Мерзлые грунты широко распространены на территории нашей страны. Возведение зданий и сооружений на таких грунтах имеет ряд особенностей, без учета которых в короткие сроки могут возникнуть недопустимые деформации, приводящие к разрушению сооружения.
Освоение новых территорий страны, особенно Сибири и Севера, требует изучения и разработки методик строительства на мерзлых грунтах.
Мерзлыми грунтами называют такие почвы и грунты, которые имеют нулевую или отрицательную температуру и часть замерзшей воды, цементирующей твердые частицы. Такие грунты обладают достаточно высокой прочностью при отрицательных температурах, но при возведении на них зданий с положительной температурой внутри, тепло начинает выделяться и протаивать часть грунтов, превращая их в разжиженную массу. Вследствие неравномерных осадок фундаментов появляются трещины, приводящие к постепенному разрушению сооружения. Еще одной основной причиной деформации зданий, возводимых на мерзлых грунтах, является пучение грунтов при их промерзании, в результате которого может произойти выпучивание фундамента здания.
Для нормальной эксплуатации и долговечности здания, возводимого на мерзлых грунтах, необходимо правильно выбрать метод строительства и ряд мероприятий, учитывающих свойства грунтов основания. Чтобы обоснованно выбрать метод строительства, требуется точная информация об инженерно-геологических и гидрогеологических условиях территории, задействованной в строительстве, и свойствах грунтов основания.
К основным особенностям инженерно-геологических изысканий на территории мерзлых грунтов относится обязательное изучение температурного режима грунтов на достаточной глубине, исследование физико-геологических процессов промерзания и протаивания, а также исследование механических свойств мерзлых и оттаивающих грунтов.
На сегодняшний день используют три основных метода строительства на мерзлых грунтах:
- метод сохранения мерзлого состояния грунтов;
- метод учета постепенного оттаивания грунтов;
- метод предпостроечного оттаивания.
Метод сохранения мерзлого состояния грунтов основания целесообразно применять при большой мощности мерзлых грунтов; достаточно устойчивом температурном режиме; в зданиях, отапливаемых до обычной комнатной температуры, не занимающих большой площади в плане. Для реализации такого метода строительства чаще всего используют проветриваемые подполья и современные теплоизоляционные материалы. Проветриваемое подполье представляет собой специальную конструкцию цоколя здания. Такое здание возводится на отдельных опорах, таким образом, чтобы между верхом подполья и грунтом находилось проветриваемое зимой воздушное пространство.
Метод приспособления конструкции фундамента и сооружения к неравномерной осадке грунтов основания используют при неустойчивом температурном режиме мерзлых грунтов, большом количестве тепла, выделяемого зданием, и небольших осадках грунта при оттаивании. Для использования этого метода необходимо учитывать характеристики сжимаемости оттаивающих грунтов, для оценки неравномерности осадки. Такой метод не часто применяется на практике.
Метод предварительного предпостроечного оттаивания мало разработан и может применяться только при малой мощности мерзлых грунтов под подошвой фундамента, а также в случае невозможности использования вышеперечисленных методов. При возведении зданий по этому методу следует предусматривать искусственное укрепление грунтов при оттаивании.
При возведении сооружений на мерзлых грунтах должны быть предусмотрены меры против их пучения, такие как осушение или отепление грунтов. Для непосредственной борьбы с выпучиванием фундаментов применяют следующие технологии:
- увеличение нагрузки на фундаменты и удельного давления на их боковую поверхность;
- использование специальных засыпок в котловане возле фундаментов;
- усиления заанкеривания фундаментов.
Большое распространение в последние годы при строительстве на мерзлых грунтах получило применение буронабивных свай. При устройстве свай по этой технологии не требуется предварительного оттаивания грунтов, достаточно буровой установкой просверлить отверстие в мерзлом грунте, установить арматурный каркас и залить бетоном специального состава с присадками, замедляющими процесс замерзания бетона.
Также имеет ряд особенностей устройство инженерных сетей. Они прокладываются либо на поверхности земли, либо под землей на большой глубине.
Не только проектирование и возведение зданий на мерзлых грунтах имеет свою специфику, но и вся дальнейшая их эксплуатация. Вопросы, связанные с таким строительством, требуют тщательного изучения, разработки новых и усовершенствования уже имеющихся технологий.