Глава XII. Проектирование фундаментов на протаивающих основаниях

§ 1. Общие особенности фундаментов на протаивающих основаниях

Проектное решение сооружения и его фундаментов принимается в зависимости от величин осадок, возникающих при протаивании основания.

Абсолютная величина максимальной осадки определяет проектные отметки полов, верхних обрезов фундаментов, внутренние габаритов и других элементов геометрического решения сооружения, отвечающего эксплуатационным требованиям. Нормальный эксплуатационный режим сооружения зависит не только от абсолютной величины осадки, но и от ее неравномерной составляющей.

Неравномерная осадка может привести к недопустимому нарушению относительных отметок взаимосвязанных технологические устройств, изменению уклонов рельсовых путей, промышленных проводок и т. п. Кроме того, неравномерные осадки нарушают плотность сопряжений ограждающих конструкций и трубопроводов, а также вызывают дополнительные усилия в конструктивных элементах сооружений.

Существенное значение для прочности сооружения имеет также скорость развития неравномерных осадок; при медленном возрастании усилий, вызванных неравномерными осадками, успевают проявиться реологические свойства строительных материалов. Накапливающиеся деформации лолзучести приводят к расслаблению напряжений в местах их концентрации. Скорость возрастания усилий зависит от скорости неравномерной осадки, а последняя оказывается тем значительнее, чем больше скорость абсолютной осадки основания.

В связи с этим проектное решение выбирается на основании расчета деформаций протаивающего основания и их скорости, которые сопоставляются с предельными значениями, определяемыми эксплуатационными требованиями и конструктивной схемой сооружения (табл. III-31).

Таблица III-31. Предельные величины деформаций протаивающих оснований зданий и сооружений

Если ожидаемые осадки меньше табличных значений, то проектирование сооружения не представляет сложности. При больших значениях ожидаемых осадок задача осложняется, для ее решения могут быть рассмотрены различные варианты, и проектировщик должен найти наиболее экономичный. Так, например, при использовании проекта, разработанного для обычных условий, может оказаться, что ожидаемые осадки и их скорости превышают предельные и для их уменьшения необходимо принять конструктивные меры - уменьшить глубину протаивания путем устройства термоизоляции, осуществить частичное предпостроечное протаивание или произвести замену грунтов основания, при больших значениях ожидаемых осадок подобные мероприятия обусловливают значительное увеличение стоимости строительства.

Можно найти иные объемно-пространственные и конструктивные схемы сооружения, при которых величины ожидаемых осадок окажутся значительно меньшими, а их возникновение не вызовет дополнительных усилий в элементах несущих конструкций. Здание может быть запроектировано двухэтажным (вместо одноэтажного) с расположением источников, выделяющих значительное количество тепла, во втором этаже; могут быть изменены типы и расположение оборудования, решение внутрицехового транспорта.

Взамен жестких железобетонных конструкций возможно применение металлических. Чувствительность конструкций к осадкам может быть дополнительно уменьшена увеличением пролетов, введением полных или неполных шарниров.

Расчет по предельным деформациям позволяет лишь выбрать общее конструктивное решение сооружения.

Сечения элементов сооружения, их армирование, шаг швов и другие конструктивные размеры определяются расчетом на дополнительные усилия, которые возникают в статически неопределимых системах вследствие неравномерных осадок протаивающих оснований. Эта неравномерность может быть вызвана различной глубиной протаивания и изменчивостью компрессионных характеристик грунта по площади застройки сооружения, а также различным уплотняющим давлением.

При определении дополнительных усилий рассматривается совместная работа основания с сооружением. С повышением жесткости конструкций сооружения увеличивается концентрация контактных давлений, которые могут достичь значения предельной нагрузки и вызвать пластические деформации грунта, снижающие неравномерность осадок.

Многообразие естественных условий и возможных решений сооружений не позволяет рекомендовать единой методики проектирования зданий на протаивающих основаниях. При заданных размерах сооружения проектирование производится примерно в следующем порядке.

1. Предварительно намечается минимальная глубина заложения фундаментов; если грунты деятельного слоя пучинистые, то определяется расчетная глубина сезонного промерзания, в зависимости от которой назначается глубина заложения подошвы; одновременно намечается устройство подушек из: песчаных или крупнообломочных грунтов против выпучивания фундаментов.
2. Приближенно по графикам (рис. III-15) устанавливается максимальная глубина протаивания под сооружением.
3. Оценивается величина возможной максимальной осадки по значению относительного сжатия или непосредственно по характеристикам грунтов.
4. Выбирается проектное решение несущих конструкций здания путем сопоставления ожидаемой осадки с предельной; если при этом ожидаемая осадка оказывается больше предельной и изменением жесткости конструкций их нельзя привести в соответствие, то намечаются упоминавшиеся выше конструктивные меры по уменьшению осадок (термоизоляция пола и др.).
5. Рассчитывается глубина и скорость протаивания под фундаментами.
6. Подбираются площади подошвы фундаментов и производится расчет осадок основания, их скорости, кренов и прогибов конструкций, которые сопоставляются с предельными их значениями; уточняется глубина заложения фундаментов.
7. Определяются реакции протаивающего основания и дополнительные усилия в конструкциях.
8. Фундаменты рассчитываются на прочность.
9. Разрабатываются чертежи фундаментов, устройств, регулирующих осадки основания и обеспечивающих необходимые эксплуатационные условия.