Существуют два основных принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве основания здания:
I — вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии и сохраняются в этом состоянии в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации здания;
II — вечномерзлые грунты основания используются в оттаявшем состоянии (с допущением оттаивания их в процессе эксплуатации здания или с их оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения).
Фундаменты зданий на вечномерзлых грунтах.
При проектировании по I принципу необходимо не только сохранить грунты в мерзлом состоянии, но и гарантировать сохранность этого состояния на весь период эксплуатации здания, поэтому особенно важным является создание конструкции подземной части здания, обеспечивающей выполнение этих требований.
Специальный тепловой режим может быть достигнут:
путем устройства холодного подполья с вентиляцией нижних этажей. При этом транзиты и вводы снабжаются лотками для собирания и отвода аварийных вод,
конструкции подполья предусматривают холодными, а перекрытие над подпольем утепляют;
перекрытие должно отвечать требованиям герметичности, повышенного теплового сопротивления;
недопустима возможность накопления влаги в толще перекрытия. Особенно важны эти требования в перекрытиях над холодным подпольем в помещениях с длительным пребыванием людей, где необходимо поддерживать нормальную температуру;
путем устройства неотапливаемого первого этажа с отрицательной среднегодовой температурой.
Подполье можно выполнять как с вентиляцией, функционирующей круглый год, так и функционирующей только в летнее время, а также невентилируемым.
Способ вентиляции выбирают из условия высоты снега:
при среднезимьней скорости ветра 4—6 м/с назначают расчетные продухи в цоколе, расположенные выше уровня снегового покрова.
При значительной его высоте продухи следует снабжать вытяжными коробами, расположенными на 40—50 см выше снегового покрова, выводить их выше конька крыши и оформлять дефлекторами (рис. II. 20, а—в);
при среднезимьней скорости ветра более 4— 6 м/с необходимо предусматривать вытяжные трубы (если не предусмотрены меры по снегозадержанию) при отношении высоты подполья к ширине не менее 0,02, обеспечивающем естественную вентиляцию подполья.
При меньшем значении необходимо применять механическое побуждение.
Кроме вентиляции, возможны способы замораживания грунтов путем установки саморегулирующих или искусственно охлаждающих грунт устройств (рис. II. 20, г).
Во всех этих случаях глубина заложения фундамента должна приниматься ниже границы мерзлого грунта.
Высота подполья, измеряемая от поверхности грунта до низа выступающих конструкций перекрытия, должна приниматься не менее 1 м, а при наличии в подполье трубопроводов, требующих обслуживания, не менее 1,2 м. На отдельных небольших участках (например под лестничной клеткой) допускается местное уменьшение подполья до 30 см, если при этом не нарушается режим его вентиляции.
Сохранение мерзлого грунта может быть обеспечено заменой его насыпным грунтом. При этом конструкция основания, может быть, как с подсыпкой, так и со срезкой грунта при сохранении теплозащиты первого этажа или подполья на границе с насыпным грунтом (рис. II. 20, д, е).
Столбчатые фундаменты
Конструкцию фундамента для оснований, строящихся по I принципу, применяют свайную либо столбчатую.
Столбчатые фундаменты устраивают при возведении зданий на подсыпках с неглубоким залеганием разрушенных скальных пород. Такие фундаменты применяют также на площадках с большими массивами льда.
При использовании II принципа необходимо уменьшить возможность неравномерных осадок основания и обеспечить прочность несущих конструкций зданий, достаточную для восприятия усилий от неравномерных осадок.
Уменьшение осадок основания обеспечивают выполнением следующих мероприятий:
предварительным искусственным оттаиванием вечномерзлого грунта — гидрооттаиванием (пропускание горячей воды или пара через инъекторы в грунт),
электрооттаиванием (пропускание электрического тока через грунт), оттаиванием источником тепла, располагаемым в скважинах;
регулированием глубины оттаивания основания, осуществляемым уменьшением ширины корпуса здания (уменьшается ширина оттаивающего участка), устройством подполья (усиление термоизоляции пола), устройством отапливаемых каналов по наружной стороне здания либо обогревом фундаментов, Смещением фундаментов внутрь здания, устройством вентилируемых шанцев-продухов (рис. II. 20, ж — /с).
Оттаивание грунтов дает возможность увеличить их плотность, так как при оттаивании льда образуются поры, которые затем при естественном уплотнении исчезают либо уплотняются искусственно. После смыкания пор дальнейшее уплотнение под нагрузкой происходит медленно.
Уменьшение деформации основания может быть достигнуто путем частичной или полной замены льдонасыщенного мерзлого грунта крупнообломочным скальным или крупным песчаным скальным или другим малосжимаемым основанием.
Глубину оттаивания или глубину, на которую предусмотрена замена талого грунта, определяют исходя из общей величины осадок при максимальной глубине оттаивания основания.
При проектировании зданий по II принципу возможны проектные решения, допускающие осадку протаивающего основания в пределах деформаций, допустимых для здания данного класса (рис. II. 20, л — п).
Фундаменты бескаркасных зданий проектируют в этом случае, как правило, в виде коробчатой или ребристой плиты. Блоки стен подвалов объединяют понизу и поверху горизонтальными монолитными поясами.
Фундаменты каркасных зданий выполняют, как правило, в виде перекрестных лент.
При использовании в качестве основания грунтов, оттаивающих в период эксплуатации либо оттаиваемых предварительно, следует предусматривать фундаменты ленточные, в том числе перекрестные ленты, и плитные, столбчатые и свайные.