Сравнительный анализ вариантного проектирования фундаментов в условиях вечной мерзлоты

Аннотация. В статье рассмотрены особенности и последовательность вариантного проектирования оснований зданий и сооружений в условиях вечной мерзлоты. Определены основные технико-экономические показатели для выбора типа фундамента.

Ключевые слова: вечномерзлые грунты, фундаменты в вечномерзлых грунтах, технико-экономические показатели, свайные фундаменты.

Любое здание или сооружение строится на грунтовом основании: возводится на грунтах из строительных материалов или располагается в толще грунта.

Прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация определяются не только конструктивными особенностями сооружения, но и свойствами грунта, условиями взаимодействия основания и сооружения.

Стоимость фундаментов составляет в среднем 12 % от стоимости сооружений, трудозатраты — 15 % и более, а продолжительность работ по устройству фундаментов — 20 % срока строительства сооружения.

Эти показатели, при возведении заглубленных частей здания в сложных  условиях, особенно в вечномерзлых грунтах, значительно увеличиваются.

 Современное проектирование направлено на совершенствование проектных решений в области фундаментостроения для обеспечения большей  экономии материальных, трудовых ресурсов и сокращению сроков строительства.

Первым этапом при проектировании оснований и фундаментов является анализ и оценка состава исходных данных.

Исходные данные должны быть представлены в полном размере и содержать:

• инженерно-геологические и топографо-геодезические (геокриологические для вечномерзлых грунтов) изыскания, достаточные для выбора типа оснований, определения глубины заложения и размеров фундамента;
• характеристики климатических и производственно-технологических условий строительства;
• планы площадки строительства, содержащие сведения о существующих наземных и подземных сооружениях и планируемой застройки;
• характеристики проектируемых зданий или сооружений, с конструктивными решениями и нагрузками, действующими на основания.

Определение нагрузок на основания  по предельным состояниям первой и второй группы выполняют с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний расчетных нагрузок, которые учитывают коэффициент  надежности по   нагрузке γ_f.

Далее проводится оценка инженерно-геологических и  гидрометеорологических условий площадки с целью выяснения влияния проектируемого здания или сооружения на поведение грунтов под воздействием расчетных нагрузок, а так же влияние грунтовых вод на условия работы фундаментов. Оценка агрессивности подземных вод и разработка указаний по антикоррозийной защите является неотъемлемым пунктом при проектировании оснований.

В соответствии с требованиями действующих норм выбор типа оснований или конструктивного решения фундаментов осуществляется по результатам сравнения технико-экономических показателей, полученных с помощью вариантного проектирования.

Такой подход обусловлен тем, что в одинаковых грунтовых условиях для одного и того же типа здания возможно несколько правомочных решений оснований и фундаментов. Задачей проектирования является выбор технически наиболее целесообразного и экономичного варианта (по стоимости, расходу материалов и трудозатратам).

Для последующих расчетов выбран первый принцип проектирования оснований на вечномерзлых грунтах – грунты используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения [1].

В условиях севера это обеспечивается проветриваемым подпольем, вследствие чего мёрзлый грунт сохраняет постоянную температуру и не теряет свою несущую способность.

Предварительно, после анализа исходных данных и учитывая технико-экономическую целесообразность, следует задаться вариантами фундаментов для проведения расчетов. Для оснований в вечномерзлых грунтах применимы следующие варианты оснований:

• свайные фундаменты;
• монолитные столбчатые фундаменты;
• ленточные мелкозаглубленные фундаменты.

Оценка эффективности проектных решений фундаментов производится путем сравнительного анализа их технико-экономических показателей при условии, что основания отвечают условиям сопоставимости, т.е. рассчитаны для одних и тех же грунтовых условий и на одинаковые нагрузки.

Стоимостные показатели должны определяться для условий одного и того же района строительства в едином уровне цен на рассматриваемые конструкции и материалы с применением единой сметно-нормативной базы.

Технико-экономические показатели по которым необходимо проводить сравнение вариантов фундаментов указаны в таблице 1.

Таблица 1.

Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов фундаментов

Подсчитанные объемы работ используются для определения сметной себестоимости и капитальных вложений в основные производственные фонды строительной индустрии, а также трудозатрат на выполнение каждого из вариантов фундамента.

Для детальной разработки принимается вариант, отличающийся наивысшим экономическим эффектом.