Введение к работе
', ' Существо проблемы и общая характеристика работы. Диосер-!ріщ>т;8(ция посвяшена исследованиям в области инженерного мерзлото-"""""ведения, применительно к фундаментостроению в районах распространения мкоголетнемерзлых пород и представлена в оорме научного доклада, являющегося совокупным обобщением научных исследований и разработок, выполненных при непосредственном участии и под руководством соискателя в течение 1959-1939 г,г., опубликованных и внедрем-мх в практику строительства.
Могут быть выделены три этапа совершенствования методов фундаментостроения на мно^олатнемерзлых грунтах.
Первый этап (до I960 г.) - соверпенствование методов фундаментостроения на основе применения индустриальных конструкций.
Основополагающие исследования по физике, механике и термине мерзлых грунтов, выполненные советскими учеными М.й.Сум-- гиным, Н.Л.цнтовичем, П.И.Мельниковым, С.Г.Зяловым, Н.И.Сил-тыкобым, В.С.Жуковым, С.Л.Кудрявцевым, Г.В.Порхаевмм, В.В.Докучаевым и многими другими, обзепечили интенсивное развитие инженерного мерзлотоведения, в частности, - в области фундаментостроения на многолетнекерзлых грунтах. В кенца 40-х годов Якутской научно-исследовательской мерзлотной станцией Института мерзлотоведения им.В.А.Обручева АН СССР, везглавлье-кой П.И.Мельниковым совместно с якутскими строителями lo главе с Е.Л.Жорницким, бил разработан и внедрен взамен столбчатых фундаментов высокопроизводительный способ устройства индустриальных свайных фундаментов с применением предварительной парооттайки мерзлого грунта.
Второй этап (I960-1970 і*.г.) - совершенствование технологии производства фундаментных работ с применением предварительного оттаивания мерзлых грунтов (Якутск) и с'угоопускного (Норильск) методов. Кироким внедрением свайкых фундаментне в строительство, соверсенстлованием мэтодоз о расчета и повышением несущей способности свай з многолетиемерзльи грунтах на втором этапе занимались строительные срганиоацич Якутска, Мирного, Норильска, Магадана и Воркуты, а такгз научно-исследовательские организации: Институт мерзлотоведения СО. АР! СССР, НИИОСН ли. Н.А.Герсеванова Госстроя СССР, Красноярский Инстк-
іут "ПромстройНнИпроект", Институт "Якутнигроа.шаЕ" Минцэет->:<".-а СССР. Лєн2НИИЗП Госгро.данстроя, Институт ВНИИ-1 и ряд цгугі'х институтов. Результаты отих работ нел'ли отражение в научных трудах академика П.И.Мельникова, докторов технических нау:< С.СВыюна, К.Ф.Вэйтксвского, Н.А Салтыкова, Л.Н.Хруста-лгва, В.В.Докучаеьа, В.О.Орлова, а такте в трудах таких уче-и-тс и инженеров, как К.Ф.Маркина, Ю.Я.Зелли, Ю.А.Таргуляна, А.А.)Лігучьского, А.Н.Колесова, Г.Н.Максимова, С.Г.Цветковой, і1.О.Лукина, Ы.В.Киуа и многих других. Однако научное обобще-м.е и комплексная оцеька принятой технологии устройства свай-ікс Фундачеьтоь в мерзлых грунтах с применением метода парооттайки на отот период времени было еще недостаточно и требовало дальнейшего акелига, исследования и совершенствования, несмотря на имеющийся опыт строительства, и значительный объви накопленного экспериментального материала.
Третий этап - поиск к обоснование новых направлений з области сезерногз фундаментостроенчя.
FeueH-чая р диссертации проблема относится ко второму и третьему этапам, реализована следующим образом: усовершенствована технология опускного метода свайного фундаменто-строения с зависимости от мерзлотно-грунтовых условий строительных площадок (ІУ59-І975 г,г,), разработано новое направление в фундгментостроенни с>8 счет применения поверхностных лространстченних вентилируемых фундаментов на промежуточном сеэоннотолси слое (І975-І989 годи).
Доклад оснозея на работах, опубликованных в два периода.
Работы, опубликованные в 1959-1Э75 г.г., посвящены совершенствованию распространенней в то время технологии погружения свай методом предварительного оттаивания грунтов паровыми иглами, экспериментальному изучению процессов промерзания оттаянных грунтов, формированию криогенных текстур в грунтах, примыкаыцих ;« свае, совершенствованию методов расче-va сээй с учетом коэффициента однородности мерзкого грунта, влинтсцего на их н-зеущуп способность, а также исследованиям несущей способности свайных фундаментов в сложных мерзлотно-груктсвых условиях строительных площадок.
Работы 1975-193Э годов посвящены обоснованию и иоследо-г-ешг ногых «онстручтнвнчх решений ьентилируемнх простран-стчеьных фундаментов на прок'.елуточнок слое, на основании ко-
торых соискателем разработано принципиально ноиое нглрарлечим в фундаментострорнси на многолегне».,ррзлых грунтах.
Опыт проектирования к строительства йдаг.и? кв. пространственных вентилируемых фундаментах а ргЛонах раоїшсгтрснения многолетнеморэлых грунтов позволил выявить особенности работы
КОНСТРУКЦИЙ Б ПрОИЗВОДСТВеННЫХ УСЛОВИЯХ. ЭТО ДРД'} возможность
разработать оптимальне конструктивнії? решения и перспективные направления их применения в практике строительства.
Актуальность работы обусловлена гостолннкм радритием производительных сі.л в райоктх Восточной Сибири, Крайнего Севера и Северо-Востока, где повсеместно распространены много летнемерэлые породы. В связи с тем, что освоение ЧТгіХ рнЯокоБ ведется индустриальными методами одновременно на бсльшіх площадях, особое значение гриобретапт метопы строительства и конструкции, малочувствительные к литологичесхоЯ и геикрлоло-гичесчой неоднородности строительных площадок.
Имеют место три основіаде тенденции, іг.рсделяпщ'.'є развитие теории и практики современного фундауєптостроения. Зо-пнр-вых, это строительство Бее более крупных и тяжелых сооружений, передающих на с-'-чшанне значительные нагрузки. Во-вторых, вся более частое использование под застройку территорий со сложными геологическими и мерзлотными условиями, fi-третьих, етэ интенсивная индустриализация строительства.
Если первые две тенденции порождают стремление к увэли-чению глус'ин галежения фундаментов и увеличению их размеров, что иногда педет к дорогим и, как привило, индивидуальным конструкциям фундаментов, то необходимость иидустриализопии требует применения как можно более прость,"х решений, допускающих зеводсксе изготовление элементо? и осуществление полной механизации технологических процессов на строительной плошад-ке. В связь с этим основной и важной проблемой строительства на многолетнемерзлых грунтах являются Еопросы фундг.менгострэе-ния с одновременном решением проблемы эйснсуичнссти, технологичности к трудоемкости устройства фундаментов.
С 50-х годои в области фундаментостроенй.ч на мерзлих грунтах ншютился переход от м^чооАфективннх ч трудоемких работ ПО устройству ОТДеЛЫЮ СТОЯЩИХ фундаментов (КОЛОНЬЫ 'J
башакамл, монолитные стодбчатие и рамнне соне грукчи»* Фунда-
ментов) ка свайные фундаменты из железобетона.
Внедрение свайных фундаментов на первом этапе строительства сдерживалось из-за отсутствия необходимой техники и производительных источников тегша для оттаивания мерзлых грунтов при погружении свай. В 60-е годы область применения сзайных фундаментов увеличилась. но технология их погружения в мерзлый грукт оставалась недостаточно совершенной- В Якутской республике и в других районах Крайнего Севера широко применялся известный ранее метод парооттайки мерзлого грунта, ксторыЧ осуществлялся нерегламентированным технологическим процессом в зависимости ст мерзлотно-грунтовых условий строительных площадок, что приводило к длительным срокам строительства и к значительным трудовым и материальным затратам. Все это с особой остротой поставило проблему совершенствования и развития технологии устройства свайных фундаментов и методики их расчета, на решения которой были направлены исследования, выполненные соискателем в 1959-1970 г.г. Результаты этих разработок и исследований нашли отражение ь нормативных и инструктивных материалах в области проектирования и строительства.
С середины 70-х годов и р последующие года (второй период исследований) все большее внимание уделялось вопроссм снижения стоимости и сроков строительства, повышения технологичности и снижения трудоемкости фундамеатостроения, а также повышения долговечности фундаментов. Известно, что стоимость и трудоемкость строительства на мерзлых грунтах е несколько раз выше, чем в обычных условиях. Особенно дорогостоящим и трудоемким является устройстве фундаментов. Так например, стоимость свайных фундаментов составляет 20 % от ' стоимости зданий, а в особо сложных мерзлотно-грунтовых условиях превышает 40 % их полной стоимости. Все это с особой остротой поставило проблему по разработке и исследованию наиболее эффективных конструктивных решений самих фундаментов и на этой основе - разработки принципиально нового направления в фундаментостроении на мерзлых грунтах. При ре-еєнчи. отой проблемы под руководством v. при непосредственном участии автора (1975-1939 г.г.) были разработаны и исследо-Еаны пространственные вентилируемые фундаменты на промежу-то гнег.: слое, которые совмещают функции несущей фундаментной
конструкции и охлаждающего грунт устройства, одновременно обеспечивая их долговечность.
Цели и задачи исследований - обобщение и анализ служившейся практики фундаментостроения не период SO-x годов в районах распространения многолетнечерзлнх пород, исследование совокупности факторов, влияющих на технологичность ф\ндамемто-строенчя, в частности, сварных фундаментов, повышение- их но-судей способности, исследование сваи ч нералих rpynvox, содержащих подземный лед, разработка и исследование принципиально новых прогрессивных фундаментот на промежуточном слот, разработка принципов рационалнюго конструирования, рекомендации и указания по их расчету а также внедрение результатов разработок и исследований в проектную и строительную прак-мку.
для достижения поставленной цели псгребй:з!.'лось реісєніч» следующих задач:
-
Разшботать v обосновать на основании резучьтато" экспериментальных исследований в предпостроечкьгх условиях оптимальные параметры технологии еттаивания мерзлых груьтов для совершенствоврния свайного фундаментостреення.
-
Выполнить комплекс исследований в иредьс іроечнм условиях по изучению влияния миграции влаги на формирование криогенных текстур грунтов, их влажности и плоїнести в процессе его смерзания вокруг свай, установленных в оттаянные грунты спускным способом, а также определить сроки иосстгт явления естественного температурного режима грунтов после их оттаивания и установки свай.
-
Исследовать условия работы и определить оптимальну») несущую способность свайных фунааментов в мерзлых грунтах, содержащих подземный лед, с у- гом передачи нагрузки черес промежуточный грунтовый слой в лабораторіях ч палевых условиях.
-
Разработать и обосночать концепцию передгчи натр/зги от фундаментов на естественные морялые груї.тн через промогу-точнее основание, способствующее яначительному уменьтеним кр/огенных процессов при тепловом и механическом азаимо,действии зданий с мерзлыми основаниями.
-
Разработать, прсве~ти комплекс исследован^, ос>ж-птпить экспергментальное проектирование и строительство ча прсстраиственных вентилируемых фундаментах с исполь-аовчнчоч
?
промежуточного слоя, покоящегося на мерзлом основании.
Методи исследования определились целями исследовалия и тремя группами задач, вытекающими из них. Первая группа - обобщениз и анализ сложившейся практики фундаментострое-ния в различных районах Крайнего Севера. Вторая груп-п а - предпостроечные исследования в экстремальных условиях строительства, .лабораторные исследования, физическое моделирование и статический анализ. Третья группа- разработка прчнцчпиалоных нояых конструктивных решений фундамен-тоь, их взаимодействие с мерзлым основанном» экспериментальное строительство, технология устройства и многолетние наблюдения за построенным:-! экспериментальными зданиями на опытных конструкциях фундаментов.
Научную новлзну работы на каждом этапе ее проведения 0959-1975 и 1975-1989 г.г.) составляют следующие положения.
Раоработаны рациональные параметры технологическою процесса оттаивания паром мерзлых грунтов для установки свай опускным способом.
В процессе изучения в натурных условиях перераспределения влаги и образования текстур в оттаявшем грунте, прилегающем к поверхности свай в процессе его промерзання, установлены зоны влажности и плотности грунта в радиальном направлении, что позволило определить коэффициент однородности грунта.
Изучен процесс восстановления температуры грунта вокруг свай, погруженных в оттаявший грунт s различное время года, установлены сроки загрузки свайных фундаментов, позволившие сократить технологический разрыв между устройством нулевого цикла и возведением надфундаментннх конструкций.
Разработана эффективная технология погружения свай с равномерной оттайкой грунта по всей глубине погружения свай, что г изволило в четыре к белее раз сократить сроки работ нулевого цикла.
Доказана и обоснована экспериментальными исследованиями в предгсосгроечных условиях возможность устройства свайных фундаментов ь мерзлых грунтах, содержащих подземный лед.
В регультате серии экспериментов на моделях и в натурных услогиях изучены эффективные конструкции пространственных' вентилируемых .фундаментов на промежуточном слое, являю-щпесл новым направлением ь фундаментостроении на многолетних
мерзлых грунтах.
Впервые на многолетнемерзлых грунтах выполнено и производится с научными целями экспериментальное строительство жилых и г.роипводственных зданий на пространственных вентилируемых фундаментах з сложных мерзлотно-груїгових условиях.
В работе определены область и перспективные направления дальнейшего примененья пространственных вентилируемых фундаментов на многолетнемерзлых грунтах.
Практическое значение работы. Конечным результатом каждого этапа исследований явились написание монографий, практические рекомендации для проектирования, строительства и составления различных региональных, республикански:; '" союзных нормативных документов, которые нашли отрешение в
монографиях (написанных в соавторстве), которые используются якутскими проектировщиками;
книге "Свайные работы" под общей редакцией профессора И.Н.Косоурова, М., "Высшая школа", 1974, crp. 178-187, которая предказначзча в качестве пособия студентам ПГС строительных вузов для курсового и дипломного проекпгооБРкия;
указал.иях по проектированию и устройству свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах (РСН-14-62);
региональных нормах на проектирование свайных фундаментом, погружаемых методом предварительной парооттайки вечно-мерзлых грунтов для ЯАССР (утверждены Советом Министров ЯАССР 19.08.1964 г.);
руководстве по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов, раздел 8.В. Погружение свай б вечномерзлые грунты, разработанные НИИССПом им.Н.М.Герсо-ванова Госстроя СССР з развитие главы СНиП 111-9-74 "Основания и фундаменты'. Правило производства к приемка работ;
указаниях по проектированию оснований и фундаментов ну засоленных и сильнольдистых вечномерзлых грунтах (СН 450-72), разработанные НИИОСПом им.Н.М.Герсеванопа Госстроя СССР, ЛенЗНИИЭПом Госграясдакстрсч с участием института Красноярский ПромстройНИИпроект а развитие глаг.и СКиП ІГ-Б G-56;
рекомендациях по проектированию простраг^твемиых рошч-лируемых фундамєнтоь на вечномерзлых грунтах, разработанное НИИОСПом им. Н.М.Героеванова с участием Института мерзлото-
ьедєния, М., 1985, к глаие Zlh.i1 II-18-76 "Основания и фундаменты ка вечночерзлых грунтах";
е дополнении к главе СНиП II-18-76 включены пространственные вентилируемые фундаменти на подсыпках (Постановление Госстроя СССР от 26.02.1986 г. за № 24);
аьторскнх четырнадцати проектах для зданий различного назначения, запроектированных, 'построенных и строюшихся в гг. Игарке, Норильске и Якутске.
Работы соискателя по свайному фундаментостроению, выполненное р 60-х годах, производились по тематическим планам Института Красноярский ГромструйНИИпроект:
"Строительные нормы и правила организации и технологии строительного производства в условиях Крайнего Севера и веч-номерзлых грунтов". Проблема УШ. Тема 5, В-3 и Тема II. "Совершенствование норм, технических условий и инструкций по изысканиям, проектированию и строительству", которое выполнялись по з,іданиям Госстроя СССР и РСФСР.
Результаты исследований и практические разработки пространственных вентилируемых фундаментов были начаты на основании Постановления ГКНТ от 22.07.1975 г., а затем получили прэктическук? реализацию в целевой программе 0Ц.03І. Госстроя СССР, КГНТ и Госплана СССР от 21.12.1980 г. * 233/591/270 по темам и 05.01.С13э.
Постановлением Госплана СССР от 17.12.1984 г. № 430 ре-комендор ано министерствам и ведомствам вкллчить ь планы на 1986-1990 годы важнейшие разработки СО АН СССР согласно При-лэжения 3 - фундаменты-оболочки и складчатый фундамент на подсыпке для строительства в районах распространения вечно-мерзлых грунтов.
Апробация работы. Основные результаты исследований, научите выводы и практические рекомендации были доложены на П Международной конференции (Якутск, 1973 г.), на всесоюзных совещаниях (Якутск, IS62, 1985 г.г.; Магадан, 1964; Тюмень, 1966; Москва, 1983; У<*а, 1987 г.г.), на республиканских и региональных совещаниях (Чита, 1967, 1987; Якутск, 1969, 1078, 1980. 1983-г.г.; Магадан, 1980; Норильск, 1980, 1986, ІУ37 г.г.: Владивосток, 1978, 198І, 1988 г.г.) и на НТС Госстроя СССР (1384 г.Ч.
Строительство жилых зданий на фундаментах-оболочках в г.Игарке отмечено серебряной медалью ВДНХ СССР. За разраислг/ и внедрение фундаментов-оболочек и складчатых фундаментов присужден Диплом Ш степени СО АН СССР.
Личный вклад антора. В научный доклад включены результаты разработок и исследований соискателя с 1959 года, которые были выполнены под его научным руководством котлек,пивами Якутского филиала Института Красноярские ПромсгройНИИпроект, Игарской научно-исследовательской мерзлотной станцией Института мерзлотоведения СО АН СССР и КИЯСКа Госстроя СССР. Авср определял научное направление исследований, раэрабитывал научные программы и методики, выполнял эксперименты, непосредственно участвовал в организации, обработке и обобщении материалов исследований и формулировал научные выводы по результатам исследований. За этот период им составлено более 30 научно-технических отчетов. Все оснозные научные зыводн, изложенные в работе, принадлежат лично автору.
Публикации. Автором опубликовано более 90 работ. Е число опубликованных работ, обобщенных в докладе, вошли 16 робот, е том числе 5 монографий /1-5/, 2 Указания и Рекомендации /б, 7/, а также статьи в периодической печати, дчкледн и сообщения на всесоюзных совещаниях и конференциях /8-14/,
На защиту выносятся следующие результаты разработок и исследований соискателя:
-
Положения по совершенствованию технологии предварительного оттаивания грунтов и уточнению расчетов свай на основе комплекса экспериментальных исследований по изучение криогенных процессов в промергяюцих грунтах, предварительно оттаянных паром, и восстановления отрицательных температур после погружения свай.
-
Метод устройства с рекомендации по применению спайных фундаментов на мерзлых грунтах, содержащих тхдэемиые льды, основанный на использовании переходных элементеь из грунта, перераспределя'ощих напряжения в зоне заделки огаП по льдах.
-
Концепция направления фукдоментостр-ент на много-л<-тнемерзлых грунтах за счет реализации яерда'лі нягсузок и деформаций через промежуточное основание, пклг. ткаее ce-
зонноталую подсыпку и пространственный вентилируемый фундамент.
Благодарю коллег за полезные замечания, советы, сделанные в ходе выполнения и представлении к защите.
