Строительство зданий в районах вечной мерзлоты

Вечномерзлые грунты могут быть различны: твердомерзлые, сыпучемерзлые, пластично-мерзлые.

На твердомерзлых грунтах возводят объекты без учета мерзлого состояния грунтов.

В зависимости от природных условий и особенностей объекта используют два способа возведения объектов:

  1. грунты основания используются в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации;
  2. грунты основания используются в оттаивающем и оттаявшем состоянии.

[ad#centre]При проектирование по первому способу для сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии и обеспечения их расчетного теплового режима, предусматривают холодное подполье (вентилируемого в течение всего года) или холодный весь первый этаж, охлаждающие каналы или трубы в основании пола, теплоизолирующие слои под постройкой.

Холодное подполье принимают не менее 1 м, на отдельных участках, например на лестничных клетках высоту допускается снижать до 0,3 м. Холодные подполья делятся на  открытые и закрытые. Открытые вентилируются через зазор между фундаментной балкой и поверхностью грунта. Закрытые – через продухи в цоколе или вытяжные трубы. Боковые ограждения закрытого подполья монтируются из навесных ж/б плит.

Холодный первый этаж, температура в котором не должна быть ниже 0о. В летний период в неотапливаемых помещениях положительная температура и происходит сезонное оттаивание грунта. Фундаменты закладывают ниже этого сезонного возможного промерзания. Зимой тепло, поступающего через перекрытия второго этажа и из промерзающего слоя грунта, отводится через стены и окна неотапливаемого здания.

Охлаждающие каналы и трубы объединяют коллекторами, по которым зимой  попадает в систему   и отводится  холодный наружный воздух. В период положительных температур охлаждающую систему закрывают. В зимнее время подсыпка, оттаявшая летом от поступающего из помещения тепла, промерзает под влиянием холодного воздуха, проходящего по трубам. Трубы принимают диаметром 0,2-0,4 м. рекомендуется трубы укладывать параллельно короткой стороне здания. Количество,  расстояние между трубами и глубину заложения в подполье определяют расчетом. В зависимости от осадки грунтов естественного сезоннооттаивающего слоя можно допускать оттаивание в летнее время только грунтов подсыпки или частичное оттаивание грунтов сезоннооттаивающего слоя.

Когда охлаждающий зимний наружный воздух не обеспечивает сохранность грунтов основания в мерзлом состоянии, а допускать оттаивание не экономично, предусматривают искусственное охлаждение грунтов основания с помощью специальных охлаждающих установок.

Термоизолирующие насыпи из крупнообломочных и песчаных грунтов, шлаков, горелых пород и т.п. Толщину насыпи определяют расчетом.

 

Проектирование по второму принципу, когда в качестве основания используют грунты в оттаивающем и оттаянном состоянии. Постепенное оттаивание вечномерзлых грунтов в процессе строительства и эксплуатации допускается, когда деформации оттаивающего основания не превышают предельных значений. В противном случае принимается предварительное искусственное оттаивание вечномерзлого грунта (в случае необходимости с уплотнением или закреплением его) до возведения зданий; при этом грунты в оттаявшей зоне частично уплотняются и величина деформация основания во время строительства значительно уменьшается. Можно использовать метод замены льдонасыщенных грунтов талыми песчаными или крупнообломочными грунтами.

Объемно-планировочные решения зданий.

При проектирование промышленных зданий в северных районах предпочтение отдается многоэтажным зданиям сблокированного типа с наиболее простым объемно-планировочным решением. Такие здания имеют меньшую площадь застройки, позволяя сокращать количество фундаментов и протяженность коммуникаций, облегчая сохранение грунта в мерзлом состоянии и улучшая условия эксплуатации. Многоэтажные здания целесообразны при жесткой конструктивной схеме. Одноэтажные здания рекомендуют с укрупненной сеткой колонн.

В зданиях, проектируемых по 1 принципу строительства, не рекомендуют устраивать подвалы и цокольные этажи, подземные каналы и галереи. При строительстве по 2 принципу высоты помещений, проемы  назначают с запасом, учитывая  величину возможной осадки.

Покрытия должны иметь простой профиль, без выступающих и западающих участков, которые могут вызвать завихрения снеговетровых потоков и отложение снега. Многоскатные здания располагают вдоль доминирующих зимних ветров. Водоотвод обычно неорганизованный наружный.

Входа в отапливаемые здания оборудуют двойными тамбурами, въезды – тепловыми воздушными завесами и шлюзами-тамбурами.

Фасады не должны иметь ниш, поясков и других элементов, задерживающих снег и влагу.

Конструктивные решения зданий. Конструкции рекомендуют сборные с минимальными построечными затратами.

При строительстве по 1 принципу проектируют без учета осадочных деформация.

По второму принципу возможны два случая: деформации в оттаивающим и оттаявшем состоянии не превышают предельных величин; деформации основания могут превышать предельные значения. В первом случае конструктивную схему зданий выбирают без учета особенностей строительства в северных районах, во втором приспосабливают конструкцию зданий к восприятию повышенных деформация и обеспечивают устойчивость, прочность и эксплуатационную надежность зданий. Для этого применяют:

  • жесткую конструктивную схему, при которой конструкции зданий не могут иметь взаимных перемещений (многоэтажные, одноэтажные с пролетами до 12 м);
  • податливую конструктивную схему, при которой возможно взаимное перемещение шарнирно связанных между собой конструкций без нарушения их устойчивости и прочности, эксплуатационной пригодности (одноэтажные пролетом более 12 м).

Здания, возводимые по 2 принципу, проектируются с осадочными швами.

Основными типами фундаментов являются свайные и сборные столбчатые – для 1 принципа возведения;  ленточные, сплошные плитные и столбчатые, сваи-стойки – для 2 принципа.

Ограждающие конструкции стен и покрытия рекомендуют облегченные панели.