В представленной работе раскрыто значение влияния морозного пучения на грунты основания фундамента резервуара чистой воды, возможные последствия морозного пучения грунтов его основания, способы и методы защиты конструкций и его устранение.
Ключевые слова: морозное пучение, выпучивание фундаментов, пучинистые грунты, деформации морозного пучения, сезоннопромерзающие грунты.
В процессе эксплуатации резервуары подвергаются воздействию различных видов внешнего и внутреннего нагружения. При этом во всех точках деформируемого объекта возникают сочетания механических напряжений, под действием которых составляющие элементы резервуара обретают сложное напряженно-деформированное состояние. Для обеспечения безопасной эксплуатации необходимо своевременно определять техническое состояние резервуара, уделяя большое внимание анализу напряженно-деформированного состояния всех частей конструкции и основания.
Если сооружение было построено на пучинистых грунтах и не было принято никаких мер по защите его фундамента от морозного пучения, то оно может столкнуться с серьезными проблемами, вплоть до разрушения. Решить проблему морозного пучения очень сложно. Чтобы предотвратить такие проблемы, необходимо принимать меры по защите фундамента здания от морозного пучения. Одним из способов является использование специальных материалов при строительстве фундамента, которые позволяют снизить воздействие морозного пучения. Также можно использовать специальные технологии, например, глубокую заморозку грунта, чтобы предотвратить его деформацию. Важно помнить, что необходимо принимать меры по защите фундамента здания от морозного пучения еще на этапе проектирования и строительства. Это позволит избежать серьезных проблем в будущем и продлить срок эксплуатации здания.
Под явлением морозного пучения подразумевают процесс увеличения объема тонкодисперсных пород при промерзании, это связано с расширением содержащейся в них воды (почти на 9–11 %) и последующим выделением льда. Наиболее активно процесс пучения протекает в глинистых пылеватых и сильно пылеватых породах четвертичного возраста, в основном в породах малой и сравнительно малой степени литификации. Такие породы в инженерной геологии называют «пучинистыми» [1].
Рассмотрим два направления по предотвращению воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты:
Первое направление — исключение, либо же уменьшение пучинистых свойств на грунты основания в зоне их промерзания.
Явление морозного пучения существует при одновременном наличии таких условий — грунт является пучинистым, температура должна быть отрицательной, а влажность определенного значения, в зависимости от породы грунта. В случае отсутствия одного из этих условий процесса пучения не будет.
Исходя из вышеописанного основные методы воздействия на грунт основания делятся на:
— Устранение пучинистости грунтов с помощью замены пучинистого грунта на непучинистый, также стоит рассмотреть внедрение в грунт противопучинистых добавок или специальных веществ способных снижать температуру промерзания, уплотнение и структуру грунта.
— Снижение влажности грунта при помощи выполнения дренажной системы, подъем отметки участка строительства за счет вертикальной планировки, искусственное понижения уровня грунтовых вод.
— Уменьшение глубины промерзания грунта или же недопущение промерзания грунта за счет искусственного подогрева грунта с помощью теплопроводящих коммуникаций и кабелей, утепление грунта вблизи фундаментов отапливаемых сооружений [2].
Второе направление — подготовка фундамента и в целом всего сооружения к восприятию сил морозного пучения или снижение сезонного промерзания грунта. Данное направление предусматривает решения по модификации конструкций фундаментов и связанных с ним несущих конструкций.
Описываемое направление применяется, когда устранить пучинистость грунта невозможно либо слишком дорого. В таких случаях специальными мероприятиями добиваются такого состояния грунта, что после вспучивания он не оказывает негативного влияния на фундаменты и основания.
К таким мерам можно отнести следующее:
— Выбрать правильную глубину заложения фундамента, не допуская воздействия лобовых сил морозного пучения, такие силы имеют огромные показатели, при длительном воздействии которых конструкции фундамента будут неизбежно разрушаться, оказывая влияние на сооружение в целом. Для предотвращения подобных последствий необходимо чтобы подошва фундамента находилась ниже отметки промерзания. Исключением станут лишь малозаглубленные фундаменты, которые изначально рассчитаны на воздействие на них лобовых сил пучения (см. рис. 1).
Рис. 1. Воздействия лобовых сил морозного пучения. Слева с изгибом мерзлого грунта, справа с изломом (быстрое замораживание)
— Использование покрытий поверхности фундаментов (окраска, обмазка, оболочка), снижающих силы смерзания с грунтом в пределах промерзающего слоя. Расширяющиеся от пучения грунты просто будут проскальзывать вдоль сваи, не воздействуя на нее.
— Применение фундаментов с развитой подошвой для создания большего сопротивления выдергиванию. Поднимающиеся от пучения грунты выталкивают фундамент на верх, но удерживающая сила больше выпучивающей, следовательно перемещение фундамента не происходит или же происходит в допустимых количествах.
— Находящаяся жидкость в резервуаре будет утяжелять конструкцию, следовательно, нагрузки на основание, передаваемые через фундамент, будут сильнее выпучивающей силы, в этом случае влияние морозного пучения не будет нести разрушающий характер на фундамент и сооружение в целом [3].
Литература:
- СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. — М., 2011.
- Карлов, В. Д. Сезоннопромерзающие грунты как основания сооружений: дис. на соиск. уч. степ. д-ра. техн. наук (05.23.02) / Карлов Владислав Дмитриевич; СПбГАСУ. — Санкт-Петербург, 1998, 349 с.
- Шорин, В. А. Научные разработки в области строительства сооружений на сезоннопромерзающих грунтах / В. А. Шорин, Г. Л. Каган, А. Ю. Вельсовский // Вестник Вологодского государственного университета. Серия: технические науки, 2018, № 1(1). — С. 94–99.
