УДК 551.34

Устройство намывных грунтов в качестве основания сооружений в условиях криолитозоны

Кормина Александра Алексеевна – студент Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета

Аннотация: Развитие производительных сил северных районов вызывает необходимость соответствующего объёма строительства жилищного фонда и других объектов инфраструктуры. При этом для строительства в первую очередь выбирают благоприятные участки, площадь которых существенно сокращается. В данной обзорной исследовательской работе рассматривается опыт строительства на намывных грунтах в пойме реки Лена в г. Якутске в условиях криолитозоны. Целью данного исследования было провести анализ опыта проектирования на намывных территориях в условиях криолитозоны и выделить основные проблемы и правила строительства, а также разработать подходы к проектированию фундаментов и подземных частей зданий. На основе проведённого анализа были сделаны выводы о выборе принципа строительства при проектировании фундаментов на насыпном основании.

Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты, намывные грунты, криолитозона, вечная мерзлота, I принцип строительства, II принцип строительства, 202, 203 микрорайон.

Площадь распространения криолитозоны в России занимает 60-65% от всей территории страны, что составляет около 11 млн км² [1]. Максимальная мощность вечной мерзлоты может достигать до 1500 м.

Рисунок 1. Распространение многолетнемерзлых грунтов по территории России [1].

Одной из основных сложностей при гражданском строительстве в условиях криолитозоны является нестабильность грунта. Мерзлота обладает высокой прочностью и устойчивостью, но при размораживании становится пластичной и может вызвать деформации и опасности для зданий и инженерных сооружений.

Еще одной сложностью является проблема оттаивания мерзлого грунта под действием тепла, выделяющегося от зданий и коммуникаций. Это может привести к нежелательным деформациям, пучению грунта и снижению его несущей способности. Поэтому необходимы специальные инженерные решения для управления тепловыми процессами и предотвращения замерзания или оттаивания грунта [2].

В России, в условиях криолитозоны, намывной метод создания оснований сооружений распространён в Западной Сибири и в Якутии. Так, по данным ЗАО «Уренгойгидромеханизация», за период с 1978 по 2006 гг. в тело различных сооружений в Западной Сибири уложено свыше 116,9 млн м³ песчано-гравийного материал, а в г. Якутске при инженерной подготовке оснований и сооружений объем намывного грунта составил около 800 тыс. м³ [3].

Главным подходом строительства сооружений на намывных грунтах, ввиду отсутствия опыта использования намывных территорий со сложными мерзлотно-гидрогеологическими условиями, являлся проектирование фундамента по I принципу строительства, а именно сохранение мерзлого состояния грунта в течении всего периода эксплуатации здания или сооружения [4].

Для реализации этого утверждения, проводился опыт на примере строительства 202-микрорайона г. Якутск. Проверялось предположение, что после намыва грунта мерзлота пойдет выше и распространится на всю территорию намывных грунтов, но это оказалось не так.

Согласно исследованию [5], жилые дома построенных на территории 202-микрорайона эксплуатировались с нарушением установленных норм. Случались аварийные утечки воды из тепловыделяющих инженерных сетей, местами такие утечек приводили не только к полному таянию новообразованных мерзлых толщ, но и повышали до положительных значений температур намытых и подстилающих грунтов.

В период с 2009-2015 гг. проводились регулярные замеры температуры грунта в 202- микрорайоне, по разрезам 4-х буровых скважин. Выполнение замеры позволяют судить о тепловом состоянии намывных грунтов на разных уровнях разрезов.

Распределение максимальной (tмакс), минимальной (tмин) и средней (tср) температуры грунта с глубиной в период с 2009 по 2015 гг.

Также были сделаны выводы, что в теле и основании грунтового массива существуют надмерзлотные талики. Мощность их изменяется от 10-15 м, лишь в отдельных местах на глубине 5 м зафиксировано образование линз многолетнемерзлых пород со средней годовой температурой от –0,3 до –0,6°С. При изучении температурного поля грунтов в 203 -микрарайон, застроенном в 2015-2019 г., установлено, что намытый массив после почти 30-летнего существования находится практически полностью в талом состоянии [6].

а                                                                                                               б

Рисунок 2. Геокриологическое строение и изменение температуры грунтов на участке погребенных увалов (a) и озера (б): 1–3 – литологический состав пород: 1 – техногенный грунт, песок средний, 2–3 – аллювиальные отложения: 1 – песок мелкий; 3 – песок средний; 4 – кровля многолетнемерзлых пород; 5 – граница слоя сезонного промерзания; 6 – водоносный гори- зонт; 7 – интервал сезонных колебаний уровня надмерзлотных вод.

Среди основных причин сохранения таликов можно выделить две главные:

1. Низкая теплопроводность практически сухих песков в верхней части разреза, препятствующая промерзанию грунтов сверху;
2. Существование в основании намывной толщи единого водоносного горизонта, связанного с поверхностными водами р. Лена. Непрерывная фильтрация воды в подошве намывного массива препятствует многолетнему промерзанию грунтов снизу [6].

Благодаря первому опыту строительства на намывных территориях в условиях криолитозоны на Первой Всероссийской научно- практической конференции «203-й микрорайон г. Якутска: научно-технический подход к проектированию и застройке, проблемы и перспективы развития» А.Н. Цеева пришла к выводу, что при строительстве зданий с развитой подземной частью нельзя допускать оттаивания грунтов, подстилающего намывного массива. Также было предложено использовать плитные фундаменты коробчатого сечения, а в пространстве между плитами создавать среду с отрицательной среднегодовой температурой, что приведет к смыканию границы оттаивании-промерзания [7].

На основе проведенного анализа определены направления исследования намывных грунтов в условиях строительства криолитозоны:

1. Исходя из вышесказанного можно сделать вывод о том, что на намывных грунтах в криолитозоне нужно применять не I принцип строительства, а II принцип, как было осуществлено при строительстве 203-микрарайона г. Якутска, так как создание проветриваемых подполий при строительстве на намывных территориях не предотвращает оттаивание и не способствует полному промерзанию грунта.
2. Построенный 202-микрарайон не удовлетворяет требованиям СП 25.13330.2020, так как для I принципа строительства следует соблюдать мерзлое состояние основания на протяжении всего срока эксплуатации, а в настоящий момент основание зданий находится в талом состоянии.
3. В настоящий момент при строительстве на намывных территориях можно применять усиленных плитный фундамент коробчатого сечения с сохранением отрицательной среднегодовой температуры между плитами.
4. Строительство плитного фундамента на намывных грунтах дает возможность использовать пространство первого этажа зданий, а также проектировать подземную часть зданий, в условиях вечной мерзлоты.

Список литературы

1. СП 115.13330.2016. Геофизика опасных природных воздействий. Актуализированная редакция СНиП 22-01-95. – Москва, 2016. – 36 с.
2. Брикетова А.А. Геокриологические процессы, влияющие на деградацию оснований в условиях вечной мерзлоты / А.А. Брикетова, Е.Г. Третьякова // Вестник евразийской науки. – 2022. – Т. 14. – № 3. – URL: https://esj.today/PDF/50SAVNpdf.
3. Инженерное освоение низких пойм рек криолитозоны под гражданское строительство: опыт, проблемы, перспективы / Р. В. Чжан, Н. А. Павлова, В. В. Огонеров, А. Л. Лобанов, М. В. Данзанова. – Текст: электронный // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. – 2020. – Том 25. – № 2. – С. 87-97. – URL: https://doi.org/10.31242/2618-9712-2020-25-2-7.
4. Роман Л.Т., Цернант А.А., Полещук В.Л., Цеева А.Н., Леванов Н.И. Строительство на намывных грунтах в криолитозоне. М.: ИД «Экономика, Строительство, Транспорт», 2008. 323 с.
5. Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России: материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции. 18-20 апреля 2018 г. В 2 т. – Якутск: Издательство Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, 2018. Т.2, 282 с.
6. Чжан Р.В., Павлова Н.А, Огонеров В.В., Лобанов А.Л., Данзанова М.В. Инженерное освоение низких пойм рек криолитозоны под гражданское строительство: опыт, проблемы, перспективы // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2020. Т. 25, № 2. С. 87-97. https://doi.org/10.31242/2618-9712- 2020-25-2-7].
7. Цеева А.Н. Строительство зданий на намывных грунтах в 203-м микрорайоне г. Якутска / А.Н. Цеева // Наука и техника в Якутии. – 2005. – № 1. – С. 64-66.