Строительные свойства вечномерзлых грунтов

Для мерзлых грунтов различают твердое, пластичное и сыпучее состояния. При твердом состоянии частицы хорошо сцементированы и разработка такого грунта протекает с большими трудностями. Пластичное состояние наблюдается в грунтах, где в тонких капил­лярах пор остается некоторое количество воды в незамерзшем со­стоянии. Сыпучая мерзлота возможна в песчаных и гравелистых грунтах при малой их влажности. В них будут сцементированы лишь отдельные агрегаты, а вся масса грунта остается практически сыпучей.

Твердомерзлыми считают грунты, когда их температура ниже:

для песков пылеватых………- 0,3º

«супесей………………….- 0,6º

«суглинков……………….-1,0º

«глин……………………..- 1,5º

Пластичномерзлыми считают грунты, если их температура на­ходится в пределах от 0º до значений приведенных здесь для твердо­мерзлого состояния, а степень заполнения пор водой и льдом G≤0,8. Когда G >0,8 или грунты засолены, их состояние опреде­ляют на основе специальных исследований. При этом засоленными считают грунты, когда отношение веса содержащихся в них солей к весу грунтовых частиц, выраженное в процентах, оказывается бо­лее 0,25%.

Под влиянием цементации частиц льдом мерзлые грунты при­обретают большую прочность. Она будет тем выше, чем ниже тем­пература грунта. Исключение составляют сыпучемерзлые грунты, где количество цементационных связей очень мало. Вследствие значительной роли сил сцепления в сопротивлении мерзлых грунтов их относят к телам идеально-связным.

Сопротивление мерзлых грунтов оказывается также различным в зависимости от длительности действия приложенной нагрузки. Оно велико при кратковременном нагружении и заметно уменьшается при продолжительном действии приложенных сил, так как цементирую­щий частицы лед, как известно, может течь под давлением. Поэтому для оценки прочности мерзлых грунтов, находящихся под постоянной нагрузкой от сооружения, учитывают лишь меньшее значение сил сцепления, соответствующее длительному воздействию нагрузки.

Величину этого сцепления называют нормативным с^н. Его ис­пользуют в расчете устойчивости основания из пластичномерзлых грунтов, которое ведут по ранее приведенной формуле.

Твердомерзлые грунты, подобно скале, практически несжимаемы.

Поэтому их расчет по деформациям вести не требуется, если мерзлотное состояние грунтов в процессе эксплуатации возведенных зда­ний и сооружений сохраняется. В данном случае достаточно, чтобы ­нагрузка от фундамента не превосходила величины, допустимой по условиям прочности грунта основания. Для пластичномерзлых грунтов необходимо еще найти осадку возводимых фундаментов.

В расчете по прочности нормативные сопротивления для вечно­мерзлых грунтов принимают в соответствии с их температурой. При этом учитывают лишь наиболее высокое ее значение, руко­водствуясь данными инженерно-геологических и мерзлотно-грун­товых исследований, а также указаниями СНиП [ 7 ] «Основа­ния и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах (нормы проектирования)».

Для нормального давления на основание нормативные сопро­тивления R^н принимают по табл. 3.1, в зависимости от льдистости грунта Л _в.

При Л _в>0,4 и для засоленных грунтов R^н устанавли­вают на основе специальных исследований. Для касательных сил, возникающих на боковой поверхности нагруженного фундамента вследствие его смерзания с грунтом, нормативные сопротивления сдвигу τ^н берут по табл.3.2. Эти данные также неприменимы для за­соленных грунтов.

Таблица 3.1.

Нормативные сопротивления мерзлых грунтов R^н нормальному давлению на основание, 10^-1 МПа

Грунты	Температура грунтов t, ºС
- 0,5	- 1,0	- 1,5	- 2,0	- 2,5	- 3,0	- 3,5	- 4,0 и ниже
Крупнообломочные и песчаные крупные и средней крупности
Песчаные мелкие и пылеватые………...
Супеси ……………
Суглинки и глины..
Все перечисленные грунты при льдистости 0,2≤ Лв≤ 0,4

Таблица 3.2.

Нормативные сопротивления мерзлых грунтов сдвигу τ^н по бетонным поверхностям и дереву, 10^-1 МПа.

Грунты	Температура грунтов t, ºС
- 0,5	- 1,0	- 1,5	- 2,0	- 2,5	- 3,0	- 3,5	- 4,0 и ниже
Песчаные …………	0,8	1,3	1,6	2,0	2,3	2,6	2,9	3,3
Глинистые ………..	0,5	1,0	1,3	1,5	1,8	2,0	2,3	2,5

При оттаивании прочность мерзлых грунтов резко уменьшается. Грунт получает возможность уплотняться, и возникают осадки фун­даментов. Осадки определяют способами, изложенными ранее для талых грунтов. При этом учитывают, что деформации могут развиваться лишь в оттаявшем грунте. Если грунты в при­родных условиях были хорошо уплотнены, то указанные деформа­ции, как правило, невелики и обычно опасности не представляют. Однако когда оттаивают слабые грунты, содержащие нередко много ледяных прослойков, их деформации могут быть значительными.

Чтобы найти осадку грунта, которая может возникнуть при его оттаивании, определяют для каждого его слоя величину относитель­ного уплотнения. Ее находят из опыта на сжатие образца в усло­виях невозможности бокового расширения по формуле

δ= ( 3.1.)

где h_м и h_τ - высота образца в природном мерзлом состоянии и по­сле оттаивания, полученная при нагрузке p_{i ,} равной сумме давлений природного от веса выше­лежащего грунта и дополнительного от фунда­мента.

Суммирование этих данных для всей сжимаемой толщи, произ­веденное с учетом мощности входящих в ее состав слоев, позволит получить осадку фундамента, которую можно ожидать в результате оттаивания грунтов основания.

Оттаивание слабых и льдонасыщенных грунтов может вызвать большие затруднения при проектировании и строительстве вслед­ствие появления больших и неравномерных осадок, носящих не­редко просадочный характер. Приходится предусматривать меры по улучшению качества грунтов основания и выбирать для возво­димых зданий и сооружений конструкции, менее чувствительные к указанным неравномерным осадкам. Избежать эти затруднения в значительной мере удается, если будет уделено должное внима­ние правильному выбору площадки под строительство, сложенной наиболее устойчивыми непросадочными грунтами.

Другой причиной появления больших деформаций зданий и сооружений, возводимых в районах распространения вечной мерзлоты, является пучение грунтов деятельного слоя и образование наледей. Изучение распространения пучинистых грунтов и сбор необходимых сведений о наличии наледных явлений в районе строительства также должны входить в состав задач, разрешаемых при инженерно - геологических и мерзлотно-грунтовых изысканиях.

При строительстве на вечной мерзлоте ведут систематические наблюдения за состоянием возводимых зданий и сооружений, изу­чают изменения температурного режима грунтов основания и их мерзлотных условий, изменения режима грунтовых под и. т. д. Все эти работы выполняются по определенной программе, для произ­водства которых на крупных строительствах организуют, начиная с периода изысканий, мерзлотные станции.