Введение к работе
Актуальность.
Проблема эффективного использования мерзлых грунтов в качестве оснований фундаментов зданий в Южном Забайкалье до настоящего времени полностью не решена.
Многолетние исследования автором устойчивости фундаментов капитальных каменных зданий на сезонно- и многолетнемерзлых грунтах, построенных в г.Чите в период 1900... 1988 гг., показали, что из 626 обследованных зданий 551 здание (88%) подверглось деформациям в различной степени, для 327 зданий (52%) требовался восстановительный ремонт, а 105 зданий (17%) пришло на отдельных участках или полностью в аварийное состояние.
Анализ затрат на возведение фундаментов малоэтажных зданий на морозоопасных грунтах показал, что их стоимость составляет от 25 до 50% стоимости всего здания. На устройство фундаментов расходуется до 30% трудовых затрат и до 50% времени. Стоимость возведения фундаментов многоэтажных зданий на оттаивающих многолетнемерзлых грунтах и мероприятий по приспособлению их конструкций к повышенным деформациям составляет 8...20% стоимости здания.
Заложение фундаментов малоэтажных зданий на расчетную глубину промерзания морозоопасных грунтов и дополнительные конструктивные мероприятия, устраиваемые в надфундаментной части зданий на оттаивающих многолетнемерзлых грунтах, не всегда обеспечивают устойчивость фундаментов.
Деформации фундаментов зданий кроме ошибок, допускаемых при проектировании, строительстве и эксплуатации обусловливаются также сложностью и недостаточной изученностью региональных физико-географических, инженерно-геокриологических и гидрогеологических условий, влияющих на строительные свойства мерзлых грунтов, их поведением в результате теплового и механического воздействия зданий, использованием нормативных документов, разработанных для территорий с другими природными условиями.
Цели н задачи.
Целью настоящей работы является установление региональных особенностей и закономерностей строительных свойств мерзлых грунтов Южного Забайкалья и разработка методов, обеспечивающих устойчивость фундаментов зданий на этих грунтах.
Для достижения поставленной цели необходимо было провести теоретические и экспериментальные натурные исследования с решением следующих задач:
выявить основные факторы природной среды, влияющие на особенности и закономерности строительных свойств мерзлых грунтов;
установить закономерности изменчивости строительных свойств мерзлых грунтов в пространстве и времени;
исследовать закономерности деформаций морозоопасных грунтов деятельного слоя при их промерзании и протаивании в естественных условиях и в качестве оснований незаглубленных фундаментов зданий;
исследовать закономерности деформаций оттаивающих много-летнемерзлых оснований;
провести исследования устойчивости фундаментов зданий, построенных на многолетнемерзлых и морозоопасных грунтах, с выявлением деформаций фундаментов и надфундаментных конструкций несущего остова здания и вызывающих их факторов и причин;
разработать инженерный метод прогноза основных характеристик морозного пучения грунтов на период срока службы зданий;
выявить рациональные основания и типы фундаментов зданий на мерзлых грунтах и методы их расчета и проектирования, как единой, совместно работающей системы "мерзлое основание-фундамент-несущие надфундаментные конструкции".
Научная новизна.
-
Впервые сформулирована и обоснована концепция инженерного учета региональных факторов природной среды Южного Забайкалья, влияющих на закономерности изменчивости строительных свойств мерзлых грунтов в пространстве (в вертикальном разрезе и площади) и морозоопасных грунтов деятельного слоя во времени (на период срока службы зданий).
-
Впервые экспериментально установлено, что в ежегодном цикле "промерзание-протаивание" в стадии протаивания морозоопасных грунтов деятельного слоя относительные неравномерности осадок поверхности грунта превышают относительные неравномерности ее подъемов при пучении.
-
Разработан метод вероятностного прогноза основных характеристик морозного пучения грунтов в естественных условиях на период расчетного срока службы здания.
-
Доказано, что для уменьшения неравномерности осадок оттаивающих многолетнемерзлых оснований фундаментов необходимо, чтобы оттаивание происходило равномерно и постепенно.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается согласованностью результатов теоретических исследований с натурными экспериментальными данными, применением методов математической статистики и ЭВМ, результатами внедрения.
Практическое значение.
1. Разработан метод расчета и проектирования незаглуб-ленного
фундамента малоэтажного здания на морозоопасном упругом
основании.
-
Разработаны предложения по методам проектирования оснований и фундаментов зданий на мерзлых грунтах.
-
Разработана строительная типизация многолетнемерзлых грунтов (ММГ), используемых в качестве оттаивающих оснований фундаментов.
4. Установлены критерии оценки степени пригодности к нор
мальной эксплуатации зданий, основаниями которых являются
подверженные неравномерным осадкам мерзлые грунты.
Реализация результатов исследований.
-
Временные рекомендации по проектированию и устройству бу-родобивных свай на оттаивающих вечномерзлых грунтах в г.Чите. -Якутск-. Ин-т мерзлотоведения, 1988. - 29 с.
-
Рекомендации по контролю за устойчивостью зданий и сооружений на оттаивающих вечномерзлых грунтах Забайкалья.- Якутск: Ин-т мерзлотоведения, 1988. - 31 с.
-
Работа свай в оттаивающих грунтах. - Якутск: Ин-т мерзлотоведения, 1990. - 96 с.
4. Экономический эффект от внедрения результатов
исследований составил 522,3 тыс. руб. (в ценах 1984 г.).
5. Научные и практические результаты работы отражены в лек
циях по курсу "Механика грунтов, основания и фундаменты" и
спецкурсу "Мерзлые грунты как основания зданий и сооружений",
читаемых автором с 1972г. в Читинском политехническом институ
те.
Практическая ценность результатов работы подтверждается использованием их в Читагражданроекте, Читаагропромпроекте.
Результаты исследований и выводов автора использованы в фундаментальных трудах (Инженерная геология СССР. Восточная Сибирь. Т.З, 1977; Геокриология СССР. Горные страны юга СССР, 1989; Инженерная геология СССР. Алтае-Саянский и Забайкальский регионы, 1990).
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на VI Международной конференции по мерзлотоведению (Пекин, 1993), Международном семинаре по защите инженерных сооружений от морозного пучения (Чита, 1993), расширенном заседании Научного Совета по криологии Земли (Москва, 1989, 1992), на всесоюзных, республиканских, региональных научных и научно-практических конференциях и совещаниях по рациональному проектированию и строительству, повышению эффективности инженерно-геологических изысканий в районах распространения вечномерзлых грунтов и глубокого сезонного промерзания-протаивания в 1967-1990 гг. (Владивосток, Воркута, Красноярск, Магадан, Новосибирск, Полтава, Чита).
Публикации.
По теме диссертации автором опубликовано 20 научных работ, среди которых 3 брошюры и 3 авторских свидетельства.
Личный вклад автора.
Диссертационная работа базируется на результатах многолетних исследованиях автора, выполненных в Читинской комплексной научно-исследовательской лаборатории Красноярского Промстройни-ипроекта (1965-1970 гг.), Читинском политехническом институте (1971-1985 гг.), Читинском отделе геокриологии Института мерзлотоведения СО РАН (1986-1995 гг.).
Изложенные в диссертации научные результаты и выводы, а также теоретические проработки, организация и проведение натурных и полевых исследований, осмысление, анализ и обобщение материалов в полном объеме настоящей работы выполнены лично автором.
Автор считает своим долгом выразить признательность и благодарность коллегам Красноярского Промстройниипроекта, Читинского политехнического института и Института мерзлотоведения за помощь и поддержку при проведении исследований. Проектным и строительным организациям г.Читы за поддержку при внедрении результатов научной работы. Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и содержит 296 страниц, 34 рисунка, 30 таблиц, список литературы из 223 наименований и 10 страниц приложений.
