Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов с предпостроечным оттаиванием вечномерзлых грунтов

МНН ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ■ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НИИОСП ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ННН имени Н.М. ГЕРСЕВАНОВА

Госстроя ссср

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И УСТРОЙСТВУ

ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ С ПРЕДПОСТРОЕЧНЫМ ОТТАИВАНИЕМ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ >ием Н.М. ГЕРСЕВАНОВА

ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И УСТРОЙСТВУ

ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ С ПРЕДПОСТРОЕЧНЫМ ОТТАИВАНИЕМ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

В перечне материалов изысканий, определяемом в основ ном указаниями СНмП П-Б.6-66 и РСН 31-69, должно быть предусмотрено получение характеристик грунтов (в соответствии с пп. 1,9-1Л5 настоящих Рекомендаций), позволяющих выбрать принцип использо -вания вечномерзлых грунтов и произвести необходимые теплотехнические и статические расчеты основания.

1.4.    Предпостроечное оттаивание вечномерзлых грунтов должно выполняться способом принятым в проекте оснований и фунда -ментов и разработанным в специальном проекте технологии произ -водства работ по оттаиванию и упрочнению.

В проекте производства работ по устройству основания и фундаментов должны быть, как непременная часть проекта, календзр -ные сроки работ. Всякие отступления от назначенного способа оттаивания и сроков его осуществления должны согласовываться с проектной организацией с тем, чтобы не были нарувены основн ы е проектные условия.

1.5.    Контроль за выполнением проекта в отновении объема оттаивания вечномерзлых грунтов в основании и улучшения качест в а оттаявших грунтов выполняется согласно специально составленному к данному проекту перечню-памятки работ по контролю. В переч н е работ приводятся контрольные численные значения контура оттай -вания массива основания, осадок основания в ряде точек, прочностных характеристик и т.п. (см. п.п. 3-73-3.80).

1.6.    К приемке здания или сооружения в эксплуатацию должны быть подготовлены строительной организацией все материалы наблюдений за осадкой основания и температурой грунтов в основании и др. материалы, отраженные в перечне-памятке,для соблюдения правил эксплуатации принятого объекта.

Предварительное определение необходимости предпостроечного оттаивания вечномерзлых грунтов в основании

1.7.    Предварительное определение необходимости предпостроечного оттаивания мерзлых грунтов в основании на намеченной к освоению строительной площадке производится для установления в программе инженерно-геокриологических изысканий перечня иссле -дований и объема работ, а также для предварительных проект н ых предположений по планировке, коммуникациям зданий и сооружений.

Необходимость предпостроечного оттаивания вечномерзлых грунтов в основании обосновывается:

-    общими, предварительно собранными или ориентировочны м и сведениями о геокриологических условиях, характеризуемых географическим положением стройплощадки на схематической карте распространения вечномерзлых грунтов (в СНиП П-Б.6-66), средней п о району температурой вечномерзлых грунтов, наиболее распростра -ненным в районе и возможным на строительной площадке соста в о м грунтов, льдистостью, встречающимися криогенными явлениями (со -лифяюкцией, термокарстом, морозобойнымн трещинами, жильными льдами, грунтовыми водами, наледями и др.), пространственным залеганием вечномерзлых грунтов и возможным на площадке положением верхней и нижней поверхности вечномерзлой толщи;

-    технологическими особенностями проектируемого здания или сооружения (температурой внутри объекта и процессом производст -ва - мокрый, горячий и т.п.) и его размерами;

-    местным опытом проектирования и строительства, а так к е эксплуатационным состоянием вблизи расположенных объектов, воз -веденных по I или П принципу использования вечномерзлых грунтов в основании.

Предпостроечное оттаивание основания здания или сооружен и я может прежде всего потребоваться:

а)    при температуре вечномерзлого грунта выше -1°С, когда аю-номически нецелесообразно или технически сложно применить первый принцип использования вечномерзлых грунтов;

б)    при льдистых вечномерзлых грунтах на площадке, о чем могло быть установлено косвенными сведениями, а также предположи -тельно, если окружающие эксплуатируемые здания возведены н а предварительно оттаяввих грунтах;

в)    при мокром процессе производства, когда возможны утечки воды в грунт, а вследствие этого непредвиденное оттаивание веч -номерзлого грунта в основании;

г)    при высокой температуре внутри помещения, при нали ч и и локальных теплоисточников (печей, каналов или дымоходов с раскаленными газами и др.), которые могут вызвать местное оттаивание основания и, следовательно, неравномерную осадку здания или со -

оружения;

2. Если известны суммарная влажность W_c вачномерзл ого грунта, то относительная осадка

% - 1,15 W_r 0,35 * W_c ⁹

- влажность минеральных прослоек в долях единицы, равная, примерно, влажности на пределе раскатывания ( W_P )плюс 0,03. Для песчаных, гравелистых грунтов и грунтов с монолитной криогенной текстурой W_r соотвотвует уплотненному состояние.

3. Если известна величина осадки окружающих близраспсложенных зданий с аналогичными условиями проектирования и эксплуата -ции, то ожидаемую осадку проектируемого здания и характер осадки можно предположить примерно такими же.

Требования к инженерно-геокриологическим (инженерно-геологическим и мерзлотным) изысканиям и исследованиям

1.9. Материалы изысканий и исследований должны содерж а т ь все сведения, необходимые для расчета основания и фундамент о в проектируемых объектов.

Основные положения по выполнению инженерно-геокриологических изысканий и исследований на заданных площадках для проектирования оснований с предпостроечным оттаиванием вечномерз л ы х грунтов, фундаментов на оттаявшем основании и технологии работ по оттаиванию и упрочнению оттаивающих грунтов оснований уста -навливаются руководствуясь п. 1.3 и п. 1.4 СНиП П-Б.6-66 с учетом пп. 3.14-3.17 и 5.22-5.30 этой же главы, СНиП П-А.13-68"Инженерное изыскания для строительства. Основные положения", РСН-31-69 "Указания по производству инженерно-геологических изысканий в районах распространения вечномерзлых грунтов", а так ж е настоящими Рекомендациями.

Ори изысканиях в сейсмических районах и районах с особыми условиями необходимо учитывать специальные указания СНиП.

X*10. В материалах изысканий характеристика инженерно-ге -окриологических условий строительной площадки должна быть сос -тавлена с учетом имеющихся фондовых материалов по району в це -лом и в том числе по прилегающим и аналогичным участкам.

12

Особенно рекомендуется собирать сведения о способах уст -ройства оснований и фундаментов, коммуникаций, дорог и о Ирин -ципе использования вечномерзлых грунтов в основании окружающих зданий.

Состав изыскательских работ и программа их выполнения на заданной пдоцадке устанавливаются по возможности после предварительного заключения о предполагаемом принципе использован и я вечномерзлых грунтов и, в том числе, о целесообразности или неизбежности применения предпостроечного оттаивания для каад ого здания или сооружения.

1Л1. Для проектирования основания по П принципу с предпо -строечным оттаиванием вечномерзлых грунтов необходимы следую* и е основные данные изысканий об этих грунтах в их естественном за -легации и после оттаивания и уплотнения под собственным весом и нагрузкой.

1)    Характер распространения вечномерзлых грунтов в райо н е строительной площадки (сплошное или островное, типичные участки распространения в районе), характер залегания птолщи вечномерз -дых грунтов (близко от поверхности, когда сезонное промерза н ие сливается с толщей вечномерзлых грунтов, иля глубоко - ниже слоя

сезонного промерзания), глубина (ориентировочно) расположен и я нижней поверхности толщи вечномерзлых грунтов, гидрогеологическая характеристика района, криогенные явления на площадке и вокр у г нее, которые могли бы повлиять на устойчивость проектируемых зданий и сооружений.

2)    Положение верхней поверхности вечномерзлых грунтов под проектируемым зданием, установленное при бурении скважин и путем измерения температуры, а также толща льдистых грунтов, входящих в зону оттаивающего основания.

3)    Температура вечномерзлых грунтов на глубине 10 м (согласно СНиП П-Б.6-66 - расчетная температура).

4)    Состав и описание грунтов с указанием на инженерно-гео -логических разрезах; для слоев глинистых и песчаных грунтов особо тщательно отмечается наличие крупнообломочных элементов; залегание в плане слоев грунтов каждой литологической особенности на площадке.

5)    Влажность мерзлых и немерзлых грунтов, засоленность, агрессивность грунтовых вод в отношении материалов конструкций.

13

6)    Криогенная текстура мерзлых грунтов в пределах зоны оттаивания в эксплуатационный период под зданием. Характеристика криогенной текстуры додкна составляться на каждый вид слоев вечномерзлого грунта, встречаедийся на обследуемой строитель ной площадке.

7)    Наличие хорошо дренирующих сдоев грунта по которым после оттаивания может уходить (или приходить) грунтовая вода и оказывать тепловое влияние.

8)    Общие соображения (прогноз) об изменении условий теплообмена на поверхности земли в результате застройки территории и изменений в состоянии поверхности земли, например, в случае уменьшения иля увеличения отложений снега, расположения тротуара или дороги, которые влияют на формирование температурного рек яма грунтов и т.п.

I.I2. Технический отчет о результатах инженерно-геокриологических изысканий и исследований должен содержать сведения:

а)    о климатических условиях района строительства, имеющих значение для производства работ (температура воздуха в течени е года, ветер, осадки и в первую очередь сведения о снегозаносах);

б)    о сейсмических условиях, уточненные для обследуемой площадки, а также учитываемые в районе;

в)    о геокриологических условиях (по п. I.II) на строительной площадке.

В материалах инженерно-геокриологических изысканий доля в ы содержаться данные обеспечивающие при проектировании:

-    обоснование решения о выборе Q принципа использова н и я вечномерзлых грунтов в качестве основания;

-    выбор основания, расчет его и обоснование необходимости в экономически целесообразном объеме предпостроечного оттаива -ния ж упрочнения вечномерзлых грунтов в основании, выбор и расчет способа предпостроечного оттаивания и технологии его осуществления;

-    выбор типа фундамента, определение его размеров, глубины заложения, осадки под нагрузкой.

В отчете должны быть сообщены примененные при изыскани я х методы лабораторных и полевых исследований грунтов.

УДК 624.139.15

Л-03783. Подписано V иечати 10/УП-1874г. Тяр«* 800 экз. Форм.бум.60x80/18. Уч.-мзд.л. 7.6. Зая. 14393 lit, а а 37 коп. Отпечатано а Производственных экспериментальных мастерских ЦИНИСа Госстроя СССР

© Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательскжй институт оснований и подземных сооружений имени н.М.Герсеванова, 1974 г.

АННОТАЦИЯ

В "Рекомендациях по проектированию и устройству основан и й и фундаментов с предпостроечным оттаиванием вечномерзлых груя -тов" содержатся основные положения установления необходимое т и предлостроечного оттаивания вечномерзлых грунтов в основа н я и зданий и сооружений, расчета глубины оттаивания, выбор способа оттаивания - гидрооттаивание, электрооттаивание - техноло г и и производства работ по оттаиванию, проектирования фундаментов, а также указан порядок и объем работ по контролю выполнения за -проектированной подготовки основания.

В Рекомендациях приведена новая система единиц (СИ), а для представления о соотношении в скобках сохранена старая система.

Рекомендации одобрены НТС Госстроя РСФСР (протокол #18-2 от 18 сентября 1973 г.) для применения в проектировании и уст -ройстве оснований и фундаментов в районах распространения веч -номерзлых грунтов.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Предисловие .................... 5

ГЛАВА I* Основные предпосылки проектирования оснований и фундаментов с предпостроечным оттаиванием вечномерзлых грунтов

Общие положения............ 8

Предварительное определение необходимости предпостроечного оттаивания вечно -мерзлых грунтов в основании ...... 9

Требования к инженерно-геокриологичес -ним (инженерно-геологическим и мерзлотным) изысканиям и исследованиям    ....    12

Характеристики грунтов, необходимые для расчета оснований..... 15

ГЛАВА П. Проектирование оснований и фундаментов с предлостроечным оттаиванием вечномерзл ы х грунтов

Общий порядок проектирования    основания    ^

Расчет аоны оттаивания вечномерзлых грунтов в основании проектируемого здания...    28

Примеры расчета ............. 32

Расчет осадки оттаивающего основания ...

Определение необходимой глубины предпо -строечного оттаивания основания ..... 51

Расчет несущей способности оснований уложенных оттаявшими грунтами ....... 5?

Учет влияния на устойчивость здания по -следующего в эксплуатационный период оттаивания нижней части основания ..... 39

Типы фундаментов, применяемых на оттаявших грунтах............... 60

3

Стр.

ГЛАВА Ш* Проектирование предпостроечного оттаивания вечномерзлых грунтов в основании и произ -водство работ

Основные положения ........... 64

Способы оттаивания вечномерзлых грунт о в в основании и условна    их применения    65

Проектирование иглового гидроотаивания    69

Проектирование электрооттаивания • . •    .    78

Выбор способа оттаивания мерзлых грунтов    88

Организация работ'по предпостроечн ому оттаивание мерзлых грунтов ....... 89

Злектрооттаивание ........... 89

Гидрооттаивание......... ..    93

Контроль выполнения работ ........ %

ГЛАВА 1У.Техника безопасности ........... 100

ГЛАВА У. Основные положения правил эксплуатации зданий ................ .    ..    103

Приложения..................... 105

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

В главе СНлП П-В.6-66 "Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах* Нормы проектирования" даны указания по применение Q принципа использования вечномерзл ы х грунтов в качестве оснований и в том числе с предлостровным их оттаиванием*

Больной опыт строительства и эксплуатации зданий во мно -гих районах области распространения вечномерзлых грунтов убе -дительно иллюстрирует на ряде примеров, что применение П принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве основав и й как правило связано с необходимостью проведения предпостроеч -ного улучшения несущей способности основания путем предвари -тельного, до возведения здания, его оттаивания, а в некоторых случаях и искусственного упрочнения*

Если случаев полного разруоения зданий, возведенных на вечномерзлых грунтах с допущением оттаивания^Вэкспдуатационны й период было сравнительно мало, то случаев деформаций при которых временно прекращалась эксплуатация зданий и производил с я капитальный ремонт или восстановление, было много* Это вызывало большие дополнительные затраты на предприятиях.

О целесообразности предпостроечного оттаивания вечномерзлых грунтов в основании и о подходах к решению задач по проектированию и строительству довольно много сказано в научно-технической литературе. В Магаданской области выполнены больш и е научные исследования по применению гидрооттайки мерзлых грун -тов научным сотрудником BHJdid—I Т.А. Айдла и др. Им же осуществлялась практическое внедрение сиособа. Известны научные ж практические работы на Европейском Севере и др. районах. Однако в них освещались лишь отдельные стороны вопроса.

Из-за отсутствия надлежащего руководства не только задерживалось внедрение способа устройства оснований с предпостро -ечным оттаиванием, во могли быть в практической работе случаи некачественного экономически неоправдываемого проектирования и

строительства*

Основные общие рекомендации по проектированию оснований с предо ос троечным оттаиванием вечномерзлых грунтов были изложены в "Пособии по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах" (1969 г.), а рекомендац и и по производственному выполнению предпостроечного оттаивания с помощью электричества - в "Указаниях по применению электри -ческого метода предпостроечного оттаивания и уплотнения вечно -мерзлых грунтов оснований зданий и сооружений" (1963 г.), по оттаиванию крупнообломочных грунтов с помощью воды ("гидроттай-ка") -в "Инструктивных указаниях по жгловой гидрооттайке мерзлых грунтов" (1962 r._t 196^ и др.). Эти указания являются библиографической редкостью.

Настоящие Рекомендации составлены по заданию Госстроя РСФОР в помощь широкому внедрению способа устройства фундаментов с предварительным оттаиванием вечномерзлых грунтов в основан и и. При составлении Рекомендаций были учтены и использованы выше -упомянутые Указания, литературные источники и опыт проектирования в последние годы. В большой степени были также использованы "Рекомендации по выбору рациональной глубины предпостроечно г о оттаивания оснований зданий и сооружений и определению оптимальных условий применения этого метода", разработанные в НШОСП в 1970 году (авторы В.Д. Пономарев и В.Ф. Жуков).

В настоящих Рекомендациях излагаются способы расчета оттаивания вечномерзлых грунтов и осадки оттаивающих грунтов в ос -новации, способы и выбор технологии работ по оттаиванию, реко -мендации по проектированию фундаментов, а также контроль их выполнения в период постройки и эксплуатации. При подготовке текста был проанализирован и использован пример проектного решения основания и фундаментов завода железобетонных изделий в Сеймча-не Магаданской области с предпостроечным оттаиванием вечномерзлых грунтов, разработанный Фундаментпроектом Минмонтажспецстроя СССР (главный инженер проекта А.А. Колесов).

Целесообразность предпостроечного оттаивания мерзлых грунтов в основании обоснована сравнением технико-очономической эффективности с современными способами устройства и эксплуатации зданий на Севере.

Рекомендации подготовлены в лаборатории № 10 НИИоснован и й и подземных сооружений имени Н.М. Герсеванова Госстроя СССР , Москва, 1-389, 2-я Институтская ул., дом 6.

Автор текста ст.научн. сотр. Жуков В.Ф.

В связи с положением о переходе в СССР на международную систему единиц физических величин (СИ) и указанием о представлении для издания рукописей на базе системы единиц СИ, в настоящих Рекомендациях приведена новая система единиц, а для Представлен и я о соотношении в скобках сохранена старая система.

7

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ С ПРЕДПОСТРОЕЧНЬМ ОТТАИВАНИЕМ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ Общие положения

I.I. Настоящие Рекомендации составлены в

-    развитие СНяП П-Б.6-66 "Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования" по применению П принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве основания с предпостроечным оттаиванием и упрочнением;

-    развитие СНиП Ш-Б.3-73 "Основания и фундаменты. Прави л а произвбдства и приемки работ" по вопросам, относящимся к осуществлению предпостроечлого оттаивания вечномерзлых грунтов в осно -вании.

Рекомендации предназначены для случаев проектирования, когда вечномерзлые грунты в основании характеризуются таким дьдосо-держанием, при котором в случае их оттаивания происходит осадка возведенного на них здания или сооружения более допустимой.

Применяя положения настоящих Рекомендаций надлежит руководствоваться указаниями СНиП.

1.2* Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений с предпостроечным оттаиванием вечномерзлых грунтов и тех -нологжж работ по оттаиванию и упрочнению оттаивающих грунтов оснований должно выполняться на основе материалов инженерно-геологических и мерзлотных (инженерно-геокриологических) изысканий и исследований; решение по способу оттаивания и технологии произ -водства работ, а также по объему предпостроечных работ дол ж н ы быть обоснованы инженерными и технико-экономическими расчетами.

Технико-экономическая оценка проектируемых объектов произ -водится путем сравнения по вариантам приведенных затрат (см."Инструкцию по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительстве", СН 423-71).

1.3. Инженерно-геокриологические изыскания и исследован и я должны выполняться в соответствии с техническим заданием заказ -

чжка и согласованной программой работ на изыскания.