Алгоритм принятия технических решений при проектировании систем температурной стабилизации грунтов оснований (Шубина А.Ю., ООО НПО «Фундаментстройаркос»)
Устойчивость и надежность оснований и фундаментов под инженерными сооружениями, равно как и их стоимость, определяются выбранными конструктивными решениями. Использование вечномерзлых грунтов в качестве оснований в районах Крайнего севера базируется на 1-ом принципе, т.е поддержании их в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации.
В настоящее время одним из перспективных решений в устройстве оснований на вечной мерзлоте является замораживание талых и охлаждение мерзлых грунтов оснований с использованием естественного ресурса холода в зимнее время года и сохранение накопленного «холода» в летний период времени.
Так, широко известны различные конструктивные решения термостабилизации на вечной мерзлоте - продуваемые или вентилируемые подполья [1], трубчатые рассольные системы [2], жидкостные и парожидкостные термостабилизаторы и системы [3].
Экспериментальные исследования различных авторов и практический опыт строительства показали, что в условиях Крайнего Севера для сохранения грунтов оснований сооружений в вечномерзлом состоянии и увеличения их несущей способности наиболее надежно и экономически выгодно использовать парожидкостные устройства [4] в качестве систем температурной стабилизации.
Особенно целесообразно применять данный тип термостабилизации грунтов оснований применительно к крупномасштабным сооружениям и ширококорпусным зданиям с габаритами в плане до 100 и боле м. Таковыми являются, в частности, нефтяные резервуары емкостью от 20000 до 50000 м3,, а также различные производственные здания.
При научно-обоснованном выборе технических решений необходимо производить анализ следующих факторов:
√ - инженерно-геологические и геокриологические условия;
√ - внешние факторы: влияние водотоков, эрозийных и склоновых процессов и т.д., под воздействием которых может произойти разрушение оснований и фундаментов;
√ - устойчивость при непредвиденных техногенных и климатических воздействиях в процессе эксплуатации.
Основными геологическими и геокриологическими факторами, влияющими на выбор технических решений, является льдистость, засолённость и физико-механические свойства многолетнемерзлых грунтов и их изменения в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
До начала выполнения проектных работ инженерами-исследователями проводится численное моделирование процессов взаимодействия зданий и сооружений с грунтами с использованием программ FROST-DK и Termostab.:
√ - прогноз изменения геокриологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации;
√ - прогноз изменения поверхностных условий относительно естественных, которые могут привести к увеличению величины сезонного промерзания - оттаивания и образованию талых зон или новообразованию мерзлоты;
√ - прогноз изменения величины снегозаносов, которые могут привести и к значительному повышению температуры грунтов, что в совокупности с другими факторами, приводит к растеплению грунтов.
По среднегодовой температуре, определяющей состояние грунтов, они разделены на три группы:
√ - талые грунты, имеющие среднегодовую температуру 00С и более;
√ - «высокотемпературные», имеющие среднегодовую температуру выше -30С и ниже 00С;
√ - низкотемпературные, имеющие среднегодовую температуру -3 0С и ниже.
Системы ТСГ оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых на территории распространения многолетнемерзлых грунтов (приложение Б), следует проектировать на основе результатов специальных инженерно-геокриологических (инженерно-геологических, мерзлотных и гидрогеологических) изысканий с учетом конструктивных и технологических особенностей проектируемых сооружений, их теплового и механического взаимодействия с многолетнемерзлыми грунтами оснований и возможных изменений геокриологических условий в результате освоения территории, устанавливаемых по данным инженерных изысканий и прогнозных теплотехнических расчетов оснований.
При проектировании ТСГ оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах следует учитывать местные условия строительства, требования к охране окружающей среды, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных условиях.
Проектные решения по системам ТСГ оснований и фундаментов сооружений (конструкции, тип системы, необходимость, методы и параметры термостабилизации грунтов основания) должны соответствовать типу площадки обустройства, сроку службы, уровню ответственности, степени взрыво- и пожароопасности, конструктивно-технологическим характеристикам сооружения, режиму эксплуатации сооружения.
Выбор технических решений ТСГ оснований и фундаментов следует производить на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов. При выборе технических решений следует отдавать предпочтение решениям, позволяющим управлять надежностью оснований и фундаментов в процессе эксплуатации.
Разработка проектной документации на устройство систем ТСГ оснований и фундаментов сооружений осуществляется на основе данных инженерных изысканий, обосновывающих технико-экономических расчетов (при обязательной вариантной проработке). При разработке проектной документации разрабатывается генплан, и выбираются конструктивные решения систем ТСГ оснований и фундаментов, определяется и утверждается сводно-сметный расчет проекта.
Разработка рабочей документации осуществляется на основе технических решений разработанных в проектной документации или на основании результатов дополнительной проработки проектных решений. При разработке рабочей документации уточняются конструктивные особенности устройства оснований и фундаментов, разрабатывается комплект рабочих чертежей и рабочие (строительные) сметы.
Разделы проектной документации должны содержать все необходимые обоснования технических решений, результаты прогнозных расчетов и сведения.
Выбор систем термостабилизации грунтов оснований.
Грунты основания при наличии многолетнемёрзлого состояния используются по I принципу, т.е. с сохранением этого состояния на весь период строительства и эксплуатации (СНиП 2.02.01-88). При этом в основаниях зданий и сооружений создаётся низкотемпературный твёрдомёрзлый массив грунта с помощью систем температурной стабилизации (сезоннодействующими охлаждающими устройствами). На участках островной мерзлоты, если здания или часть здания находятся на талых грунтах, последние замораживаются и охлаждаются перед началом строительства (предпостроечное замораживание и охлаждение).
В процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений в зависимости от инженерно-геологических, геокриологических и техногенных процессов возможно проявление негативных процессов.
Опыт проектирования и строительства в районах Крайнего Севера даёт основание в настоящее время обобщить необходимые технические решения использования систем температурной стабилизации грунтов оснований в зависимости: от состояния ММГ, температуры ММГ, ширины зданий и теплового режима внутри зданий.
Подбор систем температурной стабилизации в зависимости от указанных параметров приведен в таблице 1.
Выбор типа системы температурной стабилизации грунтов зданий и сооружений на типовых объектах приведены в таблице 2.
Заключение
1. Обобщен опыт проектирования и строительства на ВМГ.
2. Систематизированы основные схемы и конструктивные решения при проектировании и строительстве на ВМГ.
3. Предложены алгоритмы принятия проектных решений в процессе проектирования и строительства здания и сооружений на ВМГ.
4. Показано место и роль систем термостабилизации грунтов оснований разработанных ООО НПО «Фундаментстройаркос» в общей системе конструктивных решений при проектировании и строительстве на ВМГ.
5. Описанные в статье подходы и алгоритмы принятия проектных решений нашли отражение в нормативном руководящем документе. Разработанном научной частью ООО НПО «Фундаментстройаркос» в формате стандарта организации «Руководство по проектированию систем температурной стабилизации оснований зданий и сооружений».
Литература
1. Кутвицкая Н.Б., РязановА.В., Дашков А.Г. Обеспечение устойчивости опор трубопроводов обвязки газовых и нефтяных добывающих скважин в условиях распространения вечномерзлых грунтов./ Международная конференция «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов», 21-24 апреля 2008, Тюмень, с.123-126.
2. Марамыгина М.С., Долгих Г.М., Окунев С.Н. Опыт применения глубинных сезоннодействующих охлаждающих устройств./ Там же, с.126-129.
3. Долгих Г.М., Окунев С.Н., Поденко Л.С., Феклистов В.Н. Надежность, эффективность, и управляемость систем температурной стабилизации вечномерзлых грунтов оснований зданий и сооружений./ Там же, с.34-39.
4. Андреев М.А., Миронов И.А., Терентьев А.В. Устройство оснований и фундаментов нефтяных резервуаров в сложных условиях Заполярья./ Промышленное и гражданское строительство, № 9, 2006, с. 35-36