

Через кілька місяців після завершення намивання в основному остаточно

встановлюється щільність намитого ґрунту. Вона поступово наростає по глиби-

ні, досягаючи ρ

=1,6...1,7 т/м

. Випробовування властивостей намитого ґрунту,

які виконувалися в різних місцях, дали можливість встановити орієнтовні пока-

451

зники деформативності й міцності: ρ

=1,66...1,69 т/м

; φ

=32...36°; c

=0...0,001

МПа; E

=15...50 МПа. Взагалі, ці показники визначають за результатами лабо-

раторних та польових випробувань.

Проектом утворення намитих площ передбачається видалення перед на-

миванням гумусованого шару ґрунту, кущів, пеньків, звалищ тощо. Чорнозем

вивозять у відвали і згодом використовують при рекультивації земель.

Намиту основу розраховують за деформаціями. Якщо в складі намитого

ґрунту або під ним є заторфований або слабкий шар, то це враховують додатко-

во. Загальну деформацію основи, складеної з намитого й природного ґрунту,

визначають з урахуванням осідання підстильних шарів та самоущільнення на-

митого ґрунту. Якщо загальна деформація основи більша за граничну, передба-

чають віброущільнення, закріплення ґрунту або його армування. Матеріалом

для армування є стійкі до агресивної ґрунтової води склопластикові смуги з пе-

рерізом 2х0,15 см, стрічки із геотекстилю, сітки з поліхлорвінілу. Такі елементи

закладають під час намивання на глибині h=d+0,4b (d – глибина закладання

фундаменту; b – його ширина) впоперек поздовжньої осі фундаменту так, щоб

загальна ширина армування була 2b…4b.

Спочатку засобами гідромеханізації намивають ґрунт до рівня майбут-

нього армування, потім укладають смуги, стрічки або сітки з фіксацією краю

елементів місцевим ґрунтом, щоб подальше намивання не змістило армування.

Намивання продовжують до рівня підошви майбутнього фундаменту. Арму-

вання піщаних намивних або насипних основ дозволяє зменшити осідання в се-

редньому на 25%, а також знизити тиск на слабкі підстильні шари у середньому

на 35%.

Крім названих засобів улаштування основ та фундаментів, на намивних

ґрунтах широко застосовують монолітні залізобетонні фундаменти у вигляді

суцільних плит, перехресні фундаменти, безперервні за довжиною балки-

стінки. Влаштовують також фундаменти із залізобетонних забивних, іноді

складених, паль, які занурюють ще до намивання. Останній спосіб улаштування

пальових фундаментів запропоновано в Києві. Його здійснюють, якщо шар на-

миву не перевищує 3,5 м. Інколи на поверхню підстильного шару кладуть збір-

ну залізобетонну шайбу, яку надягають на палю. Таким чином, на першому

етапі занурюють у підстильний шар палі, а на другому – намивають шар ґрунту

проектної товщини.

16.6. ФУНДАМЕНТИ НА ЗАСОЛЕНИХ ҐРУНТАХ

Ділянки із засоленими ґрунтами в Україні є в Північному Криму, на Дон-

басі, в західній частині. Засоленими частіше бувають глинисті ґрунти, зокрема

глини та суглинки. Менш поширені засолені супіски, іноді зустрічаються загіп-

совані піски. Про засолення ґрунту свідчать такі ознаки: білуватий наліт на по-

верхні ґрунту, кристали та друзи солей на зрізах породи, солонуватий або гір-

куватий смак ґрунтової води.

Під час лабораторних випробовувань такого ґрунту слід пам’ятати, що

сушити його в шафах необхідно при температурі, яка не перевищує 60...65°С.

452

Щільність частинок засоленого ґрунту визначають у нейтральній рідині (гас,

толуол). Відомо, що підвищення вмісту солей зумовлює зменшення щільності

частинок. Слід також знати, що межі пластичності для засоленого ґрунту порі-

вняно з таким же ґрунтом без солей неоднакові. Так, вологість на межі текучос-

ті для засоленого ґрунту дещо підвищена, а вологість на межі пластичності (ро-

зкочування) нижча на 3...4%.

У ґрунті найчастіше містяться легко- та середньорозчинні солі. До легко-

розчинних солей належать хлориди

NaCl

KCl

CaCl

MgCl

, бікарбонати

NaHCO

)HCO(Ca

, карбонат натрію

CONa

й інші, а до середньо розчин-

них – гіпс

OHCaSO

2⋅

Деформативність і міцність засоленого ґрунту залежать від вмісту солей

та його вологості. Тривале фільтрування води крізь засолений ґрунт у зв’язку з

розчиненням солей веде до зниження модуля деформації і збільшення деформа-

тивності основи. Досвід випробувань засоленого ґрунту дає підставу зробити

висновок про зменшення показників міцності після зволоження. За нормами

для засоленого глинистого ґрунту відносне суфозійне стиснення визначають як

dsf

ρε

, (16.20)

де k

– коефіцієнт, що залежить від типу ґрунту, вмісту гіпсу та величини тиску

(

=0...1,38); d

– початковий вміст гіпсу в частках одиниці; ρ

, ρ

– початкова

щільність сухого ґрунту й щільність частинок гіпсу т/м

; β – ступінь вилугову-

вання в частках одиниці; n – коефіцієнт, котрий приймають для суглинків 1, а

для супіску 0,33. Формулою (16.20) користуються для визначення відносного

суфозійного стиснення та подальшого попереднього розрахунку суфозійного

осідання.

Для точних розрахунків відносне суфозійне стиснення визначають за ре-

зультатами довгочасних компресійно-фільтраційних випробувань зразків засо-

леного ґрунту в лабораторних умовах за формулою

g.n

p.sfp.sat

−

, (16.21)

де h

sat.p

– висота зразка після зволоження під тиском p=σ

+σ

; h

sf.p

– висота зра-

зка після тривалої фільтрації води та вилуговування солей під тиском p; h

n.g

–

висота зразка природної вологості під тиском p=σ

Суфозійне осідання основи, складеної із засоленого ґрунту:

і.sf

hS εΣ

, (16.22)

де n – кількість шарів, на які розділено зону суфозійного осідання; ε

sf.i

– віднос-

не суфозійне стиснення і-го шару ґрунту від тиску p; h

– товщина і-го шару за-

соленого ґрунту.

Останнім часом проблема будівництва на засолених ґрунтах стала особ-

ливо актуальною, в зв’язку з інтенсивною меліорацією в посушливих районах і

надмірним зволоженням ґрунту. Складність проблеми полягає у тому, що де-

453

формації будівель і споруд, в основі котрих залягають засолені ґрунти, можуть

виникати як під час спорудження, так і в період експлуатації.

Умова розрахунку основ за деформаціями вважається виконаною, якщо

загальна деформація від зовнішнього навантаження, а також за рахунок суфо-

зійного осідання не перевищує граничної деформації

usf

SSS

≤+

. (16.23)

Якщо умова (16.23) не виконується, то вживають заходи для усунення

шкідливого впливу суфозійної деформації за такими рекомендаціями:

Заходи

Реалізація заходів

Водозахисні

Захист засоленого ґрунту від розмивання; раціональне плануван-

ня території; влаштування водовідвідних канав; захист котлованів

і траншей від зволоження; використання високоякісних труб для

прокладання водонесучих мереж; зворотне засипання проміжку

між стінками траншей та котлованів і бічними поверхнями фун-

даментів ущільненим незасоленим ґрунтом; улаштування дрена-

жу.

Конструктивні

Використання фундаментів із монолітного залізобетону сумісно із

захистом від солевої корозії; влаштування замкнених залізобе-

тонних поясів; використання жорстких горизонтальних діафрагм

із збірних залізобетонних панелей перекриттів.

Часткове або повне зрі-

зування засоленого

ґрунту

Заміна засоленого ґрунту на гравійно-галькову суміш із застосу-

ванням бітумних матеріалів; улаштування ґрунтової подушки з

незасоленого глинистого ґрунту.

Прорізання засоленого

ґрунту

Використання пальових фундаментів із паль посиленої конструк-

ції, які прорізають засолений ґрунт, з обмазуванням бічної повер-

хні гумовими або лакофарбувальними покриттями(перед заби-

ванням паль пробурюють лідируючі свердловини); влаштування

буронабивних, камуфлетних, конічних та інших паль, а також

паль у пробитих свердловинах.

Закріплення або ущіль-

нення ґрунту

Улаштування ґрунтової подушки з ущільненого незасоленого

ґрунту або ґрунтових паль.

Попереднє розсолення

ґрунту за допомогою

зволоження

Буріння свердловин із дна неглибокого котловану за сіткою 5х5 м

або 7х7 м; неодноразове зволоження засоленого ґрунту крізь

свердловини з наступним відкачуванням води.

Якщо захист основи від тривалого зволоження забезпечено і вилугову-

вання солей неможливе, то осідання основи визначають відповідно до правил

розрахунку осідання зволоженої незасоленої основи. Розрахунковий опір R у

цьому випадку обчислюють за формулою (12.1) з урахуванням показників міц-

ності (φ та с), які одержують у результаті випробовувань зразків засоленого

ґрунту.

Якщо тривале зволоження та вилуговування солей можливі, то показники

міцності визначають за зразками водонасиченого ґрунту після вилуговування.

При влаштуванні ґрунтових подушок показники міцності визначають за резуль-

татами випробовувань зразків ущільненого водонасиченого ґрунту, з якого

зроблено подушку.

16.7. ФУНДАМЕНТИ В УМОВАХ СЕЗОННОЇ І ВІЧНОЇ МЕРЗЛОТИ

454

Фундаменти в умовах сезонної мерзлоти. Глинисті ґрунти різного похо-

дження, розміщені близько до поверхні, іноді мають підвищену вологість. У

зимовий час при проморожуванні такі ґрунти збільшуються в об’ємі. Виника-

ють деформації, які завдають шкоди будівлям, спорудам, дорогам тощо. Це

явище зветься морозним випинанням. Його необхідно враховувати при проекту-

ванні і будівництві.

Розглянемо коротко основні явища, котрі відбуваються в ґрунті під час

його охолодження до температури промерзання. Спочатку, перед утворенням

льоду, відбувається випаровування вологи з поверхні ґрунту й деяка усадка

скелета поряд з об’ємним збільшенням кількості води та повітря в порах. Далі

об’єм води зростає, вона поступово переходить у твердий стан, починається

процес адсорбції води від ґрунту з позитивною температурою до зони промо-

рожування. Дальший вплив мінусової температури на поверхневі шари глинис-

того ґрунту призводить до накопичення в ньому води у вигляді льоду. Первіс-

ний об’єм води в ґрунті може збільшитись на 60% і більше (рис. 16.9). Наяв-

ність уключень льоду руйнує структуру ґрунту. На дорозі це викликає також

руйнування дорожнього одягу. З’являються горби, які ускладнюють рух транс-

порту. При розтаванні ґрунту на місці горбів виникають вибоїни.

Узимку глибина промерзання ґрунту в різних місцях неоднакова і зале-

жить від кліматичних умов, а також від типу ґрунту. У таблиці 16.10 наведено

нормативну глибину промерзання для деяких міст України. З даних таблиці ви-

дно, що піщані ґрунти, завдяки відкритості пор, промерзають на більшу глиби-

ну, ніж глинисті, особливо суглинки та глини, в яких більшість пор закриті.

Таблиця 16.10. Нормативна глибина сезонного промерзання, м

Міста України Суглинки, глини

Супіски, піски дріб-

ні і пилуваті

Піски гравелисті, крупні

та середньої крупності

Вінниця

Дніпропетровськ

Київ

Львів

Полтава

Сімферополь

Чернігів

0,90

0,84

0,89

0,79

1,01

0,30

0,99

1,09

1,02

10,9

0,96

1,20

0,37

1,20

1,17

1,10

1,17

1,03

1,31

0,39

1,29

Спостереження за плином вологи в промерзаючому ґрунті показали, що

найінтенсивніша міграція води до зони промерзання виникає в ґрунтах із вели-

Рис. 16.9. Процес міграції вологи в се-

зонно промерзаючому ґрунті:

а – фрагмент геологічної будови ділян-

ки; б – графік мінливості вологи зале-

жно від глибини; 1 –

рівень морозного

здимання; 2 – промерзання ґрунту;

3 – фронт промерзання; 4 – рівень ґру-

нтової води; 5 – мінливість вологи до

промерзання; 6 – мінливість вологи пі-

сля промерзання

455

ким вмістом пилуватих частинок розміром від 0,05 до 0,005 мм. Такими ґрун-

тами є супіски, суглинки, пилуваті піски.

Досліди показали, що випинання глинистого ґрунту можливе, якщо воло-

гість його перевищує початкову вологість, яку для глинистого ґрунту можна

встановити за формулами:

, або

wds

)(

ρρ

ρρρ

−

> 920

, (16.24)

де W і W

– відповідно вологість ґрунту та його вологість на межі розкочування;

, ρ

– щільність відповідно частинок, сухого ґрунту і густина води, т/м

Спостереження показали, що поряд з опалюваними будівлями глибина

промерзання ґрунту менша, ніж на відкритому місці. Це вплив тепла, яке ви-

промінюють приміщення, вводів інженерних мереж, відбиття сонячного ви-

промінювання від південних стінок будівель тощо. Найменше промерзання від-

бувається поблизу середньої частини поздовжніх стін. А найбільше – поряд із

кутом будинку, повернутого до панівного взимку напряму вітру.

Поблизу неопалюваних будинків глибина промерзання завжди більша,

ніж на незабудованій території. Тут виникають такі фактори, як неможливість

опадів на забудовану ділянку, а також проникнення сонячного випромінюван-

ня. Деякий вплив має також заміна менш теплопровідного ґрунту на більш теп-

лопровідні (бетон фундаменту).

Збільшення об’єму сезонно-мерзлого ґрунту супроводжується розвитком

тиску в зоні промерзання, відбувається складна взаємодія ґрунту і фундаменту.

Ґрунт міцно змерзається з бічною поверхнею фундаменту й тоді внаслідок ви-

пинання підіймає фундамент угору, переборюючи опір ваги від надземних

конструкцій та фундаменту. Такі деформації можна часто бачити на будівлях,

які зведено на ділянках із високим рівнем ґрунтової води. Порівняно легкі не-

опалювані прибудови до житлових будинків (веранди, тамбури) майже завжди

відокремлені розколинами від стін опалюваної частини.

Іноді кажуть, що ці несприятливі деформації неможливі, якщо глибина

закладання фундаменту більша, ніж глибина промерзання. Найчастіше це так,

але відомо, що досить легкі, наприклад, великопанельні будинки після зведення

1-2 поверхів узимку піднімалися вгору, хоч під підошвою промерзання не було.

Спрацювало змерзання бічної поверхні фундаменту з ґрунтом. Небезпека такої

деформації полягає, з одного боку, в тому, що випинання в різних місцях будів-

лі буває неоднаковим. З другого – після відтавання перезволоженого ґрунту,

здатного до випинання, збільшується осідання фундаменту.

Усе сказане з цього приводу слід ураховувати, коли маємо справу з так

званим довгобудом. Тобто коли термін будівництва з якихсь причин розтягу-

ється на роки.

Стійкість фундаменту до дії дотичних сил випинання перевіряють за

формулою:

QNA

≤−

, (16.25)

де τ

– розрахункова питома дотична сила випинання, МПа, (за табл. 16.11); A –

456

площа бічної поверхні фундаменту в зоні розрахункової глибини промерзання,

; N – постійне навантаження, що діє на фундамент разом із вагою фундаменту

і ґрунту на його уступах, МН; γ

– коефіцієнт умов роботи, γ

=1; γ

– коефіцієнт

надійності для ґрунту, γ

=1,1; Q

– розрахункове значення сил тертя поверхні

фундаменту по ґрунту, МПа:

fifi

AfQ

, (16.26)

тут f

– розрахунковий опір талого ґрунту зрушенню по бічній поверхні в і-му

шарі: для глинистого ґрунту f

=0,02 МПа, а для піску f

=0,03 МПа; A

– площа

вертикальної поверхні зрушення в і-му шарі.

Улаштування фундаментів на ґрунтах, здатних до випинання, супрово-

джується такими заходами:

Заходи

Реалізація заходів

Інженерно-меліоративні

Поверхневе водовідведення, планування ділянки;

захист основи від зволоження; влаштування якіс-

ного вимощення; мінімальний об’єм розпушення

ґрунту; ретельне ущільнення ґрунту зворотного

засипання; влаштування глинистого замка.

Конструктивні

Правильне визначення глибини закладання фун-

даменту; зменшення поверхні змерзання шляхом

застосування пальових фундаментів з розширен-

ням (анкеруванням) у нижній частині; обсипання

фундаментів із боків піском, гравієм, шлаком;

улаштування фундаментів із похилими бічними

поверхнями; заміна ґрунту, схильного до випи-

нання, нижче від підошви фундаменту або рост-

верку.

Термічні або хімічні

Утеплення ґрунту; покриття бічної поверхні фун-

даменту бітумом, соляровим мастилом або полі-

мерною плівкою; просочування поверхні фунда-

менту водовідштовхуючими речовинами; викори-

стання хімічних речовин для зниження темпера-

тури замерзання ґрунту.

Таблиця 16.11. Розрахункові питомі дотичні сили випинання

Ґрунт, консистенція і ступінь його водонасичення

, МПа, при глибині се-

зонного промерзання

ґрунту, м

1 2

Глинисті при I

>0,5; піски дрібні і пилуваті при S

>0,95 0,13 0,11

Глинисті при 0,25≤I

≤0,50; піски дрібні та пилуваті 0,8<S

≤0,95;

великоуламкові з глинистим заповнювачем >30%

0,10

0,09

Глинисті з I

<0,25; піски дрібні й пилуваті 0,60≤S

≤0,80; а також

великоуламкові з глинистим заповнювачем від 10 до 30%

0,08

0,07

Фундаменти в умовах вічномерзлих ґрунтів. Вічномерзлими ґрунтами

вважають такі, які перебувають у мерзлому стані три і більше років. Потуж-

ність шару вічної мерзлоти коливається в широких межах – від кількох метрів

до кількох сотень метрів. Територію, де поширена вічна мерзлота, можна поді-

457

лити на три зони: суцільної мерзлоти, з ділянками талого ґрунту, з ділянками

вічної мерзлоти. Цікаво, що в долинах великих річок вічної мерзлоти навіть на

високих широтах немає або вона розташована на значній глибині.

На думку більшості учених вічна мерзлота є, з одного боку, наслідком

минулого холодного періоду на Землі, а з другого – результатом сучасного клі-

мату з довгою та суворою зимою, негативною середньорічною температурою,

що сприяє накопиченню і зберіганню холоду в товщі ґрунту.

Улітку верхній шар мерзлого ґрунту розморожується, а взимку знову за-

мерзає. Це так званий діяльний шар. Товщина його, залежно від географічної

широти, коливається від 0,2 до 4 м. Виділяють два типи вічної мерзлоти: злиту

з сезонною і незлиту.

Підземні води в районах вічної мерзлоти мають своєрідний режим, зумо-

влений особливостями їх розміщення. М. І. Товстихін виділив надмерзлотні,

міжмерзлотні й підмерзлотні води.

Можливі три стани вічномерзлого ґрунту, які розрізняються за реологіч-

ними властивостями та ступенями цементації мінеральних частинок льодом. Це

твердомерзлі, пластичномерзлі і сипучомерзлі. Твердомерзлі – це дуже міцні

породи, в яких вода є лише у вигляді льоду, що цементує мінеральні частинки.

Тимчасовий опір стисненню твердомерзлих глин становить 2-5 МПа, а твердо-

мерзлих пісків – навіть 7-15 МПа (коефіцієнт стисливості

<0,01 МПа

-1

). Тве-

рдомерзлий стан ґрунту можливий, коли температура його нижча за такі зна-

чення: для великоуламкового ґрунту – 0°С; піску крупного та середньої круп-

ності – 0,1°С; піску дрібного й пилуватого – 0,3°С; супіску – 0,6°С; суглинку –

1°С; глини – 1,5°С. Основи таких ґрунтів розраховують за міцністю. Пластич-

номерзлі ґрунти – це ґрунти, температура яких знаходиться в межах від початку

промерзання до тих величин, які є граничними для твердомерзлого ґрунту. Час-

тина води в них є рідиною. Ґрунт має в’язкі властивості (m≥0,01 МПа

-1

), тому

основи з пластичномерзлого ґрунту розраховують як за міцністю, так і за де-

формаціями. Сипучомерзлий ґрунт – це здебільшого пісок, загальна вологість

якого дуже мала (W≤0,03), а мінеральні частинки такого ґрунту не зцементовані

льодом. Основу з таких ґрунтів розраховують як звичайну.

Для вічномерзлих ґрунтів визначають своєрідні показники, які відрізня-

ються від тих, що характеризують талий ґрунт. Так, у зв’язку з різними станами

води в ґрунті та формою включень льоду встановлюють загальну (сумарну) во-

логість:

itot

WWWW

++=

, (16.27)

де W

, W

– вологість відповідно мерзлого ґрунту за рахунок льодових

включень, порової води у мерзлому стані, талої води.

Сумарна льодистість

)W,W(

wtotsi

10++

ρρ

, (16.28)

де ρ

, ρ

=0,9 т/м

– щільність відповідно частинок ґрунту і льоду.

Ступінь заповнення пор незамерзлою водою та льодом

458

wrf

swic

)WW,(

, (16.28)

де ρ

– щільність води, т/м

; e

– коефіцієнт пористості мерзлого ґрунту.

Будова вічномерзлого ґрунту характеризується масивною, шаруватою або

сітчастою текстурою. Вони значною мірою представлені мулами, супісками,

суглинками й глинами, іноді торфами і заторфованими ґрунтами. Після відта-

вання такі ґрунти перетворюються на розріджену масу. Тимчасовий опір стис-

нення такої маси значно падає. Це стосується нескельних ґрунтів. Щодо скель-

них та сипучомерзлих ґрунтів, то вони після відтавання не змінюють своїх вла-

стивостей.

Для визначення характеристик деформативності вічномерзлого ґрунту

при відтаванні його випробовують у компресійному приладі, який сконструйо-

вано так, щоб стиснення можна було вести й при мінусовій температурі. Споча-

тку зразок у мерзлому стані завантажують і після стабілізації деформації фік-

сують висоту зразка h

. Далі штамп підігрівають до повного відтавання зразка і

встановлюють висоту талого ґрунту h

. Використовуючи ці відомості, можна

встановити коефіцієнт відносної просадочності мерзлого ґрунту при відтаванні

thf

−

. (16.30)

При промерзанні та відтаванні діяльного шару виникають специфічні

явища, які впливають на умови будівництва об’єктів. До таких явищ можна ві-

днести морозне випинання ґрунту, утворення ґрунтових і річкових полоїв, льо-

дових горбів, течію ґрунту й т. ін.

Морозне випинання, як і в сезонно-мерзлому ґрунті, притаманне глинис-

тим породам, які дуже зволожені. Про розвиток цього явища йшлося вище.

Полої утворюються в місцях, де підземна вода, найчастіше міжмерзлотна,

має напірний характер. У слабкому місці шар ґрунту проривається і вода виті-

кає на поверхню, де швидко промерзає, утворюючи крижані поля. Часто підзе-

мні води прориваються в бік підвалів будівель та споруд або в підземні комуні-

кації. Річкові полої виникають у разі прориву води крізь кригу в руслі. Це час-

тіше трапляється під мостами, де лід тонший. Наростання висоти льоду може

порушити конструкцію мосту. Висота річкових полоїв досягає 4 м.

Льодові горби (булгуняхи), або гідролаколіти, утворюються якщо вода,

що рухається по щілинах у ґрунті, не може пробитися на поверхню й, замерза-

ючи, підіймає шари ґрунту. Іноді розміри у перерізі таких горбів досягають

80 м, а висота 10...30 м. Ознакою льодового походження горба є наявність так

званого “п’яного лісу”. У періоди потепління лід у бугрі розтає і на його місці

утворюється порожнина. З часом склепіння порожнини провалюється й виникає

вирва. Це явище має назву термокарст.

Течія ґрунту (соліфлюкція) виявляється у вигляді сповзання ґрунту після

відтавання вниз по схилах, які складено породами, здатними до випинання або

з великою вологістю. Внаслідок цього на схилах залишається тільки каміння.

Залежно від конструктивних та технологічних особливостей будівель і

споруд, інженерно-геологічних умов та можливості змінювання властивостей

459

основ для фундаментів будівель, приймають один із двох принципів будівницт-

ва на вічномерзлих ґрунтах. Перший принцип, полягає в тому, що проектування

й будівництво будівель та споруд ведеться за умови, що ґрунти основи зали-

шаються мерзлими як під час будівництва, так і в процесі експлуатації. За дру-

гим принципом вважають, що ґрунти основи обов’язково набудуть талого стану

в період будівництва чи потім, у процесі експлуатації будівель та споруд. На

кожній будівельній ділянці можливе використання лише одного принципу бу-

дівництва.

Будівництво за першим принципом проводиться з урахуванням таких за-

гальних рекомендацій:

- улаштування фундаментів, які б зменшували теплопередачу в ґрунт;

здебільшого такими фундаментами є окремі або пальові;

- обпирання печей і труб на окремі фундаменти з провітрюванням прос-

тору між ними;

- використання для влаштування фундаментів малотеплопровідних мате-

ріалів;

- прокладання в тілі фундаментів теплоізолюючих матеріалів, а під фун-

даментами – настилання дерев’яних брусів або ростверків;

- улаштування водонепроникних підлог у будівлях і спорудах із мокрим

технологічним процесом;

- захист основи від поверхневої води;

- заглиблення фундаментів нижче від розрахункової глибини сезонного

відтавання, визначеної з урахуванням теплового впливу будівлі, м.

У таблиці 16.12 наведено рекомендації щодо можливих варіантів конс-

труктивних рішень.

Таким чином, перший принцип будівництва найдоцільніше використову-

вати при спорудженні опалюваних та неопалюваних будівель і споруд, в основі

яких залягають твердомерзлі піщані й глинисті ґрунти. Перевагу слід віддавати

окремим фундаментам неглибокого закладання та пальовим.

Розрахунок фундаментів за першим принципом уключає визначення не-

сучої здатності мерзлої основи:

)ARRA(F

i.coni.con

Σγ

, (16.31)

де γ

– коефіцієнт умов роботи основи залежно від конструкції фундаменту,

=1...1,2; n – кількість шарів вічномерзлого ґрунту; R – розрахунковий опір ме-

рзлого ґрунту під підошвою фундаменту залежно від температури мерзлого

ґрунту, МПа; A – площа підошви фундаменту або перерізу палі, м

; R

con.i

– роз-

рахунковий опір мерзлого ґрунту по поверхні замерзання залежно від темпера-

тури і-го шару вічномерзлого ґрунту, МПа; A

con.i

– площа поверхні змерзання і-

го шару вічномерзлого ґрунту з бічною поверхнею палі або фундаменту, м

Таблиця 16.12. Варіанти збереження вічномерзлого ґрунту в основі будівель

Схема заходу

Реалізація заходу