Технологии / Термостабилизация грунтов

Фукдаменты типа "полы по грунту" на вечной мерлоте

Пример проектирования здания
с фундаментом типа "полы по грунту" с бетонной плитой

Исходные данные

Проектируемое депо для мотовозов длиной 48,5 м и шириной 12 м в поселке Чара (Южная Якутия).

Теплофизические характеристики грунтов основания принимались по результатам инженерно-геологических изысканий, а климатические характеристики района приняты по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». Температура грунта в естественных условиях на глубине нулевых годовых амплитуд (10 м) принималась равной минус 0,7 градусов С. Температура воздуха в здании +15 оС. 

Здание предполагалось опирать на железобетонную плиту, устраиваемую в котловане на глубине около 2 м. С учетом данных инженерно-геологических изысканий проектной организацией был  предложен  тип поверхностных плитных фундаментов (предварительный вариант) с допущением незначительного оттаивания многолетнемерзлых пород (ММП) в период эксплуатации здания. 

Постановка задачи

Целью разработки проектно-технических решений являлась предложение мероприятий, обеспечивающих температурный режим основания, позволяющий проектировать объект с учетом его функционального назначения и сейсмичности площадки строительства. При этом надо было учесть, что температура воздуха в здании на весь период его эксплуатации составляет +15 градусов С. 

Проектно-технические решения

Для сохранения грунтов основания в мёрзлом состоянии нами было предложено применение под зданием охлаждающей системы из горизонтальных термосифонов в комбинации с теплоизоляцией. 
В целях решения задачи из нескольких типов термосифонов (ТН, ТСН и ТМД-5Н и др.) , был выбран по своим техническим, теплофизическим, технологическим и стоимостным показателям наиболее эффективный, рациональный и оптимальный тип двухфазных термосифонов – термостабилизаторы типа ТМД-5Н.

Расчеты

Ниже приводятся результаты теплотехнических расчетов основания при предложенном варианте фундаментов с применением горизонтальных термосифонов и теплоизоляции под зданием для сохранения вечномерзлого состояния грунтов основания на весь период эксплуатации здания. Предполагаемая схема устройства фундаментов и термосифонов приводится на рис. 5.

Схема устройства фундаментов и термосифонов

Рисунок 5. Схема устройства фундаментов типа "полы по грунту" с двухфазными термосифонами - термостабилизаторов грунта типа ТМД-5Н (или ТН).

 

В расчеты заложены термостабилизаторы слабонаклонные типа ТМД-5Н с длиной "горизонтальной" части 7,5 м, вертикальной – 2,5–2,6 м (1,5 м – подземная часть, 1,0–1,1 м – надземная). При расположении ТМД-5Н над плитой термостабилизаторы под серединой здания по его оси имеют "нахлест" в 1,5 м. 

Термостабилизаторы устанавливаются слабонаклонной испарительной частью длиной 7,5 м под углом 1,5º–2º к горизонту. "Вертикальная" часть ТМД-5Н в этом случае располагается под углом до 5º к вертикали и крепится к стене здания специальной скобой.

Целью расчётов является обоснование выбора параметров охлаждающей системы (количества термосифонов, шага их расстановки) и мощности теплоизоляции, нейтрализующих тепловое воздействие здания на грунты основания и обеспечивающих их сохранение в мёрзлом состоянии. Расчеты выполнены методом математического моделирования с применением программы «ТЕПЛО», разработанной на кафедре геокриологии МГУ под руководством проф. Л.Н. Хрусталева.

Задачи решались в двухмерной постановке. Рассматривался вертикальный разрез по продольной оси здания, что соответствует наихудшему случаю, то есть наибольшему тепловому воздействию здания на подстилающие грунты. 

По результатам расчетов, максимальная глубина оттаивания формируется к концу лета первого года эксплуатации и составляет под серединой здания 1,3 м, под краем – 0,9 м. В последующие годы глубина уменьшается и к концу лета третьего года составит лишь 0,68 – 0,7 м. 

 

Фрагмент температурного поля к концу первого зимнего сезона

Рисунок 6. Фрагмент температурного поля к концу первого зимнего сезона (1 апреля)


Вывод по проектному решению

По результатам расчетов был выбран шаг расстановки термостабилизаторов грунта ТМД-5Н, равный 2,8 м, обеспечивающий надежное смыкание льдогрунтовых цилиндров между собой и подстилающими мерзлыми грунтами уже к концу первого зимнего сезона (рис. 6), а также толщина теплоизоляции типа Пеноплекс, равная 80 мм.

Подробнее: Теромостабилизация  ММП в основаниях сооружений с полами по грунту.