НИИОСП им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР

Руководство

по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИИ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ ИМ. Н. М. ГЕРСЕВАНОВА (НИИОСП ИМ. Н. М. ГЕРСЕВАНОВА) ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1980

г)    сведения об опыте местного строительства;

д)    исходные данные и требования, необходимые для разработки мероприятий по охране природы, подлежащих включению в проект, в том числе проект организации строительства.

В случаях если между временем проведения изысканий и началом строительства произошел большой перерыв (более трех лет), то при необходимости, определяемой проектной организацией, материалы изысканий должны быть уточнены.

1.3.1.    Инженерно-геокриологические условия участка строительства должны быть увязаны с общими геокриологическими условиями района и содержать сведения о распространении и залегании вечномерзлых грунтов на прилегающих к нему участках и прежде всего на участках возможного последующего освоения в объемах, достаточных для обоснованного выбора планировочных проектных решений.

1.3.2.    Под распространением и залеганием вечномерзлых грунтов понимается расположение в плане и по глубине основных видов вечномерзлых грунтов, выделенных по инженерно-геокриологическим признакам с учетом их литологического состава, льдистости, гидрогеологических и геоморфологических условий участка и взаиморасположения с немерзлыми и сезоннооттаивающими (промерзающими) грунтами. Распространение и залегание вечномерзлых грунтов отражается на инженерно-геокриологических планах и разрезах, которые вместе с характеристиками температурного режима грунтов и данными по физическим и механическим свойствам грунтов являются главным материалом для проектирования,

1.3.3.    Состав и количество полевых и лабораторных определений физических и механических свойств вечномерзлых грунтов устанавливаются в соответствии с действующими нормами с учетом стадии проектирования и мерзлотно-грунтовых условий участка строительства. Если общие мерзлотно-грунтовые и природные условия участка позволяют сохранить вечномерзлое состояние грунтов в основании зданий и сооружений, то особое внимание рекомендуется обратить на получение данных о прочностных, деформационных и теплофизических свойствах грунтов в мерзлом состоянии, в том числе о сопротивлении сдвигу при их смерзании с материалом фундамента. Определение свойств грунтов в талом и оттаивающем состоянии при этом имеет второстепенное значение. Наоборот, когда сохранить грунты оснований в мерзлом состоянии трудно или невозможно, основное значение приобретает оценка таких показателей грунта, как льдистость и пористость, коэффициенты оттаивания и сжимаемости оттаивающих грунтов и другие. Наиболее достоверны данные о деформационных характеристиках оттаивающих грунтов, получающихся по результатам их полевых испытаний горячим штампом.

1.3.4.    Температурный режим вечномерзлых грунтов характеризуется величиной среднегодовой температуры грунта, которую можно приближенно принимать равной температуре грунта на глубине Юм, и глубиной сезонного промерзания-оттаивания, в зависимости от которых определяются расчетные температуры грунтов оснований.

1.3.5.    К мерзлотным явлениям и процессам относятся пучение грунтов, термокарст, наледи, солифлюкция и другие явления и процессы, обусловленные промерзанием-протаиванием влажных грунтов.

Наиболее распространенным мерзлотным процессом является пучение грунтов, т. е. увеличение объема грунтов при промерзании, приводящее к поднятию его верхней поверхности и выпучиванию

10

фундаментов. Пучение свойственно большинству глинистых грунтов, мелким пылеватым пескам, особенно сильно увлажненным.

Термокарст развивается на участках с большим содержанием в грунте льда при увеличении глубины сезонного оттаивания грунта по отношению к средним многолетним значениям и распространении оттаивания на вечномерзлые грунты. Развитию термокарста способствуют удаление растительного покрова, понижение уровня грунтовых вод, прокладка коммуникаций и другие мероприятия, приводящие к изменению температурного режима грунтов.

Наледи образуются в местах выхода подмерзлотных и надмерз-лотных вод (п. 2.15), часто приобретающих зимой напорный характер (грунтовые наледи), а также на реках и водотоках (речные наледи). Наледи могут возникать в местах, где их ранее не было, в связи с планировкой склонов и проведением других мероприятий по инженерной подготовке территории.

Солифлюкция выражается в сползании грунта по склонам и обычно проявляется на склонах, сложенных пучинистыми сильно переувлажненными грунтами.

Наличие мерзлотных процессов и явлений на участке строительства усложняет устройство оснований и фундаментов и может вредно отразиться на устойчивости зданий и сооружений, если не будут приняты соответствующие меры.

1.3.6.    Материалы инженерно-геокриологических изысканий помимо характеристики мерзлотно-грунтовых условий исследованного участка на момент проведения изысканий также должны содержать сведения о возможных изменениях мерзлотно-грунтовых условий в связи с освоением и застройкой территории и рекомендации по охране окружающей среды. Исходными данными для таких прогнозов являются: температурный режим грунтов в естественных условиях, толщина и физические свойства напочвенных покровов (мохорасти-тельного слоя, снежного покрова), сведения о гидрогеологических условиях и заболоченности участка, мерзлотных явлениях и процессах, а также сведения об изменении мерзлотно-грунтовых условий при застройке аналогичных участков в данном и смежных районах.

1.3.7.    Обеспечение охраны природы является непременным условием проектирования объектов строительства в районах распространения вечномерзлых грунтов. Изменение естественных условий при строительном освоении участка может привести к самым различным последствиям. Так, нарушение естественного растительного покрова может вызвать прогрессирующее протаивание вечномерзлых грунтов, что при сильнольдистых грунтах приводит к образованию термокарста; вырубка леса приводит к эрозии почв; обнажение и подработка склонов — к развитию солифлюкции, наледей и другим нежелательным явлениям.

Мероприятия по охране окружающей среды устанавливаются проектной организацией на основании материалов и предложений изыскательской организации с учетом особенностей проектируемых объектов и способов строительства исходя из условия обеспечения принятого в проекте принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений, санитарных норм и требований по минимальному нарушению естественных природных условий.

1.3.8.    Обобщение опыта местного строительства производится по району строительства и соседним с ним участкам со сходными мер-злотно грунтовыми условиями. Учет имеющегося опыта строительст-

11

ва позволяет обоснованно подойти к выбору принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений (п. 3.2) и целесообразных способов устройства оснований и фундаментов.

Особо важное значение имеют сведения об эксплуатационном режиме ранее построенных зданий, о времени их эксплуатации и техническом состоянии. При наличии деформированных зданий рекомендуется провести их обследование и установить причины деформаций.

1.3.9. Требование о необходимости уточнения материалов изысканий, между временем проведения которых и началом строительства произошел перерыв более чем 3 года, в первую очередь относится к показателям, которые могли измениться за это время (температурный режим грунтов, толщина слоя сезонного оттаивания-промерзания, сведения об опыте местного строительства и др.).

1.4. При проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых на территории распространения вечномерзлых грунтов, должны учитываться возможные изменения инженерно-геокриологических условий, в том числе и за пределами расположения зданий или сооружений (изменение среднегодовых температур грунта, глубин сезонного промерзания-оттаивания грунта, положения верхней поверхности вечномерзлых грунтов и т. п.), которые произойдут в результате освоения территории застройки, в том числе в результате эксплуатации возведенных зданий и сооружений, коммуникаций и устройств, изменений в растительном и снежном покровах, устройства водоемов и т. п.

При выборе строительных площадок следует избегать участков с подземными льдами или с вечномерзлыми грунтами, льди-стость которых Л_в>0,6 (п. 2.7). Возможность использования таких площадок для строительства зданий и сооружений, а также площадок, подверженных оползням и карсту, должна решаться на основе результатов специально проведенных исследований.

1.4.1.    Возможные изменения мерзлотно-грунтовых условий строительной площадки, которые должны учитываться при проектировании, подразделяются на общие и локальные.

Общие изменения мерзлотно-грунтовых условий заключаются в основном в повышении или понижении среднегодовой температуры грунта, изменении глубин сезонного оттаивания-промерзания, образовании перелетков, развитии термокарста и других мерзлотных явлений и процессов. Эти изменения вызываются перераспределением толщины снежного покрова на территории застройки, удалением растительности, водопонижением и другими факторами, связанными с освоением и инженерной подготовкой участка строительства. Закономерности этих изменений устанавливаются по данным изысканий.

Локальные изменения мерзлотно-грунтовых условий вызываются местными источниками тепла или охлаждения грунта (отапливаемые или неотапливаемые здания, вентилируемые подполья, трубопроводы и др.). Локальные изменения распространяются в пределах небольших участков (под зданием, вокруг трубопроводов) и устанавливаются проектной организацией на основании теплотехнических расчетов теплового взаимодействия зданий и сооружений с вечномерзлым грунтом.

1.4.2.    Указаниями п. 1.4 не исключается застройка площадок с сильнольдистыми грунтами, подземными льдами и другими неблаго-

12

приятными мерзлотно-грунтовыми условиями. При строительстве современных промышленных комплексов и населенных пунктов избежать этих площадок в большинстве случаев практически нельзя. Из указаний данного пункта следует, что при застройке таких площадок требуется проведение специальных исследований, которые позволили бы обосновать проектные решения, исключающие проявления термокарста и других мерзлотных явлений и процессов, опасных для устойчивости зданий и сооружений.

1.5, В период строительства зданий и сооружений на территории распространения вечномерзлых грунтов и во-время их эксплуатации должны производиться систематические наблюдения за состоянием грунтов оснований (в том числе за изменением их температурного режима), фундаментов, а также за соблюдением требований и положений, принятых в проекте оснований и фундаментов.

Число и расположение постоянно действующих скважин для наблюдения за температурой грунтов, а также нивелировочных марок и реперов для инструментальных наблюдений за деформациями оснований и фундаментов должны быть определены программой наблюдений.

Программа наблюдений устанавливается проектной организацией—автором проекта в зависимости от принятого в проекте принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий или сооружений (п. 3.2), назначения зданий или сооружений, их конструктивных особенностей и класса; организация и проведение наблюдений должны быть предусмотрены в проекте.

Программа и результаты наблюдений, проводившихся в период строительства, должны включаться в состав проектной документации, передаваемой при приемочном акте организации, эксплуатирующей здание или сооружение.

Порядок наблюдений за сохранностью зданий и сооружений, законченных строительством и переданных в эксплуатацию, в том числе и наблюдения за состоянием грунтов и фундаментов, определяется соответствующими положениями о проведении планово-предупредительного ремонта зданий и сооружений с учетом требований главы СНиП II-18-76.

1.5.1.    Надежность и долговечность зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, зависит от выполнения запроектированных мероприятий по подготовке и технологии устройства оснований и фундаментов в период строительства и соблюдения проектного режима и правил содержания оснований и фундаментов в эксплуатационный период. Контроль за обеспечением проектных положений осуществляется путем проведения систематических наблюдений за состоянием грунтов оснований и фундаментов. При установлении отклонений от проектных режимов принимаются меры по предупреждению их вредных последствий на устойчивость зданий и сооружений. В свою очередь, данные по наблюдениям за состоянием грунтов оснований могут быть использованы для корректировки проекта.

1.5.2.    В программе наблюдений при принципе Г использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений должны быть предусмотрены наблюдения за температурным режимом грунтов оснований в период строительства и эксплуатации, за осадками фундаментов (если основания сложены пластично-мерзлы-

13

ми, сильнольдистыми и заторфованными грунтами) и их возможным выпучиванием до передачи на них проектных нагрузок; при принципе II—за ходом оттаивания грунтов, величиной и неравномерностью развития осадок, водным режимом грунтов и т. д. В период эксплуатации зданий и сооружений в состав наблюдений дополнительно включаются наблюдения за температурным и влажностным режимом воздуха в подпольях, за работой водоотводящих и вентиляционных систем и защитных экранов, за состоянием бетона в конструкциях фундаментов, исправностью коммуникаций и т. д.

1.5.3.    В проектной документации на строящиеся объекты должны быть предусмотрены проходка и оборудование специальных скважин для проведения режимных температурных и гидрогеологических наблюдений, устройство нивелировочных марок и реперов и другие мероприятия, предусмотренные проектом.

1.5.4.    Места расположения режимных скважин, нивелировочных марок и других пунктов наблюдений устанавливаются исходя из условия получения данных, характеризующих состояние грунтов и фундаментов под всем зданием (например, в середине, по краям и в углах здания), а также в особых местах (под тепловыделяющими агрегатами, у вводов и выпусков санитарно-технических коммуникаций и т. п.).

1.5.5.    Наблюдения за состоянием оснований и фундаментов в период строительства до момента сдачи объекта в эксплуатацию выполняются строительной организацией и контролируются проектной организацией в порядке авторского надзора; на крупных стройках в этих целях целесообразно с самого начала строительства организовать мерзлотную службу (мерзлотную станцию).

1.5.6.    Наблюдения за состоянием оснований и фундаментов в период эксплуатации зданий и сооружений осуществляются эксплуатирующей организацией в соответствии с положениями о проведении планово-предупредительного ремонта.

1.5.7.    При приемке зданий и сооружений в эксплуатацию в состав передаваемой проектной документации должны входить программа наблюдений за состоянием оснований и фундаментов в эксплуатационный период, за расположением и устройством наблюдательных скважин, марок и реперов и акт-заключение о соответствии состояния оснований и фундаментов проектным положениям.

2. НОМЕНКЛАТУРА ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ

2.1. Грунты всех видов относятся к мерзлым, если имеют отрицательную температуру и содержат в своем составе лед. Грунты относятся к вечномерзлым, если находятся в мерзлом состоянии в течение многих лет (от трех и более).

Поверхностный слой грунта, замерзающий зимой и оттаивающий летом, различается как слой сезонного промерзания или сезонного оттаивания, глубина которого должна определяться в соответствии с п. 3.32.

2.1.1. Главным фактором, определяющим особенности мерзлых грунтов как природных образований при использовании их в качестве оснований зданий и сооружений, является наличие в них льда. Лед, цементирующий частицы грунта и образующий отдельные включения в нем, обусловливает особенности его физических, прочностных и деформационных свойств и их зависимость от температуры. Отрицательная температура грунта является необходимым, но недо-

14

статочным условием для отнесения грунта к категории мерзлого. При отсутствии льда грунты с отрицательной температурой называются морозными.

При определении мерзлого или морозного состояния грунта необходимо учитывать соизмеримость рассматриваемых объемов грунта между собой и по отношению к основанию сооружения. Так, например, отдельно взятые блоки монолитных скальных грунтов могут иметь морозное состояние, так как в них нет льда. Однако массив скального грунта в целом обычно содержит лед, заполняющий трещины и пустоты между отдельными блоками, и может проявлять все свойства мерзлого грунта.

2.1.2.    Под вечномерзлым понимается грунт, находящийся в устойчивом мерзлом состоянии при данных природных условиях; в случае оттаивания вечномерзлого грунта при искусственном тепловом воздействии его начальное мерзлое состояние восстанавливается после прекращения этого воздействия.

2.1.3.    Вечномерзлые грунты могут иметь сплошное площадное распространение на больших территориях, прерываемое лишь отдельными талыми участками под крупными водотоками, озерами и в местах выхода подземных вод, или иметь прерывистое (островное) распространение, что характерно главным образом для южной зоны распространения вечномерзлых грунтов.

В вертикальном разрезе вечномерзлые грунты могут представлять собой сплошную толщу мерзлого грунта без талых прослоев или иметь слоистое строение с прослоями талых грунтов, что характерно для участков вблизи рек и водоемов.

2.1.4.    Сезоннооттаивающим называется поверхностный слой грунта, оттаивающий летом и промерзающий зимой до полного слияния с вечномерзлым грунтом. Сезоннопромерзающим называется поверхностный слой грунта, оттаивающий летом и промерзающий зимой, но без слияния с толщей вечномерзлого грунта.

2.1.5.    При изменении поверхностных условий (удаление снежного покрова, затенение поверхности и т. д.), а также при временных отклонениях климатических условий от среднемноголетних в подошве слоя сезонного промерзания могут сохраняться прослойки мерзлого грунта, не оттаивающие за лето. Такие прослойки называются перелетками. При определенных условиях образование перелетков может привести к формированию вечномерзлых грунтов. Эти явления характерны для районов с глубоким сезонным промерзанием и островного распространения вечномерзлых грунтов.

2.2.    Наименование видов мерзлых грунтов должно приниматься согласно номенклатуре грунтов, установленной главой СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений», в соответствии с характеристиками, которые грунты приобретают после оттаивания, а также с учетом указаний п. 2.3 главы СНиП Н-18-76.

2.2.1. Рекомендуется также учитывать указания по номенклатурному подразделению грунтов, изложенные в пп. 2.3 и 2.4 «Руководства по проектированию оснований зданий и сооружений». (М, Стройиздат, 1978).

2.3.    Среди вечномерзлых грунтов должны выделяться сильнольдистые, засоленные, а также грунты с примесью растительных остатков, различаемые по степени заторфованности.

К сильнольдистым вечномерзлым грунтам относятся грунты, льдистость которых за счет включений льда (п. 2,7) больше 0,4.

15

К засоленным вечномерзлым грунтам при их использовании в качестве оснований в мерзлом состоянии (п. 3.2) относятся грунты, в составе которых содержатся легкорастворимые соли в количестве, определяемом засоленностью Z (п, 2.11J и превышающем следующие значения, %:

для песков.....0,1

>    супесей.....0,15

»    суглинков ....    0,2

»    глин......0,25

» крупнообло-    по соответствующей характеристи-

мочных грунтов.....ке    засоленности заполнителя

Примечания: 1. Пылеватые пески морского побережья Севера относятся к засоленным, если Z^0,05%.

2. Засоленность вечномерзлых грунтов в случае их использования в качестве основания в оттаявшем состоянии (п. 3.2) должна определяться по п. 2.17 главы СНиП И-15-74.

Относительное содержание растительных остатков q (степень заторфованности) и подразделение вечномерзлых грунтов в зависимости от величины q должны приниматься в соответствии с требованиями п. 2.19 главы СНиП II-15-74.

2.3.1.    При выделении сильнольдистых грунтов принимаются во внимание общие мерзлотно-грунтовые условия строительной площадки с учетом подземных льдов (жильного, погребенного и др.) и генетических особенностей мерзлой толщи. Материалы изысканий должны содержать данные о распределении льда в вертикальном разрезе и в плане, характере криогенной текстуры грунтов и размерах в них ледяных включений.

2.3.2.    Прочностные и деформационные свойства сильнольдистых грунтов, а также грунтов, содержащих подземные льды, зависят от вида криогенной текстуры грунта и свойств льда, что требует специального подхода к проектированию и расчету оснований на этих грунтах (см. разд. 6).

2.3.3.    Засоленные вечномерзлые грунты, содержащие в своем составе легкорастворимые соли, отличаются от аналогичных незасоленных грунтов более низкой температурой начала замерзания и повышенным количеством незамерзшей воды (пп. 2.12 и 2.13). В засоленных вечномерзлых грунтах пластические свойства проявляются в более широком диапазоне, чем в незасоленных грунтах (см. разд. 5).

Наличие в вечномерзлом грунте труднорастворимых солей (например, гипса) практически не отражается на его деформационных и физических свойствах и при использовании этих грунтов в качестве оснований в мерзлом состоянии может не приниматься в расчет.

2.3.4.    При оценке мерзлотно-грунтовых условий строительных площадок в районах с засоленными вечномерзлыми грунтами учитывается их распространение по площади и глубине, а также местные условия; в пределах застроенных территорий могут встречаться участки засоления грунтов за счет отходов производства.

2.3.5.    Сформировавшиеся в условиях заболоченности грунты с примесью растительных остатков и заторфованные относятся к слабым переувлажненным грунтам. От аналогичных незаторфованных вечномерзлых грунтов они отличаются пониженной прочностью и повышенной сжимаемостью, обусловленной ползучестью скелета торфа; при оттаивании они резко снижают несущую способность и дают большие осадки. Механические и физические свойства заторфо-

16

ванных вечномерзлых грунтов устанавливаются с учетом степени заторфованности грунта q.

2.3.6. Заторфованные грунты и торфы обычно слагают верхние горизонты современных покровных отложений; отмечаются также погребенные заторфованные грунты и торфы на значительных глубинах от поверхности, не выдержанные по мощности и простиранию. При оценке мерзлотно-грунтовых условий строительных площадок учитывается, что заторфованные грунты н торфы покровных отложений оказывают большое влияние на температурный режим подстилающих грунтов. Выторфовка и другие инженерные мероприятия могут привести к повышению начальной температуры вечномерзлых грунтов, а в южной зоне распространения вечномерзлых грунтов — к их прогрессирующему протаиванию.

2.4. Вечномерзлые грунты по степени цементации их льдом и по реологическим свойствам подразделяются на твердомерзлые, пластично-мерзлые и сыпучемерзлые.

К твердомерзлым относятся грунты, прочно сцементированные льдом и характеризуемые относительно хрупким разрушением и практической несжимаемостью под нагрузками от зданий и сооружений—с коэффициентом сжимаемости а<0,001 см²/кгс (п. 4.19); к твердомерзлым относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты, если их температура ниже значения t^T, характеризующего переход грунта из пластичного в твердомерзлое состояние и равного:

для крупнообломочных грунтов ....    0°С

> песков крупных и средней

крупности............минус 0,1° С

для песков мелких и пылеватых .... минус 0,3° С

Грунты со степенью заторфованности <7 <0,25 относятся к твердомерзлым, если их температура ^_тф ниже значения (Kq+t^T), где К — температурная поправка, соответственно равная:    для

песчаных грунтов с примесью растительных остатков и заторфо-ванных — минус 10° С, для глинистых грунтов с примесью растительных остатков и заторфованных — минус 5° С.

К пластично-мерзлым относятся грунты, сцементированные льдом, но обладающие вязкими свойствами и характеризуемые сжимаемостью под нагрузками от здания и сооружения (а> >0,001 см²/кгс); к пластично-мерзлым относятся песчаные и глинистые грунты со степенью заполнения объема пор грунта льдом и незамерзшей водой G>0,8 (п. 2.9), если их температура находится в пределах от температуры начала замерзания грунта f_H.₃ (п. 2.13) до значения t^ry а также все грунты со степенью заторфованности ?>0,25. Состояние песчаных и глинистых грунтов при G<0,8, а также состояние засоленных грунтов устанавливается на основе результатов опытного определения коэффициента сжимаемости а. К сыпучемерзлым относятся грунты крупнообломочные и песчаные, не сцементированные льдом вследствие малой их влажности; суммарная влажность таких грунтов составляет W_c < <0,03 (п. 2.7).

2.4.1. Подразделение вечномерзлых грунтов на твердомерзлые, пластично-мерзлые и сыпучемерзлые вызвано различием деформаци-

2—312

онных и прочностных свойств этих грунтов. Твердомерзлые грунты имеют коэффициент сжимаемости а 0,001 см²/кгс (в некоторых случаях 0,005 см²/кгс) и рассматриваются как практически несжимаемые. Поэтому расчет оснований из таких грунтов по деформациям может не производиться (п. 4.3). Пластично-мерзлые грунты, содержащие повышенное количество незамерзшей воды, обладают значительной сжимаемостью, и поэтому расчет оснований из таких грунтов производится как по прочности, так и по деформациям (п. 4.3). Прочность пластично-мерзлых и твердомерзлых грунтов обусловлена главным образом силами цементации минеральных частиц льдом и существенно зависит от температуры грунта.

Сыпучемерзлые грунты, не будучи сцементированы льдом, не обладают силами сцепления, и их прочность определяется лишь силами внутреннего трения, аналогично сыпучим (песчаным) немерзлым грунтам.

2.5. При использовании в качестве оснований сыпучемерзлых и монолитных скальных грунтов, как правило, не меняющих свои прочностные свойства и не дающих осадки при изменении отрицательной температуры грунта на положительную, следует руководствоваться главой СНиП II-15-74.

Мерзлые крупнообломочные н трещиноватые скальные грунты, трещины, пустоты и поры которых заполнены льдом, а также выветрелые скальные грунты, сохранившие свою структуру, но содержащие замерзшую влагу, как правило, меняют свои прочностные свойства и дают осадки при оттаивании, что должно определяться при изысканиях и учитываться при проектировании оснований и фундаментов на таких грунтах.

2.5.1.    В практике строительства на вечномерзлых грунтах известны случаи больших деформаций сооружений, возведенных на крупнообломочных или трещиноватых, выветрелых скальных грунтах в случае их оттаивания. Такие деформации свойственны крупнообломочным грунтам с большим содержанием льда в виде корок, обволакивающих крупные обломки. В трещиноватых скальных грунтах при оттаивании могут происходить большие осадки; в качестве надежного основания эти грунты могут быть использованы лишь после оттаивания.

Большие деформации при оттаивании свойственны также по-лускальным (алевролитам, аргелитам, мергелям и т. п.) грунтам. В мерзлом состоянии такие грунты обладают высокой прочностью. Но при оттаивании они могут распадаться и давать большие осадки.

2.5.2.    Для оценки механических свойств крупнообломочных скальных и полускальных грунтов в материалы инженерно-геокриологических изысканий включаются сведения о содержании в этих грунтах льда и, если его наличие установлено, то рекомендуется определять в полевых условиях сжимаемость указанных грунтов при оттаивании.

Следует иметь в виду, что при бурении скважин в таких грунтах лед вследствие разогрева бурового инструмента может вытаивать до извлечения керна из скважины. Поэтому определение льдис-тости грунтов производится в шурфах, в том числе извлечением монолитов грунта из шурфов.

12.6. Для мерзлых грунтов дополнительно к характеристикам грунтов, регламентируемым главой СНиП II-I5-74, должны определяться;

18

а)    суммарная влажность W_c и суммарная льдистость Л₀

(П. 2.7);

б)    криогенная текстура (п. 2.8);

в)    степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой G (пп. 2.9 и 2.12);

г)    объемный вес скелета мерзлого грунта у_ск.м (п. 2.10);

д)    характеристики мерзлых грунтов для расчета оснований и фундаментов на силовые воздействия по первой и второй группам предельных состояний (п. 4.5), а также характеристики мерзлых грунтов для расчета с учетом сейсмических воздействий

(п. 8.9);

е)    характеристики оттаивающих грунтов для расчета оснований и фундаментов на силовые воздействия по первой и второй группам предельных состояний — по деформациям (пп. 4.22, 4.25 и 4.26) и по несущей способности (пп. 4.20 и 4.30);

ж)    характеристики грунтов слоя сезонного промерзания-оттаивания: для расчета оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний (по устойчивости и прочности) на действие сил морозного пучения (п. 3.35);

з)    теплофизические характеристики грунтов: температура начала замерзания воды в порах грунта /_н.з» а также коэффициент теплопроводности и объемная теплоемкость грунта в мерзлом и в талом состояниях: Х_м, Х_т, См* С_т (пп. 2.13 и 2.14);

и)    засоленность грунта (п. 2.3);

к)    характеристики агрессивности грунтовых вод к материалу фундаментов (п. 2.15 главы СНиП Н-18-76).

2.7. Суммарная влажность мерзлого грунта W_c в долях единицы, определяемая отношением веса всех видов содержащихся в нем воды и льда к весу скелета грунта (а для засоленных грунтов — к весу скелета грунта и содержащихся в нем солей), равна:

W_G = W_B + W_n + W_u =W_B + W_r,    11(1)1

где W_B — влажность мерзлого грунта за счет ледяных включений, т. е. линз и прослоек льда;

— влажность мерзлого грунта за счет порового льда, т. е. льда, находящегося в его порах и цементирующего минеральные частицы грунта (льда-цемента);

W_n — влажность мерзлого грунта за счет содержащейся в нем при данной температуре незамерзшей воды;

W_r — влажность мерзлого грунта, расположенного между ледяными включениями (W_T = W_n + ^н).

Значения W_c,    W_n    и    W_r    выражаются    в    долях    едини

цы, причем W_c> W_B и W_T определяются опытным путем, a вычисляется из формулы [1(1)]. Значение W_B также допускается вычислять из формулы [1(1)], а 1Рн—-согласно указаниям п. 2.12.

Суммарная льдистость мерзлого грунта Л_с в долях единицы, определяемая отношением содержащегося в нем объема льда к объему мерзлого грунта, равна:

где    Л_в—льдистость грунта за счет ледяных вклю

чений в долях единицы, определяемая по формуле

19

УДК 624.13d : 624.15

Рекомендовано к изданию решением секции ученого совета И И КОС П им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР

Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах/НИИ оснований и подзем, сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР. — М.: Стройиздат, 1980.-е. 303.

Составлено к главе СНиП Ц-18-76 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» и содержит вспомогательные материалы, детализирующие эти нормы, а также примеры расчета.

Для инженерно-технических работников проектных и изыскательских организаций, обслуживающих строительство промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений, а также строительство мостов и водопропускных труб в районах распространения вечномерзлых грунтов.

Табл. 73, ил. 34

30213—480

** 047(01)-80 ^ИистРУкт.-нормат., I вып.-79-80.    3202000000

© Стройиздат, ltfi

П ₌    __

^в Тл + Т5(^с-0,1Г„)’

Л_ц — льдистость грунта за счет порового льда в долях единицы;

Ym — объемный вес грунта в мерзлом состоянии, кгс/см³;

Vs — удельный вес грунта, кгс/см³;

У л — удельный вес льда, принимаемый равным 0,0009 кгс/см³;

Г_с, W_B и ^--значения те же, что и в формуле [1(1)].

2.7.1.    Суммарная влажность вечномерзлого грунта W_c является его важнейшей характеристикой, которая необходима для определения основных категорий влажности и льдистости грунтов, требуемых для расчета оснований по принципам 1 и II использования вечномерзлых грунтов.

Для крупнообломочных грунтов значения W_c устанавливаются по материалу заполнителя (для определения деформационных и прочностных характеристик вечномерзлых грунтов) и на весь объем грунта (для теплотехнических расчетов).

2.7.2.    Физические и механические свойства вечномерзлых грунтов зависят от характера распределения в них льда. Поэтому для них дополнительно различают отдельные категории влажности и льдистости, выделяемые в соответствии с криогенным строением грунта.

2.7.3.    Влажность вечномерзлого грунта между ледяными включениями (влажность минеральных прослоек) W_t включает в себя влажность за счет порового льда-цемента W_B и влажность за счет незамерзшей воды W_H (п. 2.12). Соотношение количеств W_B и W_B зависит от температуры грунта при практически неизменном значении W_T для данного вида грунта.

2.7.4.    При отсутствии опытных данных по грунтам, а также при грунтах тонкослоистой и мелкосетчатой, среднеслоистой и среднесетчатой криогенной текстуры (п. 2.8.1) влажность W_T для незасоленных глинистых грунтов допускается принимать равной W_p+ 0,03, где W_p — влажность грунта на границе раскатывания, а для засоленных грунтов определяется расчетом (п. 2.11,2); для крупнообломочных грунтов и песков значение W_r принимается равным Wc.

2.7.5.    Влажность и льдистость вечномерзлого грунта за счет порового льда и Л_в характеризуют соответственно весовое и объемное количество льда, находящегося в порах грунта и цементирующего его частицы. Если минеральные частицы -полностью окружены льдом и не соприкасаются между собой, то поровый лед называется базальным. Базальный лед-цемент характерен для распученных льдом крупнообломочных грунтов и песков средней крупности и крупных.

2.7.6.    Влажность и льдистость вечномерзлых грунтов за счет ледяных включений W_B и Л_в учитывают содержащиеся в грунтах обособленные включения льда в виде прослоек, линз и др. Значения Л_в и Wb характеризуют возможную осадку мерзлого грунта при его оттаивании и уплотнении под собственным весом. Так, например, при Л_в=0,2 в слое грунта толщиной 100 см содержатся прослойки и другие включения льда общей толщиной 20 см, и при оттаивании этого слоя возможна максимальная осадка до 20 см.

20

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ............ 4

t. Общие положения........... 6

2.    Номенклатура грунтов основания ....... 14

3.    Основные положения проектирования оснований и фундаментов ............... 30

Выбор принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве основания.............30

Использование грунтов оснований в мерзлом состоянии (принцип I)............... 40

Температурный режим вентилируемого подполья    ...    42

Использование грунтов оснований в оттаивающем и оттаявшем состоянии (принцип И).........68

Требования к инженерной подготовке территории и к охране

окружающей среды............76

Глубина заложения фундаментов........78

Глубина сезонного оттаивания и промерзания грунтов .    .    78

Расчет оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения......85

4.    Расчет оснований и фундаментов.......95

Общие указания............ 95

Расчет оснований, используемых по принципу    I    102

Расчет оснований, используемых по принципу II . .    .    .    150

Глубина оттаивания грунта под зданиями    и сооружениями .    156

5.    Особенности проектирования оснований и фундаментов на

засоленных вечномерзлых грунтах........223

в. Особенности проектирования оснований и фундаментов на сильнольдистых вечномерзлых грунтах и подземных    льдах    228

7.    Особенности проектирования оснований и фундаментов на

заторфованных вечномерзлых грунтах......247

8.    Особенности проектирования оснований и фундаментов на

вечномерзлых грунтах в сейсмических районах ....    251

9.    Особенности проектирования оснований и фундаментов мостов и водопропускных труб.........258

Приложение 1. Последовательность расчета оснований, используемых по принципу I (с сохранением мерзлого состояния

грунтов) .     265

Приложение 2. Последовательность расчета оснований, используемых по принципу II (с допущением оттаивания вечномерзлых грунтов)............277

Приложение 3. Пример расчета фундаментов здания, возводимого с сохранением мерзлого состояния    грунтов основания. 286

Приложение 4. Пример расчета фундаментов здания, возводимого на вечномерзлых грунтах, оттаивающих в процессе его эксплуатации.............295

1*    а

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Руководстве рассматриваются вопросы проектирования оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах, включая сильнольдистые, засоленные и заторфованные грунты, а таже подземные льды; учитываются особенности проектирования в сейсмических районах.

В Руководстве приведен текст главы СНиП II-18-76, выделенный слева вертикальной чертой. К каждому из пунктов главы СНиП даны подпункты Руководства, в которых поясняются требования главы СНиП, даются рекомендации о порядке применения их, приводятся различные вспомогательные данные и примеры расчета по формулам главы СНиП.

Нумерация формул, рисунков и таблиц двойная — первый номер соответствует сквозной нумерации Руководства, а второй, если он есть,—нумерации главы СНиП. Если формула дается только в Руководстве дополнительно к главе СНиП, то указывается сквозной номер Руководства.

Последовательность расчета оснований и примеры расчета фундаментов приведены в приложениях к Руководству.

Руководство разработано ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР (НИИОСП) при участии Ленинградского зонального научно-исследовательского и проектного института типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий (ЛенЗНИИЭП) Госгражданстроя СССР, института Фундаментпроект Минмонтажспецстроя СССР, Красноярского ПромстройНИИпроекта Минтяжстроя СССР и Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства (ЦНИИС) Минтрансстроя.

Руководство составляли: раздел 1 «Общие положения» — канд. геол-мин. наук Д. И. Федорович, канд. техн. наук В. Ф. Жуков, доктора техн. наук, профессора С. С. Вялов и | Г. В. Порхаев| (НИИОСП); раздел 2 «Номенклатура грунтов основания»— канд. геол-мин. наук Д. И. Федорович, д-р техн. наук, проф. |Г. В. Пор-хаев|, канд. техн. наук В. Ф. Жуков, д-р техн. наук, проф. С. С. Вялов, инж. Е. А. Левкович (НИИОСП); раздел 3 «Основные положения проектирования оснований и фундаментов» — доктора техн. наук, профессора|Г. В. Порхаев), С. С. Вялов, канд. техн. наук В. Ф. Жуков, канд. геол.-мин. наук Д. И. Федорович, канд. техн. наук Ю. О. Таргулян, А. В. Садовский, инж. Е. А. Левкович (НИИОСП), канд. техн. наук А. А. Колесов (Фундаментпроект), д-р техн. наук В. В. Докучаев, кандидаты техн. наук Л. И. Неймарк, Д. Р. Шейнк-ман (ЛенЗНИИЭП), канд. техн. наук Н. М. Глотов (ЦНИИС); раздел 4 «Расчет оснований и фундаментов» — доктора техн. наук, профессора )г. В. Порхаев|, С. С. Вялов, канд. техн. наук. Ю. В. Монголов, инженеры М. Э. Слепак, С. М. Тихомиров (НИИОСП), д-р техн. наук В. В. Докучаев, кандидаты техн. наук Д. Р. Шейнкман, Л. И. Неймарк, инженеры А. С. Герасимов, А. И. Золотарь, Н. Л. Кокорина, В. Г. Позовская (ЛенЗНИИЭП), канд. техн. наук А. А. Колесов, инж. С. В. Крижановский (Фундаментпроект), канд. техн. наук С. И. Гриб (Красноярский ПромстройНИИпроект); раздел 5

4

«Особенности проектирования оснований на засоленных вечномерзлых грунтах» и раздел 6 «Особенности проектирования оснований ка сильнольдистых вечномерзлых грунтах и подземных льдах» —д-р техн. наук В. В. Докучаев, канд. техн. наук Д. Р. Шейнкман (Лен-ЗНИИЭГ1); раздел 7 «Особенности проектирования оснований и фундаментов на заторфованных вечномерзлых грунтах»—канд. техн. наук Л. Т. Роман, канд. геогр. наук А. А. Коновалов (Красноярский ПромстройНИИпроект), канд. геол.-мин. наук Д. И. Федорович; раздел 8—«Особенности проектирования оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах в сейсмических районах» — д-р. техн. наук В. А. Ильичев, канд. техн. наук Ю. В. Монголов (НИИОСП), канд. техн. наук С. И. Гриб (Красноярский ПромстройНИИпроект); раздел 9 «Особенности проектирования оснований и фундаментов мостов и водопропускных труб» — канд. техн. наук Н. М. Глотов, доктора техн. наук А. А. Луга, Н. А. Перетрухин, канд. техн. наук Э. А. Аблогин, кандидаты техн. наук А. А. Опарин, К. С. Завриев (ЦНИИС).

Руководство разработано под общей редакцией докторов техн. наук, профессоров | Г. В. Порхаева), С. С. Вялова, В. В. Докучаева, канд. геол.-мин. наук Д. И. Федоровича и канд. техн. наук Д. Р. Шейнкмана. Общее руководство работой осуществлялось

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1,    Нормы настоящей главы должны соблюдаться при проектировании оснований, свайных фундаментов и фундаментов на естественном основании зданий и сооружений, возводимых на территории распространения вечномерзлых грунтов. Схематическая карта распространения вечномерзлых грунтов на территории СССР приведена в главе СНиП II-A.6-72 «Строительная климатология и геофизика».

Нормы настоящей главы, кроме пп. 1.2—3.2, не распространяются на проектирование оснований гидротехнических сооружений, земляного полотна автомобильных и железных дорог, аэродромных покрытий и фундаментов машин с динамическими нагрузками.

Примечание. Требования пп. 1.2—3.2 главы СНиП II-18-76 распространяются на проектирование оснований на вечномерзлых грунтах всех видов зданий и сооружений.

1.1.1.    Проектирование оснований гидротехнических сооружений, земляного полотна автомобильных и железных дорог, аэродромных покрытий и фундаментов машин с динамическими нагрузками регламентируется специальными нормативными документами и в настоящем Руководстве не рассматривается, за исключением положений пп. 1.2—3.2, которые имеют общий характер и распространяются на все виды сооружений.

1.1.2.    На схематической карте распространения вечномерзлых грунтов (рис, 1) показана южная граница области с вечномерзлыми грунтами, выделены районы с различной толщиной слоя вечномерзлых грунтов и даны изолинии температуры грунта на глубине 10 м. Нанесенные на карте значения температур на глубине 10 м приближенно соответствуют среднегодовой температуре грунта в неизмененных природных условиях.

Схематическая карта распространения вечномерзлых грунтов отражает общие региональные закономерности изменения инженерногеокриологических условий и предназначается для предварительной оценки условий строительства в данном географическом районе и определения основных требований к проектированию оснований зданий и сооружений. При этом следует иметь в виду, что инженерно-геокриологические условия строительных площадок могут существенно отличаться от приведенных на карте региональных данных в зависимости от рельефа местности, состава грунтов, характера растительности, экспозиции склонов, наличия водотоков, толщины снежного покрова и т. п. Даже в северных районах области распространения вечномерзлых грунтов могут встречаться участки с талыми грунтами (например, на широте Норильска и севернее), а к югу от южной границы — участки с вечномерзлыми грунтами. Для уточнения в отдельных районах наличия или отсутствия вечномерзлых грунтов можно пользоваться табл, I главы СНиП II-A.6-72 и имеющимися материалами изысканий в данном или смежных районах. Конкретные мерзлотно-грунтовые условия строительной площадки устанавливаются только на основании изысканий.

1.2.    Основания и фундаменты зданий и сооружений, возводимых на территории распространения вечномерзлых грунтов, должны проектироваться на основе результатов инженерно-геокриологических (инженерно-геологических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических) изысканий и исследований, выполненных в

соответствии с требованиями глав СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства, а также с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей проектируемых зданий и сооружений, в том числе:

теплового и механического взаимодействия зданий или сооружений с грунтами основания;

размеров, вида конструкций, технологического назначения и режима эксплуатации зданий или сооружений;

действующих на фундамент нагрузок и воздействий.

1.2.1, Тепловое и механическое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами зависит от свойств грунтов оснований, конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений, нагрузок, передаваемых фундаментами на грунты, и других факторов.

Тепловое влияние зданий и сооружений на вечномерзлые грунты обусловливается размерами, технологическим назначением зданий и сооружений, их эксплуатационным режимом и приводит к изменению прочностных и деформационных свойств грунтов оснований. На температурный режим грунтов оснований также оказывают влияние изменение толщины снежного покрова и уровня грунтовых вод, прокладка санитарно-технических коммуникаций и др.

Особенно большое влияние на тепловой режим грунтов оснований могут оказывать здания и сооружения с большими тепловыделениями, а также здания с «мокрым» технологическим процессом (обогатительные фабрики, заводы железобетонных изделий с пропарочными камерами, мойки автомашин и пр.). Тепловые потоки в грунт и утечки воды под такими зданиями приводят к изменению температуры грунтов оснований, их неравномерному протаиванию и деформациям зданий и сооружений. Поэтому при проектировании зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, рекомендуется предусматривать соответствующие мероприятия по регулированию и управлению температурным режимом грунтов оснований, устранению протаивания и попадания в них воды.

Поскольку прочностные и деформационные свойства мерзлых грунтов, а следовательно, расчетные давления на грунты оснований определяются не только составом грунта, но и количеством содержащегося в нем льда и его температурой, механическое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами устанавливается с учетом мерзлотно-грунтовых условий участка строительства и характера теплового взаимодействия сооружений с грунтами оснований.

1.3. В материалах по инженерно-геокриологическим изысканиям должны быть:

а)    данные, характеризующие инженерно-геокриологические условия строительной площадки (распространение и залегание вечномерзлых грунтов, их состав, сложение, строение и температурный режим, толщина слоя сезонного оттаивания и промерзания, сведения о мерзлотных процессах, о климатических условиях района строительства и др.);

б)    результаты полевых и лабораторных исследований и испытаний грунтов, включая определения характеристик мерзлых грунтов (п. 2.6) и грунтовых вод (п. 2.15);

в)    исходные данные, необходимые для прогнозирования возможных изменений мерзлотных и гидрогеологических условий строительной площадки;

с    Схематическая карта распространяя яечя

То же, толщиной 5on ее500м

~ Участки распространен \ а л ния вечномерзлых грин-w\ той толщиной болееШн