Система нормативных документов в строительстве

Территориальные строительные нормы Читинской области

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

ТСН 50-305-2004
Читинской области

Администрация Читинской области

г. Чита

2005

СОДЕРЖАНИЕ

Основания и фундаменты на мерзлых грунтах. ТСН 50-305-2004 Читинской области. - Якутск: Издательство Института мерзлотоведения СО РАН, 2004.

ПРЕДИСЛОВИЕ

РАЗРАБОТАНЫ Читинской лабораторией инженерной геокриологии Института мерзлотоведения им. акад. П.И. Мельникова СО РАН (ЧЛИГ ИМЗ СО РАН), г. Чита (д.т.н., проф. Д.М. Шестернёв - науч. рук., д.т.н., проф. П.И. Сальников - науч. рук., отв. исп.); кафедрой геокриологии Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва (В.Н. Зайцев, Д.Д. Шестернёв); Институтом природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (ИПРЭК СО РАН), г. Чита (С.Б. Татауров); Институтом строительства и экологии Читинского государственного университета (Ю.М. Кон), г. Чита; ЗАО «НП Читагражданпроект» (Ю.Е. Викулов, О.П. Никитина), г. Чита; Комитетом жилищно-коммунального хозяйства и строительства администрации Читинской области, г. Чита (С.Г. Трухин, Ю.Е. Царьков); Научно-техническим обществом (НТО) строителей Читинской области, г. Чита (В.Ф. Струкова).

ВНЕСЕНЫ Комитетом жилищно-коммунального хозяйства и строительства администрации Читинской области.

ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ в действие с 21.09.2004 г. Постановлением Администрации Читинской области от 21 09. 2004 г. № 172 - А/п.

ЗАРЕГИСТРИРОВАНЫ Департаментом строительства и ЖКХ Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации от 28 декабря 2004 г. № 10-1300/5.

Читинская лаборатория инженерной геокриологии Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова.

ВВЕДЕНИЕ

Территориальные строительные нормы «Основания и фундаменты на мерзлых грунтах» ТСН 50-305-2004 Читинской области разработаны по заданию Комитета жилищно-коммунального хозяйства и строительства Читинской области в развитие обязательных положений и требований СНиП 2.02.04 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».

Требования настоящего нормативного документа преследуют цель рационального проектирования зданий и сооружений с учетом региональных особенностей природно-климатических условий, систематизации, обобщения и анализа опыта проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений на многолетнемерзлых, пучинистых сезонноталых и сезонномерзлых грунтах Читинской области.

В основу нормативного документа положены работы ЧЛИГ ИМЗ СО РАН, кафедры геокриологии МГУ им. М.В. Ломоносова, ЗАО «НП Читагражданпроект», НТО строителей Читинской области.

Система нормативных документов в строительстве Территориальные строительные нормы Читинской области

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

BASEMENTS AND FOUNDATIONS ON FROZEN GROUNDS

Дата введения 21.09.2004

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Настоящие нормы распространяются на основания и фундаменты зданий и сооружений, возводимых на территории Читинской области в условиях распространения многолетнемерзлых, пучинистых сезонноталых и сезонномерзлых грунтов.

1.2. Настоящие нормы не распространяются на основания гидротехнических сооружений, земляного полотна автомобильных и железных дорог, аэродромных покрытий, опор мостов и фундаментов машин с динамическими нагрузками.

2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящих нормах использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции».

СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».

СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».

СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства. Общие положения».

СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства». Часть I. «Общие правила производства работ».

СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

ГОСТ 20276-99 «Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости».

ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация».

ГОСТ 26253-84 «Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов».

ГОСТ 27217-87 «Грунты. Метод полевого определения удельных касательных сил морозного пучения».

ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету».

ГОСТ 28622-90 «Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости».

3. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термины и определения, применяемые в настоящих нормах, приведены в Приложении А, обозначения параметров, применяемых в формулах, - в Приложении Б.

4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.2. Проектирование оснований и фундаментов должно выполняться в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01, СНиП 2.02.03, СНиП 2.02.04, СНиП II-22, СНиП 23-01, СНиП 52-01 с учетом настоящих норм.

4.3. Инженерно-геологические изыскания должны выполняться в соответствии с требованиями СНиП 11-02, СП 11-105. Грунты оснований в результатах изысканий и проектной документации следует именовать согласно ГОСТ 25100.

4.4. В зоне распространения многолетнемерзлых грунтов, температура которых изменяется в диапазоне от 0 до минус 0,2°С, погрешность измерения температуры не должна превышать ± 0,05°С.

4.5. При проведении инженерно-геологических изысканий для проектирования зданий и сооружений на склонах с узкими эрозионными промоинами, засыпанными техногенными грунтами, количество горных выработок должно быть увеличено в соответствии с количеством выявленных промоин на строительной площадке.

4.6. Характеристики строительных свойств грунтов, установленные в результате изысканий, проведенных более чем за 2 года до начала строительства, могут использоваться только для предварительных расчетов.

4.7. Мониторинг состояния оснований и фундаментов в период строительства, эксплуатации и реконструкции зданий и сооружений должен выполняться в объеме, указанном в СНиП 11-02, СП 11-105. Длительность мониторинга для зданий и сооружений I уровня ответственности должна составлять не менее 3 лет, II - не менее 2 лет и III - не менее 1 года с момента приемки в эксплуатацию.

5. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

5.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ПО ПРИНЦИПУ I

5.1.1. Принцип I в Читинской области следует применять в пределах территорий, где по данным местных метеостанций среднегодовые температуры воздуха ниже минус 4,0°С при:

- расчетной температуре для многолетнемерзлых песчаных грунтов меньше или равно минус 2,0°С (Т₀ ≤ - 2,0°С), для глинистых грунтов -Т₀ ≤ -3,0°С;

- наличии в основаниях твердомерзлых грунтов по ГОСТ 25100 и коэффициенте сжимаемости под нагрузкой δ ≤ 0,1 кПа^-1 по СНиП 2.02.04;

- наличии пластичномерзлых грунтов и δ > 0,1 кПа^-1 необходимо предусматривать мероприятия по понижению температуры и учитывать пластические деформации грунтов под нагрузкой согласно СНиП 2.02.04.

5.1.2. При использовании многолетнемерзлых грунтов по Принципу I конструкции фундаментов по СНиП II-22 и СНиП 52-01 должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к материалам фундаментов по прочности, а элементы фундаментов, находящиеся в грунтах на глубинах меньше глубин распространения годовых колебаний температур и выше дневной поверхности грунтов, - требованиям по морозостойкости и устойчивости к воздействию агрессивных сред. Металлические и деревянные конструкции должны быть защищены от коррозии и гниения.

5.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИИ ПО ПРИНЦИПУ II

5.2.1. Для уменьшения деформаций оттаивающих многолетнемерзлых грунтов оснований необходимо применять предварительное (до возведения здания) оттаивание, в случае необходимости - оттаивание с последующим уплотнением или закреплением оттаявшего грунта.

5.2.2. Выбор способа и метода предварительного оттаивания многолетнемерзлых грунтов оснований производится согласно СНиП 2.02.04.

5.2.3. Применение Принципа II при оттаивании многолетнемерзлых грунтов оснований в период эксплуатации зданий и сооружений допускается, если предельная нагрузка на оттаивающее основание не превышает значений его расчетного сопротивления и производится при:

- непрерывном и равномерном оттаивании на расчетную глубину оснований, сложенных грунтами с массивными криогенными текстурами и расчетной температурой Т₀, изменяющейся от 0 до минус 2,0°С;

- несплошном распространении многолетнемерзлых грунтов;

- неравномерной глубине залегания верхней границы многолетнемерзлых грунтов.

5.2.4. На просадочных при оттаивании многолетнемерзлых грунтах необходимо предусматривать специальные мероприятия по уменьшению неравномерных деформаций основания или приспособлению несущих конструкций здания к восприятию неравномерных деформаций основания. Выбор одного или сочетания этих мероприятий производится на основании результатов расчетов системы «оттаивающее основание - фундамент - надфундаментные конструкции».

5.2.5. В процессе формирования чаши оттаивания наибольшая глубина оттаивания основания и осадка фундамента наблюдается под серединой и южной стороной здания. Для уменьшения неравномерности глубины оттаивания грунтов основания под фундаментом следует предусматривать:

- подбор толщины теплоизоляции на основе теплотехнического расчета и укладку ее на грунт, покрытый гидроизоляционным материалом, под полом подвала или технического подполья, а при их отсутствии - под полом первого этажа;

- устройство обогреваемого трубопровода по периметру наружных фундаментов под отмосткой;

- уменьшение глубины чаши оттаивания посредством применения двухфазных стабилизаторов, охладительных вентиляционных устройств.

5.2.6. Приспособление конструкций зданий к восприятию неравномерных деформаций осуществляется согласно СНиП 2.02.04.

5.2.7. Предельные деформации выгиба предотвращаются при помощи горизонтальных поясов внизу и вверху стен подвала, на уровне чердачного перекрытия, путем обеспечения устойчивости конструкций, испытывающих воздействие напряжений сдвига в стенах подвала, простенках первого и последнего этажей.

5.2.8. При неравномерности осадок оттаивающих оснований больше предельных значений по СНиП 2.02.01 следует повышать жесткость элементов цокольно-фундаментной части поперек здания путем применения монолитных или сборно-монолитных фундаментов (предпочтительно в виде перекрестных лент), исключить или максимально уменьшить количество проемов в стенах подземной и цокольной частей здания.

При монолитных фундаментах железобетонные пояса устраиваются в их нижней части, при сборных - по верху фундаментных плит.

5.2.9. Приспособление конструкций зданий к восприятию неравномерных деформаций оснований осуществляется путем разрезки осадочными швами на самостоятельные замкнутые отсеки. Устройство осадочных швов производится в ожидаемых местах наиболее резкого перепада осадок оттаивающих грунтов оснований. Если различие значений осадок не превышает 5 %, осадочными швами отделяются торцевые секции зданий, а рядовые секции объединяются в осадочные секции большей длины. Размеры швов назначаются с учетом крена зданий, но не менее 10 см, с прибавлением по 2 см на каждый этаж выше первого.

5.2.10. Обеспечение прочности и общей пространственной жесткости достигается благодаря следующим мероприятиям:

- Размещение подвалов или подполий под всем периметром здания; размещением поперечных стен на всю ширину здания; равномерное и симметричное расположение стен в плане, простенков и проемов в плане и по высоте стен; расположением оконных проемов в лестничных клетках на одном уровне с окнами жилых комнат; взаимным смещением осей дверных проемов в стенах, подвалах и наземной части не менее ширины двух проемов.

- В бескаркасных и многоэтажных каркасных зданиях при ширине не более 12 м предусматривается разрезка зданий на замкнутые отсеки осадочными швами. Жесткой конструктивной схемой для отсека бескаркасного здания являются поперечные и продольные несущие стены с перекрытиями, опертыми по контуру.

- В бескаркасных зданиях продольные и поперечные стены отсека необходимо объединять между собой перекрытиями в единую пространственную систему; в кирпичных зданиях должны предусматриваться перевязка продольных и поперечных стен, горизонтальное армирование их пересечений и углов, а также анкеровка перекрытий и покрытий в стены.

- Для обеспечения прочности кирпичных стен, воспринимающих дополнительные нагрузки при неравномерных осадках грунтов оснований, необходимо устраивать поэтажные горизонтальные армокаменные, сборно-монолитные или монолитные железобетонные пояса, укладываемые по всем продольным и поперечным стенам на уровне надпроемных перемычек или перекрытий.

- Простенки кирпичных стен должны иметь горизонтальное, а в случае необходимости и вертикальное армирование, размещаемое в углах и пересечениях стен в виде непрерывных связей от фундамента до карниза.

- В крупнопанельных зданиях продольные и поперечные стены соединяются по вертикальным стыкам связями, панели стен в своей плоскости объединяются непрерывными горизонтальными и вертикальными арматурными связями. Сборные элементы перекрытий объединяются между собой в жесткий единый диск с помощью шпоночных связей по стыкуемым граням. Все стыки замоноличиваются тяжелым бетоном класса В15.

- В стенах толщиной 51 см и более железобетонные пояса предусматриваются в средней части толщины стены. Пояса во всех продольных и поперечных стенах образуют единую замкнутую, перекрестную систему, пересечения поясов армируются как узлы горизонтальной рамы. Во избежание появления конденсата на внутренней поверхности стен ширина железобетонных поясов в наружных стенах должна быть на 12…20 см меньше толщины стены.

- Плиты перекрытий связываются с армированными поясами стен шпоночными соединениями с помощью закладки деталей плит и поясов или заделкой в пояса специальных арматурных каркасов, установленных в швах перекрытий, которые могут выполняться уширенными. Плиты перекрытий, опирающиеся на внутреннюю стену, необходимо связывать между собой сваркой закладных деталей.

- Не допускается ослабление стен встроенным оборудованием и вертикальными штрабами.

5.2.11. Фундаменты отсеков бескаркасных зданий следует выполнять из перекрестных лент, в виде ребристой или коробчатой плиты, монолитными или сборно-монолитными. При выполнении стен подземной части здания из крупных блоков обеспечивается перевязка кладки в каждом ряду, а также во всех углах и пересечениях. Глубина перевязки блоков должна составлять не менее трети их высоты. Фундаментные стены из блоков понизу и поверху следует объединять монолитными железобетонными поясами. Сечение арматуры поясов назначается по расчету. Аналогично назначается рабочее армирование вверху и внизу монолитных фундаментов. Для восприятия горизонтальных сдвигающих сил в стенах подвала необходимо устраивать монолитные железобетонные шпонки шириной не менее 25 см, с шагом не более 5 м, соединяющие верхний и нижний армированные пояса.

5.2.12. Если в прогнозируемой суммарной осадке оттаивающих грунтов преобладает осадка уплотнения основания массой здания, необходимо применять плитные фундаменты; если преобладают осадки за счет вытаивания льда, следует использовать фундаменты в виде перекрестных лент с уменьшенной площадью опирания на грунт.

5.2.13. Отсеки многоэтажных каркасных зданий проектируются по связевой или рамно-связевой системам с поперечными и продольными вертикальными рядами связей и диафрагмами жесткости. Связи или диафрагмы в плане располагаются симметрично и на всю высоту здания.

5.2.14. Жесткость и устойчивость конструкций отсека многоэтажного каркасного здания обеспечивается в связевой схеме системой вертикальных рядов продольных и поперечных связей, объединенных со стойками и ригелями в единую пространственную систему сборно-монолитными перекрытиями, а в рамно-связевой системе, кроме того, - жесткими рамными узлами элементов каркаса в обоих направлениях.

5.2.15. Крупнопанельные здания проектируются по следующей конструктивной схеме:

- с несущими поперечными и продольными стенами при узком шаге поперечных стен (не более 3,6 м) и перекрытиями размером на комнату;

- с навесными наружными стенами, одной или двумя продольными несущими стенами и несущими поперечными стенами;

- с несущими продольными стенами и поперечными диафрагмами жесткости, расположенными не реже чем через 12 м, в этом случае необходимо предусмотреть частое (не реже 3,6 м) расположение жестких стен подвала.

5.2.16. Повышение гибкости здания достигается с помощью шарнирных узловых сопряжений, допускающих взаимное смещение конструктивных элементов без нарушения их эксплуатационной пригодности.

5.2.17. Изменение свойств оттаивающих грунтов оснований в продольном и поперечном направлениях учитывается с использованием пространственной расчетной модели основания с дискретным описанием свойств грунтов.

5.2.18. Неравномерность давлений фундаментов на грунт во времени учитывается с использованием упругой расчетной модели основания, отражающей: нелинейную связь между деформациями и нагрузками; различие значений деформационных свойств грунтов оснований при нагружении и разгрузке; несущую способность основания.

5.2.19. При расчете усилий и деформаций, вызванных в конструкциях зданий неравномерной осадкой фундаментов на многолетнемерзлых оттаивающих грунтах основания, последние представляются в виде искривленного неравномерно сжимаемого основания с переменными во времени и плане здания геометрическими параметрами и параметрами жесткости.

5.2.20. При использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований по Принципу II, с допущением их оттаивания в период эксплуатации, необходимо применять следующие основные конструктивные схемы фундаментов:

- для зданий с жесткой конструктивной схемой, возводимых на оттаивающих грунтах, - усиленные армопоясами ленточные фундаменты, в том числе в виде жестких перекрестных лент, воспринимающих и перераспределяющих усилия, вызванные неравномерной осадкой оттаивающего основания, а в необходимых случаях - плитные фундаменты;

- для сооружений с гибкой конструктивной схемой - столбчатые и отдельно стоящие фундаменты под колонны, гибкие ленточные фундаменты, а в необходимых случаях - свайные фундаменты, с обоснованием их устойчивости и экономичности.

5.3. КОНТРОЛЬ НАД СОХРАНЕНИЕМ ПРОЕКТНОГО РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ПОСТРОЕННЫХ НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

5.3.1. Устойчивость оснований и фундаментов зданий в период их строительства и эксплуатации осуществляется путем выполнения организационно-технических мероприятий, направленных на предотвращение, своевременное выявление и устранение отклонений от проектного режима эксплуатации зданий, контроля над состоянием возводимых зданий, контроля над изменениями температурного режима грунтов оснований и режимом поверхностных и подземных вод согласно [1].

5.3.2. Устройство и оборудование наблюдательной инженерно-геодезической сети - невыпучивающихся реперов, деформационных марок, сети для контроля изменений температур грунтов оснований, наблюдений над состоянием грунтов оснований и перемещением фундаментов в период строительства до момента сдачи объекта в эксплуатацию и другие мероприятия, предусмотренные проектом, выполняются строительной организацией и под авторским надзором.

5.3.3. Наблюдения за состоянием грунтов основания и контроль обеспечения проектного режима эксплуатации здания осуществляется эксплуатирующей организацией.

5.3.4. Соблюдение требований, изложенных в специальных мероприятиях проекта, возлагаются на организации и лица, ответственные за строительство и эксплуатацию здания.

5.3.5. Проведение наблюдений за сохранением проектного режима эксплуатации зданий и санитарно-технических сетей, построенных на многолетнемерзлых грунтах, выполняется:

- по Принципу I - в течение всего периода эксплуатации зданий;

- по Принципу II:

а) с допущением оттаивания в период строительства и эксплуатации - в течение срока формирования чаши оттаивания (ориентировочно 5 - 10 лет);

б) с предпостроечным оттаиванием - в течение 3 - 5 лет.

6. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА ПУЧИНИСТЫХ СЕЗОННОТАЛЫХ И СЕЗОННОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

6.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПУЧИНИСТЫХ СЕЗОННОТАЛЫХ И СЕЗОННОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

6.1.1. Пучинистые грунты по значению относительной деформации сезонноталого ε_th, и сезонномерзлого ε_fn слоев грунта подразделяются по степени пучинистости на разновидности согласно Приложению В.

6.1.2. Для проектирования оснований и фундаментов зданий, возводимых на пучинистых сезонноталых и сезонномерзлых грунтах, основными характеристиками являются:

- среднегодовые и среднемноголетние расчетные значения выпадающих осадков за теплый период года, температуры поверхности грунтов за теплые и холодные периоды года, длительность теплых (летних) и холодных (зимних) периодов года в сутках или часах, определяемые по данным местных метеостанций с учетом уровня ответственности зданий;

- мощность сезонноталого слоя и мощность сезонномерзлого слоя грунтов, определяемые при проведении инженерно-геологических изысканий согласно СП 11-105 или вычисляемые по СНиП 2.02.04;

- значения удельных касательных сил морозного пучения определяются экспериментально, допускается определение их по СНиП 2.02.04 и ГОСТ 27217-87.

6.1.3. Переход от значений морозного пучения грунтов в течение годичного цикла оттаивания-промерзания к средним многолетним расчетным значениям с учетом установленной цикличности изменений основных климатических параметров в Читинской области для различных уровней ответственности зданий:

I уровень - 100 лет(обеспеченность 2 %);

II уровень - 50 лет (обеспеченность 2 %);

III уровень - 20 лет (обеспеченность 5 %) осуществляется с применением коэффициента γ_в, учитывающего изменение температурно-влажностного режима:

,                                                                 (6.1)

где Q^р - расчетное количество дождевых осадков за теплые периоды, предшествующие многолетним циклам промерзания, мм;

 - расчетные температуры поверхности грунта за теплые и холодные периоды многолетних циклов: теплые периоды предшествуют промерзанию, холодные следуют за теплыми, градусосутки;

Q - количество осадков за теплый период, предшествующий одногодичному циклу промерзания, мм;

t_m, t_x - температура поверхности грунта за теплый и холодный периоды одногодичного цикла: теплого периода, предшествующего промерзанию, холодного - в период промерзания, градусосутки;

γ_n - коэффициент надежности по ответственности зданий и сооружений принимается равным 1,0; 0,95 и 0,9 соответственно для зданий и сооружений I, II и III уровней ответственности.

Расчетные значения Q^p,  вычисляются по данным непрерывных наблюдений за необходимый для проектирования цикл изменения параметров, но не менее 20 лет, полученных на ближайшей метеостанции, находящейся в аналогичных физико-географических условиях с участком строительства здания или согласно Приложению Д.

Q^р, t_m и t_x определяются по данным одногодичных наблюдений также на ближайшей метеостанции, находящейся в аналогичных физико-географических условиях с участком строительства здания.

6.1.4. Расчетные значения вертикальных перемещений поверхности грунта h_f,в с учетом уровня ответственности зданий вычисляются по формуле:

h_f,в = h_fγ_в                                                                                     (6.2)

6.1.5. Нормативная глубина сезонного оттаивания (d_th.nв) и сезонного промерзания (d_f.nв) грунта с учетом уровня ответственности зданий вычисляется согласно СНиП 2.02.04 с применением коэффициента γ_в:

d_th.nв = d_th.n γ_в;                                                                             (6.3)

d_f,nв = d_fnу_в                                                                                  (6.4)

6.1.6. Расчетные значения относительных деформаций морозного пучения грунтов с учетом уровня ответственности зданий вычисляются по формулам:

сезонноталый грунт:

ε_th.в = h_fв /d_tn.nв;                                                                                 (6.5)

сезонномерзлый грунт:

ε_fn.в = h_f.в /d_f.nв.                                                                                 (6.6)

6.1.7. Расчетные удельные касательные силы морозного пучения τ_fh, с учетом степени пучинистости грунтов и уровня ответственности зданий определяются по Приложению Д.

6.2. ФУНДАМЕНТЫ ЗДАНИЙ, ЗАГЛУБЛЕННЫЕ В ПУЧИНИСТЫЕ СЕЗОННОТАЛЫЕ И СЕЗОННОМЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ

6.2.1. По конструктивной схеме фундаменты, заглубленные в пучинистые грунты, могут быть: ленточными, располагаемыми по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн; столбчатыми, устраиваемыми под отдельно стоящие опоры; сплошными, представляющими собой монолитную плиту; свайные.

6.2.2. Глубина заложения фундаментов принимается:

- с учетом недопущения промерзания и пучения грунтов под подошвой фундаментов и воздействия касательных сил пучения на наружные боковые поверхности наружных фундаментов (отапливаемые здания) и на боковые поверхности наружных и внутренних фундаментов (неотапливаемые здания);

- для отапливаемых зданий под наружные стены равной расчетной глубине сезонного промерзания и оттаивания (d_f, d_th), определяемой с учетом степени ответственности зданий и влияния теплового режима здания, а для внутренних фундаментов - независимо от глубины сезоннопромерзающих и оттаивающих грунтов;

- для неотапливаемых зданий под наружные и внутренние стены равной расчетной глубине сезонномерзлых и сезонноталых грунтов, при этом глубина исчисляется: при отсутствии подвала или технического подполья от уровня планировки, а при их наличии - от пола подвала или технического подполья.

6.2.3. В период строительства зданий на пучинистых основаниях не допускается их увлажнение, а также промораживание.

6.2.4. Расчет оснований и фундаментов на воздействие сил морозного пучения грунтов производится по первому предельному состоянию (по устойчивости и прочности) как для условий эксплуатации здания, так и для условий строительства, если до передачи на фундаменты проектных нагрузок возможно промерзание грунтов слоя сезонного оттаивания и слоя сезонномерзлых грунтов. При необходимости в проекте должны быть предусмотрены мероприятия по предотвращению выпучивания фундаментов в период строительства.

6.2.5. Расчет фундаментов на выпучивание производится из условия когда:

- нагрузка от здания на пучинистый грунт превышает или равна расчетным касательным силам пучения:

сезонноталый грунт:

τ_fhA_th ≤ Fη;                                                                             (6.7)

сезонномерзлый грунт:

τ_fhA_fh ≤ Fη,                                                                             (6.8)

где τ_fh, - расчетная удельная касательная сила пучения промерзающего грунта (кПа), принимаемая согласно Приложению Д;

A_th, A_fh - соответственно площади боковой поверхности смерзания фундамента в пределах расчетной глубины сезонного оттаивания и промерзания грунта, м²;

F - расчетная нагрузка на подошву фундамента, кН;

η - коэффициент сочетания нагрузок и воздействий, принимаемый равным 0,9.

Глубина заложения фундамента принимается не менее расчетной глубины сезонного оттаивания и промерзания грунта.

- нагрузка от здания на пучинистый грунт меньше расчетных касательных сил пучения сезонномерзлого грунта - τ_fhA_fh > Fη. Предотвращение выпучивания фундамента достигается его заложением ниже расчетной глубины сезонного промерзания на величину:

                                (6.9)

где d_f - расчетная глубина сезонного промерзания грунта, м;

u₁, и₂ - соответственно длины боковых поверхностей смерзания фундамента в пределах расчетной глубины сезонного промерзания грунта и трения фундамента в талом грунте;

f_mi - расчетное сопротивление i-гo слоя талого грунта сдвигу по боковой поверхности фундамента (кПа), принимаемое в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03;

γ_с - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;

γ_n - коэффициент надежности по ответственности здания, принимаемый равным для I, II и III соответственно 1,2; 0,95 и 0,80;

- нагрузка от здания на пучинистый грунт меньше расчетных касательных сил пучения сезонноталого грунта - τ_fhA_th > Fη. В целях предотвращения выпучивания фундамента его следует заглублять (заанкеривать) в слое многолетнемерзлого грунта на величину h_м, которая определяется по формуле:

                               (6.10)

где u₁ и u₂ - соответственно длины боковых поверхностей смерзания фундамента в пределах расчетной глубины сезонного оттаивания и многолетнемерзлого грунта;

R_af,i - расчетное сопротивление i-го слоя многолетнемерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания (кПа), принимаемое по СНиП 2.02.04.

6.2.6. Заанкеренный столбчатый или свайный фундаменты должны быть проверены на разрывающее усилие, которое определяется по формуле:

F_fh = τ_fhА_fh- Fη,                                                                      (6.11)

где А_fh, - площадь боковой поверхности смерзания фундамента в пределах расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания грунта, м.

6.3. ФУНДАМЕНТЫ ЗДАНИЙ, НЕЗАГЛУБЛЕННЫЕ В ПУЧИНИСТЫЕ СЕЗОННОТАЛЫЕ И СЕЗОННОМЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ

6.3.1. Незаглубленные фундаменты устраиваются на дневной поверхности пучинистого грунта или на подсыпке из непучинистого материала. Они могут выполняться из монолитных (сборно-монолитных) параллельных или перекрещивающихся лент и плит.

6.3.2. Незаглубленные малонагруженные фундаменты могут применяться для зданий II и III уровня ответственности, высотой до двух этажей с небольшими размерами в плане при практически непучинистых и слабопучинистых грунтах, и одноэтажных при средне- и сильно-пучинистых грунтах.

6.3.3. Отличительными особенностями незаглубленньгх фундаментов от фундаментов заглубленных и свайных являются:

- сохранение природного состояния и сплошности массива грунтов оснований, а также режима грунтовых и надмерзлотньгх вод;

- исключение воздействия на фундаменты касательных сил морозного пучения;

- уменьшение неравномерностей перемещений поверхности пучинистого грунта в результате особенностей напряженно-деформированного состояния промерзающего массива грунта в условиях глубокого сезонного оттаивания и сезонного промерзания грунта, достигающего 5 - 6 м;

- повышение эксплуатационной надежности зданий;

- уменьшение расхода материалов, трудовых затрат и стоимости строительства;

- увеличение в течение года периода времени, допускающего производство работ по устройству фундаментов.

6.3.4. Незаглубленный фундамент рассчитывается с учетом совместной работы системы «основание - сооружение». Расчет незаглубленного ленточного фундамента, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой, рекомендуется осуществлять на основе метода, изложенного в [2] и приведенного в Приложении Е.

6.3.5. В связи с неравномерными деформациями пучинистых грунтов, при оттаивании следует производить расчет оснований по деформациям по относительной неравномерности осадки:

ΔS/L < (ΔS/L)_u, или i ≤ i_u                                                      (6.12)

где Δ S/L , i - относительная неравномерность осадки и крен, определяемые расчетом;

(ΔS/L)_u, i_u, - предельные относительная неравномерность осадки и крен по СНиП 2.02.01.

При расчете незаглубленных фундаментов на подсыпках следует учитывать, что каждые 10 см подсыпки уменьшают относительную неравномерность осадки на 0,0003.

6.3.6. При расчете фундаментов на сезонно-талых грунтах и использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований зданий по Принципу II необходимо учитывать относительную неравномерность осадок оттаивающих многолетнемерзлых оснований.

6.3.7. После проверки устойчивости здания по относительной неравномерности осадки производится расчет на прочность элементов системы «фундамент - стена здания» по СНиП II-22 и по СНиП 52-01.

6.4. УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ НЕЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РАБОТ

6.4.1. Незаглубленный фундамент может устраиваться на поверхности грунта или на подсыпке.

6.4.2. Перед устройством незаглубленного фундамента на поверхности грунта поверхность основания должна быть выровнена слоем уплотненного песка крупного или средней крупности, горизонтально спланированного. Толщина песчаного слоя зависит от неровностей и уклона поверхности грунта при минимальной величине 5-10 см. Песчаный слой может выполняться в виде полосы под фундаментом или под всем зданием и уплотняется.

6.4.3. Устройство фундаментов на пучинистых основаниях с применением подсыпки производится:

- на практически непучинистых и слабопучинистых грунтах с использованием слоя толщиной 50 см, состоящего из песка с коэффициентом пористости е ≤ 0,7, или глинистого грунта с показателем текучести I_L < 0,25 по ГОСТ 25100 - монолитный фундамент устраивается на бетонной подготовке толщиной 10 см из бетона класса В35, уложенного на уплотненный слой песка; или глинистый слой подсыпки; сборный фундамент - на уплотненном слое песка;

- на средне- и сильнопучинистых грунтах; подсыпка осуществляется после уплотнения пучинистого грунта (путем укатки, уплотнения, втрамбования в поверхность грунта гравия, щебня, камней, осушения и др.). Мощность подсыпки под фундамент определяют согласно выполненному расчету.

6.4.4. Поверхностное уплотнение пучинистых грунтов применяется при степени влажности S_r < 0,7 и производится, в целях увеличения их плотности, гладкими и кулачковыми трамбовками, виброплитами, легкими и тяжелыми трамбовками, другими механизмами и транспортными средствами.

При коэффициенте водонасыщения уплотненного грунта, изменяющегося в пределах 0,7 > S_r > 0,6, уплотненной принимается толща грунта плотностью ρ_d = 16,0, кН/м³ до глубины 25 - 30 см; при S_r < 0,6 уплотненной принимается толща грунта, если для аналогичной глубины ρ_d = 17,5 кН/м³.

Качество работ по поверхностному уплотнению грунта надлежит проверять путем определения плотности грунта по глубине через 0,25 м.

6.4.5. Для обеспечения заданного температурного режима в грунтах основания рекомендуется:

- при строительстве по Принципу I подсыпку выполнять после промерзания слоя сезонного оттаивания. Для ускорения промерзания в зимний период производить очистку площадки от снега;

- при строительстве по Принципу II подсыпку выполнять после оттаивания пучинистого грунта.

6.4.6. Грунт подсыпки не должен быть пучинистым и подвергаться быстрому выветриванию. При производстве работ в холодный период грунт для подсыпки должен легко разрабатываться в карьерах и сохранять сыпучесть при отрицательных температурах, допускается устройство подсыпок из талых грунтов с содержанием мерзлых комьев размером не более 15 см не более 15 % общего объема грунта при среднесуточной температуре воздуха на ниже минус 10,0°С. Уплотнение должно производиться при естественной влажности грунта. Не допускается укладка подсыпки из мерзлого грунта.

6.4.7. При производстве подсыпок зимой могут применяться средства искусственного прогрева поверхности.

Материалом для подсыпки должны служить: гравий, щебень, песок, гравелистая (щебеночная) песчаная смесь, грунты шахтных терриконов, содержащие пылеватых и глинистых частиц в сумме менее 10 %.

Подсыпка отсыпается слоями толщиной не более 20 см и уплотняется катками или площадными вибраторами до плотности ρ_d = 16,0 кH/м³.

Качество работ при послойном уплотнении грунтов подсыпки проверяется путем определения плотности грунта в середине каждого уплотняемого слоя.

6.4.8. Размеры верха подсыпки в плане принимаются по наружным габаритам здания плюс ширина берм (1,5 - 3,0 м). Толщина подсыпки назначается расчетом. Заложение откосов рекомендуется принимать 1:1,5.

6.4.9. После окончания работ по устройству фундаментов следует незамедлительно закончить планировку территории вокруг здания с обеспечением отвода атмосферных вод от здания.

6.4.10. У наружных стен малоэтажного здания рекомендуется вместо отмостки производить укладку почвенного слоя толщиной 15 см у фундамента с уклоном от здания не менее 0,03, шириной не менее 1,5 м и засевать травами, создающими дернину.

6.4.11. Поверхность подсыпки и откосы должны быть укреплены почвенно-дерновым слоем или посевом трав.

6.4.12. Не допускается оставлять незаглубленные фундаменты ненагруженными на зимний период. Если это условие оказывается невыполнимым, необходимо вокруг фундаментов устраивать временные теплоизоляционные покрытия из опилок, шлака, керамзита, шлаковаты, соломы и других теплоизолирующих материалов, предохраняющих грунт от промерзания в соответствии с Приложением Ж.

6.5. УСТРОЙСТВО ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ НА ПОДСЫПКАХ

6.5.1. Для зданий и сооружений наружные инженерные сети (коммуникации) проектируются также на подсыпках. Призмы из крупнообломочных материалов под опоры трубопроводов отсыпаются на поверхности грунта без удаления растительного покрова. Поверхность призм выполняется до высотных отметок с таким расчетом, чтобы после уплотнения подсыпки и укладки на нее опор в виде бетонных (железобетонных) подушек или деревянных антисептированных пакетов (в зависимости от срока службы инженерных сетей) можно было монтировать трубопроводы с соблюдением проектных уклонов, не нарушая выполненных призм.

Высота подсыпки для устройства призм определяется только по статическому расчету. Проверочный теплотехнический расчет не требуется.

6.5.2. Термоизоляцию трубопроводов, устраиваемых на подсыпках без заглубления в естественный грунт, служит для предотвращения местного оттаивания многолетнемерзлых грунтов, если они окажутся под подсыпкой.

6.5.3. В подготовительный период по данным изысканий следует вдоль трассы надземного трубопровода устроить кюветы, канавы, проложить трубы, лотки для отвода поверхностного стока с учетом рельефа местности.

6.5.4. Заглубленные трубопроводы инженерно-технических сетей необходимо выводить на поверхность земли за пределами здания, чтобы ореол оттаивания вокруг них не вызвал нарушения мерзлотного состояния грунтов под подсыпкой.

6.5.5. Трубопроводы, находящиеся в подпольном пространстве, следует располагать в непосредственной близости к цокольному перекрытию, закрепляя их на подвесках. Заглубление трубопроводов в подсыпке не рекомендуется, так как это будет способствовать изменению мерзлотного состояния подстилающих грунтов. Трубопроводы, расположенные в подполье, должны быть хорошо заизолированы в соответствии с проектом.

6.5.6. Ближайший заглубленный колодец около здания располагается так, чтобы он не мешал устройству отмостки и откосов подсыпки.

6.5.7. При устройстве вводов инженерно-технических сетей в здание на подсыпках необходимо предусматривать в случае аварии возможность сброса теплоносителя из труб в ближайший колодец канализации.

7. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ И ВЫПУЧИВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

7.1. ИНЖЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

7.1.1. В качестве мероприятий тепловой мелиорации применяется устройство термолокализаторов, обеспечивающих местное утепление грунта у фундамента посредством теплоизоляции, а также прокладка вблизи фундамента отапливаемого здания (по наружному периметру) подземных малозаглубленных коммуникаций, выделяющих в грунт тепло.

При обеспечении в отапливаемых зданиях положительной температуры в подполье в зимний период укладка теплоизоляции производится только по наружному периметру ограждающих конструкций.

Этот способ не применяется для зданий, возводимых по принципу сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии.

7.1.2. Обогрев грунта у фундамента по наружному периметру экономически целесообразен при возведении зданий на ленточных фундаментах. Для обогрева грунта системой центрального отопления следует использовать обратную линию труб теплоносителя, укладываемую на расстоянии 20-30 см от фундамента внутри здания.

7.1.3. В целях сохранения устойчивости фундаментов от выпучивания при строительстве в зимнее время необходимо производить утепления пучинистых оснований согласно Приложению Ж.

7.1.4. Гидромелиоративные мероприятия, применяемые для борьбы с пучением грунтов, осуществляются:

- понижением уровня грунтовых вод и осушением грунтов в пределах слоя сезонного оттаивания грунтов;

- предохранением грунтов от насыщения поверхностными, атмосферными и производственными водами.

7.1.5. Дренажные сооружения оборудуются для осушения грунтов оснований в летне-осенний период, а также в зимний период до промерзания 35 % мощности слоя сезонного оттаивания грунтов.

7.1.6. Осушение грунтов строительной площадки за счет понижения уровня грунтовых вод осуществляется посредством устройства водосборных канав, лотков, траншей (открытого и закрытого типа), дренажей (мелкого и глубокого заложения, дренажных песчаных прослоек и т.п.). В качестве временных мероприятий для водопонижения грунтов могут быть использованы иглофильтровые установки.

7.1.7. Устройство дренажных сооружений у фундаментов следует производить в средне- и крупнозернистых песках, укладываемых вместо пучинистых грунтов вдоль водоотводных каналов - дрен.

7.1.8. Отметки заложения водоотводных каналов и закрытых лотков определяются глубиной, на которую должен быть осушен грунт, а также условиями отвода грунтовых вод в систему сточно-ливневой канализации или другие спускные сооружения и водоемы. Каналы следует закладывать ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

7.1.9. При заложении каналов в слое промерзающего грунта необходимо предусматривать меры по дополнительному утеплению теплоизоляцией песчаных пазух дренажа, смотровых колодцев, а также водоотводных каналов и труб при расположении их выпусков на пологих склонах местности. В этом случае промерзание песчаных грунтов обратной засыпки у дренажных сооружений должно быть более медленным, чем пучинистых грунтов ненарушенного сложения.

7.1.10. При наличии в основании фундамента водопроницаемых слоев (средне- и крупнозернистые пески, гравий, галечник и т.п.) и безнапорных грунтовых вод осушение основания возможно посредством устройства вокруг фундаментов песчаных локализаторов, соединенных дренажными скважинами с водопроницаемым слоем грунта. Осуществление этого метода возможно лишь при полной гарантии, что уровень грунтовых вод не повысится в процессе эксплуатации сооружения.

7.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

7.2.1. Конструктивные мероприятия предусматривают главным образом повышение эффективности работы конструкций фундаментов и зданий в пучинистых грунтах. Эти мероприятия предназначаются: для снижения усилий, выпучивающих фундаменты; для заанкеривания фундаментов в талых или многолетнемерзлых грунтах; для приспособления фундаментов и надземных частей зданий к неравномерным деформациям пучинистых грунтов.

7.2.2. С целью снижения касательных сил пучения рекомендуется:

- проектировать сооружения на столбчатых и свайных фундаментах, по возможности заменяя ими ленточные и массивные фундаменты;

- уменьшать количество отдельно стоящих опор фундаментов с целью увеличения нагрузки на каждую опору;

- устраивать у железобетонных (сборных и монолитных) фундаментов наклонные боковые грани (до 1-2°), обеспечивающие в пределах слоя промерзающего пучащегося грунта увеличение сопротивления фундамента действию касательных сил пучения по сравнению с фундаментом, имеющим вертикальные грани;

- во избежание попадания поверхностных вод в зазор между грунтом и фундаментом вокруг здания устраивают отмостку (с уклоном 3-5° в сторону от фундамента) или навесные цокольные козырьки;

- уменьшать шероховатость боковой поверхности фундамента в пределах слоя промерзающего грунта (затирка и железнение железобетонных фундаментов, острожка поверхности и затирка щелей деревянных стоек и свай) или увеличить шероховатость анкерной части фундамента;

7.2.3. Для приспособления конструкций фундаментов и надземной части зданий к неравномерным деформациям пучинистых грунтов рекомендуется применять:

- незаглубленные железобетонные фундаменты в виде монолитных (сборно-монолитных) параллельных или перекрещивающихся лент и плит;

- устройство в каменных стенах и фундаментах железобетонных или армокирпичных поясов, располагаемых на уровне перемычек над проемами или междуэтажных перекрытий, а также по обрезу фундамента;

- устройство осадочных швов в зданиях, имеющих сложное очертание в плане, с целью приведения здания к блокам простого очертания. Кроме того, осадочные швы устраиваются для разделения частей сооружений с резко отличным тепловыделением у наружных стен, а также при большой протяженности здания. В последнем случае осадочные швы назначаются не более чем через 18-20 м;

- при проектировании зданий на пучинистых основаниях конструктивный зазор между планировочной отметкой грунта и несущими конструкциями здания, свайным ростверком, фундаментной балкой и др. должен приниматься равным величине пучения плюс 10-15 см, причем сохранность этого зазора должна быть предусмотрена на все время эксплуатации здания.

7.3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ

7.3.1. Снижение пучинистости грунтов с использованием физико-химических мероприятий достигается:

- специальной обработкой грунта вяжущими материалами, благодаря которым грунт становится водостойким (гидрофобным) и снижает пучинистые свойства;

- насыщением грунта солевыми растворами, понижающими температуру замерзания и способствующими уменьшению глубины сезонного промерзания грунта;

- использованием противопучинных химических веществ, компенсирующих деформации пучения промерзающих грунтов.

7.3.2. Оптимальное количество и тип материалов для реализации физико-химических мероприятий устанавливается экспериментально в лабораторных условиях.

7.3.3. Гидрофобизация грунтов (придание грунту водоотталкивающих свойств) производится посредством обработки его небольшим количеством вяжущего материала при определенных гидротермических условиях.

7.3.4. В качестве вяжущего могут применяться: а) жидкие нефтяные битумы (при соотношении по массе твердого битума марки III к нефти 1:1); б) жидкие каменноугольные дегти, торфяные и древесные дегти, фурфуроланилиновые смолы в количестве 1, 2 % от массы сухого грунта и другие материалы.

7.3.5. Для придания грунту требуемой прочности и водостойкости в жидкие битумы целесообразно добавлять поверхностно-активные вещества: органические, кислоты и фенолы в сочетании с добавками в грунт до 5 % свежегашеной извести в виде молотой извести-кипелки; органические и азотные основания; отходы канифольного производства, содержащие абиетиновые кислоты; каменноугольные масла, содержащие не менее 15 % органических оснований; торфяные и древесные смолы, содержащие не 15 % молекулярных фенолов и кислот.

Жидкие нефтяные битумы могут быть как заводского приготовления, так и составленными на месте производства работ путем разжижения твердых битумов марки I - III.

7.3.6. Для предохранения фундаментов зданий и инженерных сооружений от выпучивания вокруг фундаментов следует устраивать рубашку из гидрофобного грунта толщиной 15…25 см, в зависимости от напора грунтовых вод в пределах расчетного слоя сезонного промерзания и оттаивания. Перед укладкой гидрофобного грунта поверхность фундамента дважды покрывается жидкими вяжущими, после чего вдоль фундамента устраивается опалубка. Гидрофобный грунт укладывается отдельными слоями толщиной 20 - 30 см с последующим уплотнением каждого слоя. Для повышения плотности сухую смесь перед укладкой необходимо увлажнять до оптимальной влажности. Значение оптимальной влажности устанавливается в лабораторных условиях.

7.3.7. Засоление грунтов относится к противопучинным мероприятиям кратковременного действия (срок действия 2 - 3 года), если грунты не защищены от воздействия поверхностных и грунтовых вод. Наиболее пригодными для засоления являются водонепроницаемые и слабопроницаемые грунты.

Засоление песчаных и супесчаных грунтов нецелесообразно вследствие быстрого вымывания из них солей.

При строительстве по Принципу I засоление грунтов деятельного слоя не рекомендуется во избежание нарушения температурного режима основания.

Для засоления грунтов применяют хлористый натрий, кальций и магний. Наиболее эффективными солями считаются хлористый натрий и кальций, понижающие температуру замерзания ниже - 20°С.

7.3.8. Работы по засолению грунтов у фундаментов могут производиться двумя методами:

- засолением грунта обратной засыпки до укладки его в пазухи котлована;

- устройством в незаселенных грунтах у фундаментов шпуров, набиваемых кристаллической солью и в дальнейшем заливаемых насыщенным раствором той же соли.

7.3.9. Уложенный в пазухи засоленный грунт уплотняется, а его спланированная поверхность защищается гидроизоляцией (слоем жирной глины, тощего бетона и т.п.).

7.3.10. Перспективным физическим методом борьбы с морозным пучением грунтов является метод стабилизации грунтов посредством введения добавок противопучинных компенсирующих веществ, обладающих определенными объемно-деформационными свойствами. В качестве добавок могут быть использованы полуфабрикаты твердых синтетических высокомолекулярных соединений (полимеры) следующих групп:

- жесткие полимеры, имеющие большой коэффициент объемного расширения, изменяющие свой объем в соответствии с изменением температуры окружающего грунта;

- высокоэластичные полимеры (типа резин), способные обратимо деформироваться при многократно действующем периодическом давлении, равном 0,05…0,1 МПа;

- полимеры, обладающие одновременно свойствами соединений первой и второй групп.

8. ТРЕБОВАНИЯ К ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКЕ ТЕРРИТОРИИ

8.1. В проекте оснований и фундаментов на многолетнемерзлых, а также пучинистых грунтах должны быть предусмотрены мероприятия по инженерной подготовке территории, учитывающие выполнение расчетного гидрогеологического и теплового режимов грунтов оснований, а также применение экологически чистых, природосберегающих методов и технологических переделов.

При использовании многолетнемерзлых грунтов по Принципу I вертикальную планировку территории следует производить, как правило, подсыпкой. При устройстве в необходимых случаях срезок и выемок грунта должны быть приняты меры по защите вскрытых льдистых грунтов от оттаивания, размыва и оползания склонов.

8.2. Вертикальную планировку территории производят различными способами, сохраняя или изменяя верхнюю границу многолетнемерзлых грунтов:

- поднятием верхней границы многолетнемерзлых грунтов до уровня подошвы насыпи; этот способ применяется преимущественно на участках, где вблизи верхней границы многолетнемерзлых грунтов залегают значительные линзы и включения льда, а слой сезонного оттаивания маломощен (0,4 - 0,6 м) и сложен просадочными пучинистыми грунтами;

- частичным поднятием верхней границы многолетнемерзлых грунтов: этот способ применяется при залегании вблизи многолетнемерзлых грунтов пещерно-жильных или погребенных льдов, полигонально-жильных или пластовых льдов, при просадочных грунтах нижней зоны сезонноталого слоя и малопросадочных по ГОСТ 25100 верхней его зоны.

- сохранением естественного положения верхней границы многолетнемерзлых грунтов; рекомендуется на территориях с температурой многолетнемерзлых грунтов не выше -3,0°С, а также при отсутствии вблизи верхней границы многолетнемерзлых грунтов подземных льдов; при этом предполагается, что грунты деятельного слоя непросадочные или малопросадочные;

- понижением естественного положения верхней границы многолетнемерзлых грунтов; допускается при непросадочных или малопросадочных грунтах в пределах слоя сезонного оттаивания и ниже его, когда нет ледяных включений, линз. Как правило, этот способ применяют на территориях с выемками и насыпями высотой менее 0,5 - 0,6 м;

Ожидаемые изменения положения верхней границы многолетнемерзлых грунтов при любом из приведенных способов должны быть обоснованы соответствующими теплотехническими расчетами.

8.3. В целях сокращения высоты подсыпки при вертикальной планировке свойства грунтов сезонного оттаивания должны быть улучшены путем предварительного оттаивания и осушения, по крайней мере его верхнего слоя. Это достигается при наличии грунтов с коэффициентом фильтрации К_ф по ГОСТ 25199 более 0,30 м/сут. При этом прикрывающие их небольшие слои торфа или глинистые водонасыщенные грунты полностью заменяют крупнообломочными по ГОСТ 25100.

8.4. Для отвода грунтовых (надмерзлотных) вод от зданий в зависимости от мерзлотно-грунтовых условий и ответственности объекта могут быть применены кольцевой, пластовый и смешанный типы дренажей.

При размещении застраиваемых участков на склонах или у их подошвы, в целях защиты от подтопления водами с подгорной стороны, устраиваются нагорные канавы и мерзлотные нагорные валики.

Расстояние открытых водостоков от фундаментов зданий должно быть не менее 5 м; при наличии просадочных и сильнопросадочных грунтов его следует увеличить до 10 и более метров.

Выбор и организация места сброса поверхностных вод производится с учетом направления их в естественные тальвеги и пониженные участки.

8.5. При использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по Принципу II вертикальную планировку допускается выполнять подсыпками и выемками грунта. Подсыпку следует устраивать, как правило, по оттаянному грунту слоя сезонного промерзания-оттаивания.

Уровень планировочных отметок, высоту подсыпок, уклоны водоотводящей сети следует принимать с учетом расчетных осадок многолетнемерзлых грунтов при оттаивании.

8.6. При проектировании оснований и фундаментов зданий на застраиваемых территориях в днищах речных долин и на первых надпойменных террасах с пучинистыми грунтами необходимо учитывать естественно подтопленные и потенциально подтопляемые участки.

8.7. За расчетный горизонт затопления участков высокими водами при расчетных паводках для зданий всех уровней ответственности принимается уровень воды с вероятностью повторения один раз в 50 лет.

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)
ОБОЗНАЧЕНИЯ

Нагрузки

q - равномерно распределенная вертикальная расчетная на основание;

F - расчетная на основание;

F_fh, - расчетная сила пучения;

р - среднее расчетное давление под подошвой фундамента.

Усилия от внешних нагрузок и воздействий

M, N, Q - соответственно изгибающий момент, продольная сила, поперечная сила;

p - давление по подошве фундамента.

Коэффициенты надежности и условий работы

γ_n - коэффициент надежности по ответственности здания;

γ_с - коэффициент условий работы;

γ_af - коэффициент, зависящий от вида поверхности смерзания;

η - коэффициент сочетания нагрузок и воздействий.

Физические характеристики

О - количество осадков за теплый период, предшествующий одногодичному циклу промерзания;

О^р - расчетное количество осадков за теплые периоды, предшествующие многолетним циклам промерзания;

 - соответственно расчетные температуры поверхности грунта за теплые и холодные

 - периоды многолетних циклов: теплые периоды предшествуют промерзанию, холодные следуют за теплыми;

t_m, t_x - температура поверхности грунта за теплый и холодный периоды одногодичного цикла;

I_L,в - расчетное значение показателя текучести за 100, 50 и 20 лет для зданий соответственно I, II и III уровня ответственности;

e - коэффициент пористости;

S_r - коэффициент водонасыщения грунтов;

ρ_d - плотность грунта.

Характеристики грунтов на силовые воздействия

Е - модуль деформации конструктивных элементов здания;

Е₀ - модуль деформации пучинистого грунта;

h_lh - осадка оттаявшего грунта в течение года;

h_th.в - расчетная осадка слоя сезонного оттаивания грунта за 100, 50 и 20 лет для зданий соответственно I, II и III уровня ответственности;

h_fh - пучение промерзшего сезонномерзлого грунта в течение года;

h_f.в - расчетное пучение промерзшего грунта за 100, 50 и 20 лет для зданий соответственно I, II и III уровня ответственности;

ε_th.в - относительная деформация морозного пучения сезонноталого грунта за 100, 50 и 20 лет для зданий соответственно I, II и III уровня ответственности;

ε_fhв - относительная деформация морозного пучения сезонномерзлого грунта за 100, 50 и 20 лет для зданий соответственно I, II и III уровня ответственности;

τ_fh, - расчетная удельная касательная сила пучения промерзающего грунта;

R_af - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом;

f_m - расчетное сопротивление талого грунта сдвигу по боковой поверхности фундамента.

Осадки (деформации) основания

ΔS/L и i - относительная неравномерность осадки и крен, определяемые расчетом;

(ΔS/L)_u и i_u - предельные относительная неравномерность осадки и крен.

Геометрические характеристики

L - длина подошвы фундамента;

b - ширина фундамента;

h - высота фундамента;

А_fh - площадь боковой поверхности смерзания фундамента в пределах расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания грунта;

А - площадь поперечного сечения конструктивного элемента;

d_{th, пв} - нормативная глубина сезонного оттаивания грунта;

d_th - расчетная глубина сезонного оттаивания грунта за 100, 50 и 20 лет для зданий соответственно I, II и III уровня ответственности;

d_{f, пв} - нормативная глубина сезонного промерзания грунта за 100, 50 и 20 лет для зданий соответственно I, II и III уровня ответственности;

d_f - расчетная глубина сезонного промерзания грунта;

u₁ - длина боковой поверхности фундамента, контактирующего с промерзающим грунтом деятельного слоя;

u₂ - длина боковой поверхности фундамента, контактирующего с талым или многолетнемерзлым грунтом;

I - момент инерции поперечного сечения;

f - прогиб элемента.

ПРИЛОЖЕНИЕ В
(обязательное)
РАЗНОВИДНОСТИ ГРУНТОВ ПО СТЕПЕНИ ПУЧИНИСТОСТИ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(рекомендуемое)
РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОСАДКОВ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА ОБЕСПЕЧЕННОСТЬЮ 2 % и 5 %

ПРИЛОЖЕНИЕ Д
(рекомендуемое)
РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ КАСАТЕЛЬНОЙ СИЛЫ ПУЧЕНИЯ

Для определения расчетной удельной касательной силы морозного пучения необходимо:

а) определить нормативное значение степени пучинистости грунтов за периоды 100, 50 и 20 лет, что соответствует для зданий I, II и III уровня ответственности;

б) расчетная удельная касательная сила морозного пучения устанавливается с учетом степени пучинистости грунтов и расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания согласно прилагаемой таблице:

Расчетные удельные касательные силы морозного пучения

Примечание. Для промежуточных глубин сезонного промерзания значение τ_fh принимается по интерполяции.

Значения τ_fh следует умножать на коэффициент γ_af, зависящий от вида поверхности смерзания и принимаемый равным:

- для бетонных поверхностей фундаментов, изготовляемых в металлической опалубке 1,0

- для бетонных поверхностей фундаментов с шероховатой поверхностью

(выступы и каверны до 5 мм)                                                                                      1,20 - 1,25

- то же, до 20 мм                                                                                                            1,25 - 1,70

- для бутобетонных и бутовой кладки поверхностей фундаментов                         2 и более

- для деревянных поверхностей, не обработанных масляными антисептиками               1,0

- для деревянных поверхностей, обработанных масляными антисептиками                    0,9

- для металлических поверхностей из горячекатаного проката                                           0,7

Для поверхностей фундаментов, покрытых специальными составами, уменьшающими силы смерзания, а также при применении других противопучинных мероприятий, значение τ_fh, следует принимать на основании опытных данных.

ПРИЛОЖЕНИЕ Е
(рекомендуемое)
РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА, НЕЗАГЛУБЛЕННОГО В ПУЧИНИСТЫЕ ГРУНТЫ

Незаглубленный фундамент рассчитывается с учетом совместной работы системы «основание - сооружение».

Назначаются предварительные размеры подошвы фундамента. Производится проверка условия, согласно которому среднее давление на основание под подошвой фундамента от основного сочетания нагрузок не должно превышать расчетного сопротивления грунта, определяемого в соответствии со СНиП 2.02.01 для оттаивающих грунтов. Если это условие не выполняется или при наличии в пределах сжимаемой толщи основания слоя меньшей прочности, чем прочность лежащих выше слоев, необходимо предусматривать устройство незаглубленного фундамента на подсыпке.

Толщина подсыпки принимается исходя из давления, которое можно передавать на подстилающую ее поверхность грунта. Подсыпка устраивается как под отдельные фундаменты, так и по всей площади застройки. Размеры подсыпки в плане определяются по расчету и должны исключать возможность ее деформаций в стороны. Ширину бермы подсыпки рекомендуется назначать от 1,5 до 3 м.

Приведенная жесткость на изгиб вертикального поперечного сечения конструкций зданий в системе «основание - сооружение» определяется по формуле:

EI = Е_фI_ф+ Е_цI_ц+ E_nI_n. = E_cI_c,                                          (Е.1)

где Е_фI_ф,, Е_цI_ц, E_nI_n., E_cI_c - соответственно приведенные жесткости на изгиб фундамента, цоколя, пояса усиления и стены здания (кН^.м ) определяются по формулам:

Е_фI_ф = γ_фЕ_ф(I_ф+А_фy_ф²);                                                         (Е.2)

Е_ц1_ц = γ_цЕ_ц(I_ц+А_цy_ц²);                                                            (Е.3)

Е_п1_п = γ_пЕ_п(I_п+А_пy_п²),                                                            (Е.4)

где γ_ф, γ_ц, γ_п - коэффициенты условий работы фундамента, цоколя и пояса усиления, принимаемые для бетона равным 0,25;

Е_ф, Е_ц,. Е_п - модуль деформации (кН/м) материала фундамента, цоколя и пояса усиления;

I_ф, I_ц, I_n - момент инерции (м) поперечного сечения фундамента, цоколя и пояса усиления соответственно относительно собственной центральной оси;

А_ф, А_ц, А_n - площадь поперечного сечения (м²) фундамента, цоколя и пояса усиления;

y_ф, y_ц, y_п - расстояния (м) от главной центральной оси поперечного сечения фундамента, цоколя и пояса усиления соответственно до условной нейтральной оси сечения системы «фундамент-стена».

Расстояние от центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы «фундамент - стена» определяется по формуле:

                                           (E.5)

где Е_i, А_i, - соответственно модуль деформации и площадь поперечного сечения i-го конструктивного элемента (цоколя, стены, пояса);

γ_i, - коэффициент условий работы i-го конструктивного элемента;

у_i - расстояние от центральной оси поперечного сечения i-го конструктивного элемента до центральной оси поперечного сечения фундамента.

Примечания: 1. Жесткость на изгиб фундамента, состоящего из блоков, не связанных между собой, принимается равной нулю.

2. Если цоколь является продолжением фундамента или обеспечена их совместная работа, цоколь и фундамент следует рассматривать как единый конструктивный элемент.

3. При наличии нескольких поясов усиления изгибная жесткость каждого из них определяется по формуле (Е.4).

Жесткость на изгиб (кН^.м²) стен из кирпича, блоков, монолитного бетона (железобетона) определяется по формуле:

E_cI_c = γ_cE_c(I_c+A_cy_c²),                                                              (E.6)

где Е_с - модуль деформации материала стены, кН/м²;

γ_с - коэффициент условий работы стены, принимается для стен из кирпича - 0,15, для стен из блоков - 0,2, для стен из монолитного бетона - 0,25;

I_с - момент инерции поперечного сечения стены, м;

А_с - площадь поперечного сечения стены (м²) шириной b_с (м);

у_с - расстояние (м) от центральной оси поперечного сечения стены до условной нейтральной оси сечения системы «фундамент - стена» определяется по формуле (Е.5).

Момент инерции поперечного сечения стены определяется по формуле:

I_c = 2I₁I₂/(I₁+I₂)                                                                      (Е.7)

где I₁ и I₂ - соответственно момент инерции сечения стены по проемам и по простенкам, м⁴.

Площадь поперечного сечения стены определяется по формуле:

                                                   (E.8)

Расстояние от центра тяжести поперечного сечения стены до ее нижней грани определяется по формуле:

                                                          (Е.9)

Жесткость на изгиб (кН^.м²) стен из панелей определяется по формуле:

                                                   (7.10)

где Ej, Aj - соответственно модуль деформации (кН/м²) и площадь поперечного сечения (м²) j-й связи;

dj - расстояние от j-ой связи до главной центральной оси поперечного сечения фундамента, м;

у₀ - расстояние от центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы «фундамент - стена здания», определяемое из выражения:

               (Е.11)

Обобщенные внутренние усилия в незаглубленном ленточном фундаменте (статический момент М_макс и поперечная сила Q_мaкс), загруженном равномерно распределенной нагрузкой, определяются по формулам:

М_макс = 0,02 la₂L²;                                                                 (E.12)

Q_макс = 0,062a₂L;                                                                   (E.13)

а₂ = 15564^.q/(13440 + 29α),                                                  (Е.14)

где L - длина фундамента, м;

q - нагрузка на подошву ленточного фундамента, кН/м.

Максимальный прогиб:

f_мaкс = 0,0019a₂Lα/πE₀;                                                          (E.15)

α = πЕ₀bL₃/EI,                                                                       (E.16)

где π - 3,14;

E₀ - модуль деформации пучинистого грунта, кН/м;

b - ширина подошвы фундамента, м;

EI - приведенная жесткость на изгиб конструкций здания в вертикальной плоскости поперечного сечения наружной стены, кН^.м².

Внутренние усилия в отдельных элементах системы «фундамент - стена здания» определяются по формулам:

M_i = М_макс(EI)_i/EI;                                                                 (Е.17)

Q_i = Q_макс(GA)_i/GA,                                                              (E.18)

где (EI)_i, (GA)₁, - соответственно изгибная и сдвиговая жесткость сечения рассматриваемого элемента (фундамента, цоколя, стены, пояса усиления), кН^.м²;

G - модуль сдвига (кН/м), принимаемый равным 0,4 Е.

Внутренние усилил Q_c, кН, возникающие в связях панельных стен, определяются по формуле:

Q_c = M_макс(d_j - y₀)E_jA_j /EI                                                      (E.19)

где d_j, у₀, E_j, A_j - те же значения, что в формуле (Е.11).

В связи с тем, что полный цикл ежегодного промерзания и оттаивания пучинистых грунтов сопровождается знакопеременными деформациями - пучением при промерзании и осадкой при оттаивании, рабочую продольную арматуру в железобетонных фундаментах и поясах необходимо размещать в верхней и нижней частях поперечного сечения.

При расчете оснований плитных фундаментов общий порядок расчета остается тем же, что и для расчета оснований ленточных фундаментов. Ширина расчетной полосы плиты принимается равной 1 м.

При любой другой нагрузке на ленточный и плитный фундаменты, кроме равномерно распределенной, расчет оснований рекомендуется производить по формулам и вспомогательным, приведенным в [2].

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
(рекомендуемое)
УТЕПЛЕНИЕ ПУЧИНИСТЫХ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ОТ ПРОМЕРЗАНИЯ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ

Мероприятия по предохранению грунтов от промерзания осуществляют осенью, а оснований - сразу же после разработки котлована или устройства фундаментов.

Эффективность защиты грунтов от промерзания зависит от выполнения требований к производству работ, принятых мер, предупреждающих дополнительное увлажнение, правильно назначенной толщины слоя выбранного утеплителя и других факторов.

Основными мероприятиями по защите грунтов основания от увлажнения и увеличения устойчивости фундаментов в пучинистых грунтах являются:

а) предварительное максимальное осушение территории застройки;

б) быстрый темп выполнения всех работ - от вскрытия дна котлована до возведения фундамента и обратной засыпки грунта за его пазухи;

в) своевременное утепление поверхности грунта около фундаментов, глубина заложения которых меньше глубины промерзания, в частности при наличии подвалов, технических подполий, приямков и т.д.

Небольшие поверхности грунта можно предохранить от промерзания слоем утеплителя - керамзитового гравия, шлака, опилок, минераловатных плит, пенопласта, полимерной пены и других материалов.

Толщина утеплителя без учета снегового покрова принимается:

                                                               (Ж.1)

где d_f - нормативная глубина сезонного промерзания-оттаивания грунта, м;

а_у , а_гр - коэффициенты температуропроводности утеплителя и грунта, м²/с.

а_у = λ_у/с_у ρ_у, а_гр = λ_гр/с_гр ρ_гр,                                                  (Ж.2)

где λ_у, λ_гр - коэффициенты теплопроводности утеплителя и грунта, Вт/(м^.град);

с_у, с_гр - удельные теплоемкости мерзлых утеплителя и грунта, Дж/кг °С;

ρ_у, ρ_гр - плотности утеплителя и грунта, кг/м³.

Если известно значение коэффициента теплопроводности сухого утеплителя или грунта (λ_сух), λ_м определяется по формуле:

λ_м = λ_сух + (dλ/di) i,                                                                (Ж.3)

где dλ/d_i - приращение коэффициента теплопроводности сухого утеплителя или грунта на каждый процент прироста их объемной влажности при отрицательной температуре; по данным к.т.н. А.У. Франчука приращение приближенно можно брать: для камня, кирпича и раствора - 0,025; бетона и прочих неорганических материалов - 0,020 и неорганических волокнистых и органических материалов - 0,004; i - объемная влажность в процентах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рекомендации по контролю за устойчивостью зданий и сооружений на оттаивающих грунтах Забайкалья. - Якутск: Институт мерзлотоведения СО РАН, 1988. - 32 с.

2. Симвулиди И.А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании. - М.: Высшая школа, 1973.- 411 с.