ПЛИТНЫЙ ФУНДАМЕНТ В СЛАБОМ ВЕЧНОМЕРЗЛОМ ГРУНТЕ
SLAB FOUNDATION IN SOFT PERMANENTLY FROZEN SOIL

Изобретение относится к строительству, области сооружения оснований и фундаментов в вечномерзлых грунтах.
Прочность пластично-мерзлых и засоленных грунтов иногда недостаточна, чтобы выдержать давление от больших плитных фундаментов надземных сооружений. В дальнейшем такие грунты условно будут называться “слабыми вечномерзлыми грунтами”. В этих случаях плиты часто опирают на свайные поля из большого количества мощных длинных свай. Способ усиления плитных фундаментов свайными полями из большого количества свай, расположенных под фундаментами, изложен в СП 50-102-2003, М., 2004, с.30-31.
Грунтовое основание, усиленное сваями, иногда дополнительно охлаждают через отдельно стоящие трубки для охлаждения газа (СОГ), но только в зимнее время. При положительных температурах наружного воздуха охлаждение вынужденно прекращается. Предельная глубина охлаждения грунта СОГ невелика и обычно не превышает 12 м. При этом интенсивность охлаждения с глубиной уменьшается до нуля. Направленное регулирование интенсивности охлаждения СОГ невозможно.
Одним из основных недостатков этого способа является высокая трудоемкость и дороговизна свайных работ в условиях Крайнего Севера.
Известен способ температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах методом понижения температуры неустойчивого приповерхностного слоя вечномерзлого грунта под железобетонной плитой [RU 2416002 С1] (прототип). Однако он не предназначен для существенного усиления плитного фундамента большой площади, т.к. горизонтальными охладителями невозможно создать искусственную сильно и достаточно равномерно промороженную грунтовую плиту большой толщины.
Целью изобретения является:
- создание сильно промороженной грунтовой плиты достаточно больших размеров, толщины и прочности;
- уменьшение трудоемкости и повышение экономичности работ по сооружению плитных фундаментов в пластично-мерзлых и засоленных (слабых) вечномерзлых грунтах.
Цель достигается тем, что при устройстве плитного фундамента в слабом вечномерзлом грунте, осуществляемом методом принудительной регулируемой подачи термоагента от внешних источников по закольцованным распределительным магистралям с формированием грунтовой плиты, превышающей в плане размеры основного плитного фундамента, подачу термоагента осуществляют по вертикальным термотрубкам с глубиной, равной проектной толщине грунтовой плиты, и изготовленным в форме петель, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины, соединенные с закольцованными магистралями, при этом скважины и траншеи, после установки в грунт термотрубок и магистралей, засыпают.
Цель также достигается тем, что после оборудования исходного вечномерзлого грунта термотрубками с распределительной магистралью в него погружают сваи небольшой длины, производят промораживание грунта и осуществляют монтаж на сваях плитного фундамента.
Цель также достигается тем, что изготавливают несколько автономных закольцованных магистралей, при этом по отдельным автономным магистралям вместо термоагента с отрицательной температурой в процессе эксплуатации надземного сооружения может кратковременно подаваться термоагент с положительной температурой.
Цель также достигается тем, что в плитном фундаменте проводят отдельную магистраль для принудительной регулируемой подачи термоагента с положительной температурой.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку “новизна”.
Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию “существенные отличия”.
На фиг.1 изображен плитный фундамент, установленный на слабом вечномерзлом грунте по способам 1 и 3. На фиг.2 изображен плитный фундамент, установленный на сваях, погруженных в слабый вечномерзлый грунт по способу 2.
Плитный фундамент 1 передает нагрузку от надземного сооружения 6 на слабый вечномерзлый пластично-мерзлый или сильнозасоленный грунт 5 (фиг.1,a). Прочность грунта иногда недостаточна, поэтому целесообразно понизить его температуру, увеличив его прочность и создав грунтовую плиту 4 большой толщины.
Так как площадь “А” фундаментной плиты недостаточна для того, чтобы исходный вечномерзлый грунт выдержал эксплуатационные нагрузки, то площадь “В” промороженной грунтовой плиты 4 должна превышать в плане площадь “А” основного плитного фундамента (фиг.1,а). Площадь “В” назначают такой, чтобы исходный слабый вечномерзлый грунт 5 под подошвой промороженной грунтовой плиты 4 смог выдержать расчетные нагрузки. Толщина и форма грунтовой плиты должны обеспечивать ее прочность при эксплуатационных нагрузках.
Промораживание массива вечномерзлого грунта 5 осуществляют методом принудительной регулируемой подачи термоагента заданной температуры от источника его охлаждения по закольцованным (замкнутым) распределительным магистралям 2 (фиг.1,с). Постоянное движение по магистралям термоагента с отрицательной температурой позволяет быстро компенсировать потери холода при промораживании, что ускоряет этот процесс. После окончания промораживания получают грунтовую плиту с заданной температурой и прогнозируемой прочностью.
Термотрубки изготавливают в форме петель 8 из труб, устанавливают в предварительно пробуренные скважины 7 и соединяют с закольцованной магистралью 2, при этом скважины и траншеи после установки термотрубок 8 и магистралей 2 засыпают вынутым ранее грунтом (фиг.1,b).
Термоагент поступает из охлаждающей установки, проходит по магистрали через охлаждаемые скважины 7 и возвращается к охлаждающей установке для повторного цикла охлаждения. Теплотехническим расчетом определяется оптимальная длина магистрали. Магистраль разделяют на отдельные ветви 2. При необходимости (например, выравнивания перекосов фундамента) в процессе испытаний и эксплуатации одна или несколько ветвей в нужном месте может быть отключена или, наоборот, включена с более низкой температурой. Для ускорения выравнивания перекосов фундаментной плиты по отдельным автономным магистралям вместо термоагента с отрицательной температурой может подаваться термоагент с положительной температурой.
Щеленарезными машинами устраивают узкие траншеи глубиной 1,5-2,0 м. В них прокладывают магистрали из транспортирующих теплоизолированных оцинкованных трубок с и засыпают вынутым грунтом. Магистрали оборудуют задвижками, приборами наблюдений и автоматического регулирования температуры замороженного грунта.
Желательно прокладывать двухтрубные магистрали с подключением к подводящей и отводящей трубам соответствующих концов петлевых термотрубок, как это делается, например, в системах водяного отопления жилых зданий. Это позволяет сохранять примерно одинаковую температуру в массиве промораживаемой грунтовой плиты 4.
Иногда возникает необходимость устройства проветриваемого подполья или мониторинга состояния низа фундаментной плиты в процессе эксплуатации надземного сооружения. В этом случае после оборудования исходного вечномерзлого грунта термотрубками 8 и распределительной магистралью 2 в него погружают сваи 9 небольшой длины, и после промораживания грунта производят монтаж на сваях плитного фундамента (фиг.2). Рекомендуется шаг свай 2,0…3,0d, где d - максимальный размер поперечного сечения сваи. Глубина погружения свай может быть небольшой, т.к. воздействие сил морозного пучения в постоянно промораживаемой грунтовой плите будет исключено.
При хранении в надземном сооружении продуктов с очень низкой температурой в плитном фундаменте можно провести отдельную магистраль для принудительной регулируемой подачи термоагента с положительной температурой и прогрева плиты 1. Это предохранит железобетонные плиты от разрушения и повысит надежность фундамента