Фундамент – пожалуй, самая важная часть любой постройки или здания и является основой, базой для верхней части строения. Он обеспечивает прочность и устойчивость надстройки, чем гарантирует ее долговечность.
При выборе конструктивной схемы здания и типа фундамента необходимо учитывать характеристики грунтов – эта задача усложняется в случае, когда нужно учитывать динамику условий на мерзлых грунтах на протяжении всего рассчитываемого срока их эксплуатации.
Области вечной мерзлоты на территории России занимают более 40%. Следовательно, поиск надежных и эффективных, с экономической точки зрения, путей возведения фундаментов и конструкций на мерзлых грунтах имеет огромную важность.
Многочисленные исследования эксплуатации промышленных сооружений и опыт эксплуатации гражданских зданий показывают, что при строительстве на территории дальнего севера наиболее надежными, индустриальными и экономически выгодными являются свайные фундаменты.
Но и у свайного фундамента есть свои недостатки, такие как:
- подверженность воздействию разрушающей мерзлоты: напорному давлению мерзлых вод при глубоком промерзании почвы;
- химической агрессивности воды при оттаивании слоя грунта;
- образованию трещин под воздействием различных температурных деформаций и т.д.
Таким образом, существенные недостатки широко используемых свайных фундаментов, при строительстве сооружений и различных построек в северных регионах, подтолкнули начать поиски и разработку альтернативной методики проектировки данного типа фундаментов.
Первый метод проектировки основывается на сохранении вечномерзлого состояния почвы. Он имеет пять конструктивных решений:
- возведение сооружений и зданий на подсыпках и использование теплоизоляции поверхности;
- устройство холодных нескольких первых этажей;
- устройство вентилируемых подполий;
- использование охлаждающих труб и каналов;
- использование охлаждающих устройств с саморегулированием.
Наиболее эффективным является — устройство проветриваемых подпольев, так как это решение позволяет самым лучшим образом использовать высокие качества строительства на любых мерзлых грунтах.
Основа данного принципа заключается в прорезании фундаментами сооружений деятельного слоя и углублении в слоя многолетнего мерзлого грунта, не менее метра. С боковой поверхности применяется обратная засыпка — фундаменты зданий засыпаются непучинистым грунтом и в конструкции самого фундамента устраиваются продухи между полом первого этажа, приподнятым над поверхностью грунта примерно на 1 метр, и грунтом. Продухи – это так называемые проёмы, устраиваемые по всему периметру здания, которые предназначены для пропускания холодного воздуха, выносящего потоки тепла здания от помещений первых этажей.
В ходе исследований стало ясно, что возведенные фундаменты, по принципу сохранения вечной мерзлоты, приобретали более устойчивые характеристики. Такое явление вызывается тем, что граница многолетней мерзлоты под зданиями по истечении некоторого временем поднимается из-за отсутствия воздействия тепловых солнечных лучей и растительности.
Для снижения тепловыделение самого здания, довольно часто в технических помещениях (подпольях) устанавливают холодильные установки.
Второй метод проектирования фундамента на грунтах в условиях вечной мерзлоты подразумевает оттаивание грунтов под фундаментом.
Конструктивный и метод предпостроечного оттаивания
При применении такого метода, надстройки и конструкции фундамента подготавливают к неравномерной просадке. Для этого очень важно подготовить здание к неравномерным искривлениям (деформациям) методом создания швов деформации и усиления его жесткости. В противном случае здание будет непригодно для нормальной эксплуатации (будут появляться разломы, трещины и т.д.), так как процесс оттаивания под воздействием тепловых эффектов от здания, может длиться десятки лет, при этом образуя чашу оттаивания.
Если величина проектных осадок окажется больше предельных величин, то переходят ко второму методу строительства, допускающего протаивание грунтов вечной мерзлоты. В данном случае уменьшение осадки оттаявших грунтов осуществляется путём предварительного уплотнения под действием собственного веса или воздействия электроосмоса. Для предпостроечного оттаивания грунтов можно применить гидравлический метод, естественное солнечное тепло, пароотогревание и электроотогревание. Однако такое метод допустимо использовать только на грунтах, уплотняющихся при оттаивании (песчаные, гравелистые и галечные), а не выдавливаемых из-под подошвы (глины), и только на территориях с неустойчивым температурным режимом.
