На главную
На главную

ИМД 51-76 «Методические указания по составлению мерзлотного прогноза при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства (в условиях БАМ )»

В настоящих Указаниях, составленных на основе анализа и обобщения опыта изысканий в зоне БАМа, ряда методических и нормативных работ, выполненных автором Указаний, а также с привлечением других источников излагается методика мерзлотного прогноза при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства в условиях БАМа.
В соответствии с программой работ в Указаниях рассматриваются вопросы прогноза изменений, обусловленных главным образом непосредственным влиянием строительства.
Разработанная методика, приведенная в настоящих Указаниях, должна позволить получить материалы прогноза, обеспечивающие оптимальное размещение различных (типов) проектируемых зданий и сооружений, разработку технических решений оснований и фундаментов проектируемых объектов, необходимую детализацию технических решений в связи с тем или иным размещением проектируемых зданий и сооружений на площадке строительства.
В соответствии с программой работ методика прогноза разработана для «площадочного» строительства, т.е. исключает вопросы прогноза при изысканиях линейных сооружений. Кроме того, в Указаниях не рассмотрена методика прогноза при изысканиях для строительства гидротехнических и подземных сооружений, мостов и аэродромов.

Обозначение: ИМД 51-76
Название рус.: Методические указания по составлению мерзлотного прогноза при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства (в условиях БАМ )
Статус: действующий
Дата актуализации текста: 01.10.2008
Дата добавления в базу: 01.02.2009
Дата введения в действие: 29.09.1975
Разработан: Центральный трест инженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР
Утвержден: ПО "Стройизыскания" (29.09.1975)
Опубликован: Центральный трест инженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР № 1976

ГОССТРОЙ РСФСР

Росглавниистройпроект

Производственное объединение «Стройизыскания»

Центральный трестинженерно-строительных изысканий

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО СОСТАВЛЕНИЮ МЕРЗЛОТНОГО ПРОГНОЗА
ПРИ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ
ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГОСТРОИТЕЛЬСТВА
условиях БАМ)

ИМД-51-76

«Стройизыскания»

Москва - 1976

Настоящая методика рассчитана для использования при изысканиях какв зоне БАМа, так и в зоне его влияния.

Указания составил гл. специалист-мерзлотовед нормативно-методологического отдела объединения «Стройизыскания», канд. геол.-мин.наук А.И. Левкович.

ВВЕДЕНИЕ

«Методические указания посоставлению мерзлотного прогноза при инженерно-геологических изысканиях для промышленногои гражданского строительства (в условиях БАМ)» разработаны Центральным трестоминженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР по договору с институтом Мосгипротранс Минтрансстроя СССР 8743 от 28марта 1975 г.

Зона Байкало-Амурской железнодорожной магистрали характеризуетсявесьма сложными природными условиями, которые требуют специальногоизучения при инженерно-геологических изысканиях и учета при размещениипроектируемых объектов и строительном проектированииих оснований и фундаментов. Основными природными факторами, осложняющимистроительное освоение зоны БАМа, являются вечномерзлые грунты и повышеннаясейсмическая интенсивность большей части зоныБАМа.

Вечномерзлые грунты на территории строительстваБайкало-Амурской магистрали и в зоне ее влияния распространены практическиповсеместно. Они характеризуются различным происхождением, резкой изменчивостьюмощности и вертикального строения, наличием азональных условий и локализованныхталиков, пестротой температурного режима, различной льдонасыщенностью, структурно-текстурными особенностями и большим разнообразием состава исвойств.

Таким образом, только изучениесостава, состояния, строения, сложения и свойств вечномерзлых грунтов натерритории строительства в их статике представляет собой большую, самостоятельную и весьма сложную задачу.

Однако вечномерзлые грунты во всех присущих им характеристикахподвержены изменениям как во времени, так и в пространстве.

Указанные изменения в зависимости от вызывающих их факторов можно подразделить на три группы:

изменения мерзлотной обстановки (мерзлотных инженерно-технологических условий строительства), происходящие в связи с естественными изменениями природнойсреды;

изменения, вызванные строительнымосвоением территории;

изменения, происходящие в результате воздействия проектируемыхзданий и сооружений.

Без определения и учета этих изменений мерзлотныхинженерно-геологических условий (т.е. без прогноза их изменений) надежное и экономическое строительствои эксплуатацияпроектируемых объектов практически невозможно, что подтверждается весьмазначительной долей деформируемых зданий и сооружений от общего их числа, сооружаемого в районах распространения вечномерзлых грунтов.

Причем, первоочередной задачей инженерно-геологических изысканий являетсяполучение таких материалов прогноза, которые обеспечили бы сохранностьпроектируемых объектов в связи с непосредственным влиянием строительства наприродную обстановку при возможном учете и прочих изменений.

Повышенная сейсмическая интенсивность характерна для западнойчасти зоны Байкало-Амурскоймагистрали. Ее фондовая величина, по данным Института Земной коры СОАН СССР, колеблется в пределах от 7 до 10 баллов, а наотдельных участках превышает и 10 баллов. Определение такой фоновой сейсмичности является весьма важной задачей, решение которойнеобходимодля надежного строительства в этой зоне.

Как известно, фоновая сейсмичность определяется для средних грунтовых условий. В зависимости ототклонения этих условий от средних в пределах тех или иных участков района с определенной фоновой сейсмичностью сейсмичностьэтих участков изменяется. Определение таких приращенийсейсмичности как положительных, так и отрицательных (сейсмическое микрорайонирование) является важнейшей задачей инженерно-геологических изысканий в зоне БАМа.

Однако в районах распространениявечномерзлых грунтов установленная при сейсмическом микрорайонировании сейсмическая интенсивность тех или иных участков пристроительстве и эксплуатации проектируемыхобъектов будет меняться, так как при этомбудут меняться мерзлотные инженерно-геологические условия и, следовательно, сейсмические характеристики грунтов.

Таким образом, при сейсмическом микрорайонировании какой-либо территории в зоне БАМа в обязательном порядке должны учитыватьсярезультаты мерзлотного прогноза. Эта задача осложняется тем, что методика сейсмического микрорайонирования навечномерзлых грунтах в полной мере еще не разработана. Кроме того, неразработана в виде наставления для производства работ методика мерзлотногопрогноза при инженерно-геологических изысканиях.

В настоящих Указаниях, составленных на основе анализа и обобщенияопыта изысканий в зоне БАМа, ряда методических и нормативных работ, выполненныхавтором Указаний, а также с привлечением других источников излагается методикамерзлотного прогноза при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства в условиях БАМа.

В соответствии с программой работ в Указаниях рассматриваютсявопросы прогноза изменений, обусловленных главным образом непосредственным влиянием строительства.

Разработанная методика, приведенная в настоящих Указаниях, должнапозволить получить материалы прогноза, обеспечивающие оптимальное размещение различных (типов) проектируемых зданийи сооружений, разработку технических решений оснований и фундаментовпроектируемых объектов, необходимую детализацию технических решений в связи стем или иным размещением проектируемых зданийи сооружений на площадке строительства.

В соответствии с программой работ методика прогноза разработанадля «площадочного» строительства, т.е. исключает вопросы прогноза приизысканиях линейных сооружений. Кроме того, в Указаниях не рассмотрена методикапрогноза при изысканиях для строительствагидротехнических и подземных сооружений, мостов и аэродромов.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Задачиинженерно-геологических изысканий и их особенности

Общую задачуинженерно-геологических изысканий для строительства на вечномерзлых грунтахможно сформулировать следующим образом:

получениематериалов о мерзлотных инженерно-геологических условиях территориистроительства, а также о возможных изменениях этих условий в результате строительства и за счет естественных преобразованийприродной среды, по своему составу и объемунеобходимых и достаточных для оптимального размещения проектируемых зданий исооружений и для надежного и экономического проектирования их оснований и фундаментов. Инженерно-геологические изыскания проводятся для обеспечения технико-экономического обоснования строительства и стадий строительногопроектирования.

Это обуславливает поэтапное выполнение изысканий, когда материал изысканий каждого этапа используются для решенияопределенных задач обоснования и проектирования строительства.

В общемслучае выделяются четыре последовательных этапаинженерно-геологических изысканий:

1) изыскания для выбора пункта (района)строительства;

2) изыскания для выбора площадки (трассы)строительства;

3) изыскания на выбранной площадке (трассе)строительства;

4) изыскания на конкретных участкахразмещения проектируемых зданий и сооружений (по оси линейных сооружений).

Взависимости от характеристики проектируемых объектов, сложности природных условий ипринятого в зависимости от этого порядкасоставления ТЭО и строительного проектированияпроектная организация устанавливает перечень этапов изысканий, подлежащих выполнению.

Следуетотметить, что на вечномерзлых грунтахнадежное технико-экономическое обоснованиестроительства, а также надежное экономическое проектирование оснований и фундаментовзданий и сооружений обеспечивается в большинстве случаев производством полногоцикла изысканий, а при намеченном заранее пункте (районе)строительства - последовательным выполнением указанных выше п.п. 2.3 четырех этапов изыскательскихработ.

Задачи инженерно-геологических изысканий на каждом этапе (для «площадочного»строительства) характеризуются следующим:

приизысканиях для выбора пункта (района) строительства задачей изысканий являетсяоценка и сопоставление мерзлотных инженерно-геологических условий строительствав различных пунктах и их возможных изменений и обоснование выбора наиболееблагоприятных для строительства пункта (района) и вариантовплощадки;

приизысканиях для выбора площадки строительства в заданном пункте (районе) задачаизысканий заключается в оценке мерзлотных инженерно-геологическихусловий района, определении вариантов площадки, сравнительной оценке их условийи возможных изменений этих условий и обоснование выбора наиболее благоприятнойдля строительства площадки;

при изысканияхна выбранной площадке задача изысканий заключается в определении мерзлотныхинженерно-геологических условий строительства площадки и их возможныхизменений, обеспечивающих оптимальное размещение проектируемых зданий исооружений и разработку надежных и экономическицелесообразных технических решений ихоснований и фундаментов;

изыскания наконкретных участках размещения проектируемых объектов проводятся с задачейдетализации мерзлотных инженерно-геологических условий на этихучастках и их возможных изменений с учетом технических решений оснований ифундаментов проектируемых объектов.

Взависимости от сложности мерзлотных инженерно-геологических условий территориии характера проектируемых зданий и сооружений материалывторого этапа изысканий могут бытьдостаточными для определения размещения проектируемых объектов в пределахвыбранной площадки и для разработки технических решений их оснований ифундаментов. В отдельных случаях эти материалы могут оказаться достаточными и для рабочего проектирования.

Аналогичноматериалы изысканий по выбранной площадке в отдельных случаях могут бытьиспользованы для рабочего проектирования оснований и фундаментов.

Однако в мерзлотных условиях зоны БАМа такая возможность может быть реализована,как правило, лишь на участках выхода или близкогозалегания к поверхности монолитных или слабовыветрелых скальныхгрунтов при условии, что при изысканиях могут быть установлены достоверные сведения о сейсмичности таких участков.

Предметом изучения при изысканияхна вечномерзлыхгрунтах, как явствует из изложенного выше,являются мерзлотные инженерно-геологические условия строительстваисследуемой территории (употребительно также выражение - мерзлотныеинженерно-геологические условия территории, площадки и т.п.).

К их числу относится следующий комплекс природных условий:

геоморфология и рельеф;

геоботаническаяхарактеристика;

гидрологические условия;

температурный режим воздуха, осадки;

геологическое строение;

тектоника;

литологический состав грунтов, их возраст и генетическая характеристика;

гидрологические условия;

площадное распространение вечномерзлых и талых грунтов;

мощность и вертикальное строениевечномерзлой толщи;

температурный режим грунтов;

сезонное и многолетнее оттаивание и промерзание грунтов;

криогенные текстуры грунтов;

температурно-прочностное состояние грунтов;

физические, теплофизические и механические характеристики грунтов;

мерзлотные физико-геологические процессы и явления;

радиационно-тепловой баланс поверхностигрунтов;

характеристика сейсмической интенсивности территории в целом иотдельных ее участков сейсмоопасных районах).

Указанные условия строительства при изысканиях определяютсяв их естественном состоянии и в их статике, т.е. их качественные характеристикии количественные значения в той или иной степени справедливы лишь для моментаих определения.Поскольку во времени и в пространстве этиусловия под воздействием различных естественных и антропогенных факторовизменяются, то для проектирования необходимознать динамику их изменений при строительстве, а также в течение всего времени эксплуатации проектируемых объектов, что собственно и составляет задачу мерзлотного прогноза при изысканиях.

Важнейшей чертой определения этих условий и их изменений являетсякомплексность. Это является отражением взаимосвязи, существующей междуфакторами природной обстановки, и выражается в том, что при изучении природныхусловий строительства их составляющие рассматриваются с выявлением и учетом существующих между ними зависимостей.

Характер сведений о мерзлотных инженерно-геологических условиях, необходимых для обоснованияразличных видов строительства, различен. Эти различия относятся к перечню необходимых материалов и детальности ихизучения. Такие различия обуславливают разницу в содержании изысканий, а такжев частных задачах и методике изысканий и прогноза.

На основе изучения опыта проектно-изыскательских работдля разных видов строительства и соответствующего анализа выделяются следующие группы видов строительства, характеризующихся в своихпределах относительной общностью частных задач, содержания и методики изысканийи прогноза:

1) промышленные, сельскохозяйственные и транспортные предприятия;

2) города и поселки;

3) инженерные и дорожные сетипредприятий, городов и поселков;

4) гидротехнические сооружения (3 группы);

5)подземные сооружения (не классифицированы);

6)магистральные линейные сооружения (не классифицированы);

7) мосты;

8) аэродромы.

Изыскания для разработки районных планировок и технико-экономического обоснованиятерриториальных промышленных комплексов следует признать аналогичными изысканиями для выбора пункта (района) строительства,которые упоминались в настоящем параграфе выше.

Указанные обстоятельства обуславливаютнеобходимость дифференцированного подхода к разработке методики изысканий в целом и прогноза в частности.

В связи с этим, в настоящей методике рассматриваются вопросы мерзлотного прогноза дляпервой и второй групп видов строительства (дляэтих групп существуют различия в методике собственно изысканий).

Характер сведений, получаемых при изысканиях, определяется не только видомстроительства, но и этапом изыскательских работ. Для определенного видастроительства в зависимости от задач, решаемыхна определенном этапе изысканий,устанавливаются содержание и методика изысканий. Следует отметить, что этизадачи безусловно соотносятся с задачами разработки ТЭО и стадий строительного проектирования.

При изысканиях на 1, 2 и 3 этапе основным принципом оценкитерритории является типизация мерзлотных инженерно-геологических условийисследуемой территории, а на последнем этапе - их дифференциация для тех или иных точекизучаемого участка.

Характеристика мерзлотного прогноза при изысканиях

Выше указывалось, что предметом изучения при изысканияхявляются мерзлотные инженерно-геологическиеусловия строительства на какой-либотерритории. Предметом исследований при составлении мерзлотного прогноза, в своюочередь, являются изменения этих условий под воздействием различных факторов.

Характер изучения динамики мерзлотных инженерно-геологическихусловий при изысканиях определяются, прежде всего, тем что прогноз составляетсяв связи со строительствомконкретных зданий и сооружений. Это важноеобстоятельство обуславливает:

расчетный срок прогноза;

характер учета изменений геолого-географической средыстроительства;

особый характер стадийности прогноза.

Расчетный срок прогноза определяется в общем случае расчетным срокомэксплуатации проектируемых объектов, поскольку изменения условий будутпроисходить и воздействовать на эти объекты в течение всего времени их существования.

Отсюда следует, что при прогнозе должны изучаться, а при проектировании учитываться те изменения,величина которых будет ощутимой в течение срока прогноза.

Рассмотрим в связи с этим вопросы учета факторов, вызывающих изменения природнойобстановки. Выделяется 3 группы такихизменений:

происходящих в ходе естественноисторического процесса;

вызванных хозяйственным освоением обширных территорий;

обусловленных непосредственным воздействием строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Изменения, вызванные действием естественных факторов, большейчастью сказываются весьма медленно (кроме вызванных коротко-периоднымициклическими колебаниями климата), ощутимо выражаясь в геологическом масштабевремени, и учет вызывающих эти измененияфакторов в целях прогноза затруднителен и в данном случае нецелесообразен.

Практически невозможно обоснованно учесть при прогнозе для целей строительства относительно короткопериодные колебания климата, а также резко интенсивныегеологические процессы, так как в настоящее время предсказание ихколичественного выражения или появления вообще практически является еще неразрешеннойзадачей.

В силу изложенного, при мерзлотном прогнозе в данный моментвозможен относительно надежный учет тех естественных изменений исследуемыхусловий, которые связаны с периодическими сезоннымиизменениями климата.

Изменения мерзлотной обстановки, происходящие на обширныхтерриториях в связи с хозяйственнымосвоением обширных территорий, обуславливаются такими факторами, как появление площадок и трасс строительства, частичнаявырубка леса, нарушение естественного режима снежного покрова и растительного покрова, появление участков разработкистройматериалов, прокладка временных дорог и т.д.

Такие факторы оказывают как непосредственное, так иопосредствованное влияние на природную среду.

Изменения, вызываемые непосредственным воздействием, техническиучитываются достаточно легко. Возникающие здесь затруднения связаны с тем, чтодля изучения таких изменений должны проводиться работы за пределами площадокизысканий.

Эти же факторы в целом порайону влияют на газовый состав воздуха и егозапыленность, величину альбедо, характер испарения, конденсации и теплообмена грунтов сатмосферой, что в конечном итоге вызывает определенные сдвиги в величинах радиационно-теплового баланса поверхности итемпературы воздуха.

Такиеизменения могут быть выявлены путем достаточно длительных режимных наблюдений,поэтому при изысканиях особенно в необжитых районах их учет, как правило,затруднен.

В целом при исследовании изменений на территории, окружающей площадку, вызванных влиянием ее хозяйственного освоения,их количественный учет следует производить втех случаях, когда сфера этих измененийзатрагивает площадку строительства.

Следуетотметить в связи с этим, что РСН31-69 предусматривает увеличение номинального размера площадок приизысканиях на выбранной площадке в 1,5 - 2 раза, а РСН 42-74 - создание системы резервных площадей при изысканиях для проектовпланировки и детальной планировки городов и поселков.

Влияние на мерзлотныеинженерно-геологические условия практическивсех факторов, обусловленных строительством и эксплуатацией проектируемых на площадке зданий и сооружений, не вызываеткаких-либо затруднений.

Таким образом, при составлении мерзлотного прогноза учитываются:

изменения,вызванные циклическими сезонными изменениями климата;

изменения,обусловленные хозяйственным освоением территории, если их сфера затрагивает площадку;

изменения, обусловленныенепосредственным воздействием проектируемого на площадке строительства.

В связи суказанными ограничениями предметом изучения при составлении мерзлотногопрогноза при изысканиях являются следующие элементы мерзлотных инженерно-геологических условий:

температурный режим грунтов;

площадноераспространение вечномерзлых и талыхгрунтов;

мощность и вертикальное строение вечномерзлой толщи;

сезонное и многолетнее оттаивание и промерзание грунтов;

физические, теплофизические и механические характеристики грунтов (динамика влажности и изменчивость криогенных текстур не рассматриваются в связис отсутствием соответствующих практическихметодик).

Так какнормативные документы (РСН31-69) предусматривают выбор площадок, в частности, вне участков развитиямерзлотных физико-геологических процессов, а также вне зон тектоническихнарушений, соответствующие элементы природныхусловий при прогнозе не рассматриваются.

Однако наплощадках строительства определяется возможностьвозникновения указанных процессов.

Обязательнымэлементом мерзлотного прогноза является сейсмическоемикрорайонирование площадки в измененныхмерзлотных инженерно-геологических условияхнезависимо от метода микрорайонирования.

Наряду с другими факторами исходными при составлении прогноза являютсяследующие условия (их естественные изменения в данномслучае не учитываются):

геоморфологияи рельеф;

геоботаническиеусловия;

геологическоестроение;

литологический состав грунтов.

В случаеискусственного преобразования указанных условий при строительствесоответственно изменяются исходные условия мерзлотного прогноза.

Примерзлотном прогнозе учитывается также (в качестве граничныхусловий):

температурныйрежим воздуха;

осадки;

радиационно-тепловой баланс поверхности.

Эти элементы учитываются в пределах среднего естественного годового цикла их колебаний.

В качестве граничных условий при прогнозе учитывается также тепловое влияние всехпроектируемых на площадке зданий и сооружений.

Процесспрогнозирования при изысканиях является ступенчатым, что связано с различием задачизысканий на каждом этапе изысканий.

Всоответствии с этим на различных этапах испытаний при прогнозировании в целомрешаются различные задачи, что вызывает различия в характере и полнотеисследуемых изменений и, в конечном итоге, содержании и методике прогноза. Последнее обстоятельство диктуется необходимостьюосуществления работ в определенные ограниченные сроки и приемлемой стоимостьюработ при безусловной надежности материалов прогноза.

Задачимерзлотного прогноза на различных этапах изысканий

При изысканиях для выбора пункта строительства, когда в целомсопоставляются мерзлотные инженерно-геологические условия различных достаточнообширных районов, их оценка, как правило, производится на основе сравненияразличных природных факторов в их естественном состоянии, т.е. специальнопрогноз не выполняется.

Однако при необходимости более детальной оценки изучаемыхприродных факторов, прогноз на этом этапе может быть выполнен применительно к изложенному для прогноза привыборе площадки строительства.

Вследствие этого задачи прогноза в данном параграфе, а также егосодержание и методика в последующих разделах излагаются, начиная с прогноза приизысканиях для выбора площадки строительства.

Как отмечалось в предыдущем параграфе в данной методике рассматриваются изменения невсех составляющих мерзлотныхинженерно-геологических условий, а определенного (указанного в § 2) комплекса этих условий, что обеспечивают в целом надежноеи экономически целесообразное проектирование строительства. Следует также отметить, чтопри решении некоторых частных задач прогноза этот комплекс также ограничивается, что обусловлено содержанием даннойконкретной задачи.

Прогноз при выборе площадкистроительства. На данном этапе изысканий необходимо выбрать участок исследуемойтерритории, который по своим мерзлотным инженерно-геологическим условиям был бынаиболее благоприятен для строительства. Опыт показывает, что в этом случаежелаемого результата можно достичь, рассматривая ограниченный комплексупомянутых условий, а достаточным критериемможет служить величина их возможных наибольшихизменений.

Задачу мерзлотного прогноза на этом этапе изысканий можно сформулировать следующимобразом:

оценка и сопоставление характера и величины вероятных наибольших измененийограниченного комплекса мерзлотных инженерно-геологических условий различныхучастков территории (вариантов площадки) и определение наиболее благоприятногоиз них для строительства.

Прогноз навыбранной площадке строительства. Мерзлотный прогноз на выбранной площадке строительства должен обеспечить своимиматериалами следующее:

наиболее благоприятное размещение проектируемых на площадке зданийи сооружений с учетом их характеристик;

разработку технических решений их оснований и фундаментов.

Основой для оптимального размещения проектируемых объектовявляется типизация мерзлотных инженерно-геологических условий площадки, т.е. еерайонирование, выполняемое при изысканиях. Наделяя однородные инженерно-геологические комплексы,сформировавшиеся в ходе естественноисторического процесса, следует ожидать единообразных изменений мерзлотныхинженерно-геологических условий в их пределах при однообразном воздействии наэти комплексы. Указанный подход определяет конкретные задачи прогноза на данномэтапе изысканий.

Для целей районирования предварительно решается следующая задача:

определение среднегодовой температуры грунтов, глубинраспространения годовых колебаний температуры, полных и нормативных глубинсезонного оттаивания и промерзания грунтов в каждом микрорайоне площадки, а также приращения сейсмический интенсивности в каждоммикрорайоне сравнительно с фоновойсейсмичностью.

Вторая задача прогноза определится из условия необходимости использованияпринципа однородности воздействий на выделенные инженерно-геологическиекомплексы:

объединение зданий и сооружений, проектируемых на площадке, вгруппы, однородные по тепловыделению, величине и характеру нагрузок с учетом их конструктивных особенностей и условий взаимногоразмещения.

Подобная группировка объектов обеспечивает не только рациональноепрогнозирование. В однородных мерзлотных инженерно-геологических условиях для однородных группзданий или сооружений облегчаются разработка технических решений оснований ифундаментов, строительство и эксплуатация проектируемых объектов, а также разработка и осуществление необходимых защитныхмероприятий.

В целях определения наиболее рационального размещения тех или иныхгрупп проектируемых объектов в пределах площадки должна быть выполнена:

Оценка вероятных изменений площадного распространения, мощности ивертикального строения вечномерзлых грунтов, сезонного промерзания и оттаиваниягрунтов, их свойств и сейсмичности в результате строительства в тех или иныхмикрорайонах площадки выделенных групп зданий и сооружений.

После решения этой задачистановится возможной разработка рекомендаций по размещению проектируемых зданийи сооружений (должно быть согласовано с проектной организацией), что даетвозможность более детального изучения изменчивости условий для получения материалов, необходимых для разработки техническихрешений оснований и фундаментов. Следующая задача составления прогноза, таким образом,формулируется как определение изменений температурного режима, площадногораспространения, мощности и вертикального строения вечномерзлых грунтов,сезонного и многолетнего промерзания грунтов, их температурно-прочностного состояния и свойств в связи со строительствомконкретных зданий и сооружений в каждом микрорайоне площадки, а такжеприращений сейсмической интенсивности этих микрорайонов в измененных мерзлотныхусловиях.

При решении этой задачи в каждом случае рассматриваютсяварианты сохранения и ликвидации вечномерзлого состояния грунтов оснований,исключая случаи, когда сохранение вечномерзлого состояния без устройств принудительного охлаждения поопыту местного строительства или по данным предварительного анализа невозможно.

Поскольку на данном этапе изысканий конкретные характеристики условий на участках размещения проектируемых объектов, как правилонеизвестны, при прогнозе следует исходить из средних значений указанных условий для соответствующих микрорайонов.

Прогнозна конкретных участках размещения проектируемых зданий и сооружений. На данном этапе изысканий, как известно, детализируются сведения о мерзлотныхинженерно-геологических условиях на упомянутых конкретных участках. Мерзлотныйпрогноз в данном случае также представляет собой уточнение материалов прогнозаприменительно к этим участкам, полученных на предшествующем этапе помикрорайонам в целом (последняя задача), но сучетом принятых технических решений оснований и фундаментов (принциписпользования вечномерзлых грунтов в качествеоснований, типы и параметры фундаментов,планировка, противомерзлотные мероприятия ит.п.).

Этимисчерпываются задачи прогноза при изысканиях.

Анализизменений, исследуемых при прогнозе, позволяет также сделать заключение овозможности возникновения на площадке мерзлотных физико-геологических процессов(термокарст, бугры пучения, грунтовыеналеди, оползни и т.п.), что дает возможность проектирования соответствующихзащитных противомерзлотных мероприятий.

При решениикаждой из указанных задач прогноза, кроме прочего, определяются изменения либотех или иных характеристик температурного режима грунтов, либо температурногорежима в целом. Температурный режим некоторой грунтовой области исследований закакой-либо промежуток времени описывается последовательной совокупностью температурныхполей, определяемых в этой области в течение указанного промежутка времени.

Под температурнымполем грунтовой области исследований в какой-либо момент времени понимаетсясовокупность значений температур грунта (распределение температур) в различныхточках области исследований в этот момент времени. К характеристикамтемпературного режима грунтов также относят среднегодовую температуру грунтов,глубины оттаивания - промерзания и т.п.

При выбореплощадки и на выбранной площадке, как указывалось,выделяются участки, отличающиеся однородностью мерзлотных инженерно-геологическихусловий. Поэтому характеристики температурного режима, определенные внескольких точках такого участка, достаточно достоверно характеризуют участок вцелом. Такие характеристики температурного режима грунта следует называтьобобщенными.

При строительном освоении территории, когда условия теплообмена на поверхностигрунтов и соответственно их температурный режим преобразуются, как правило,редко и незакономерно, уменьшается возможная степень пространственногообобщения характеристик температурного режима.

Поэтому обобщенные характеристики температурного режима грунтовиспользуются для его отображениятолько в естественных условиях (прогноз при выборе площадки и при районированиивыбранной площадки).

В остальных случаях те или иные составляющие температурного режимахарактеризуют только точку, для которой они определены. Поэтому они должныопределяться в любой необходимой точке термоактивной зоны оснований (подтермоактивной зоной понимается грунтовая область, в пределах которойтемпературный режим меняется под влиянием соответствующего здания илисооружения).

Прогноз изменений температурного режима грунтов может выполнятьсяприближенными аналитическимиметодами, с помощью моделирования, а такжечисленными методами с использованием ЭЦВМ.

При изысканиях, как правило, используются аналитические и численные методы. Выбор тогоили иного метода определения составляющихтемпературного режима или режима в целом зависит от конкретной задачи прогнозаи этапа изысканий.

II. ПРОГНОЗ ПРИИЗЫСКАНИЯХ ДЛЯ ВЫБОРА ПЛОЩАДКИ

Решение задачи прогноза при выборе площадки строительстваосновывается на применении таких критериев оценки изменений мерзлотныхинженерно-геологических условий, которые позволяют надежно определять площадкус наиболее благоприятными для строительства условиями. Кроме того,использование таких критериев должно обеспечивать достаточную «технологичность»изысканий и собственно прогноза. Последнее условие следует понимать какнеобходимость использования таких методов прогноза, которые позволят надежнорешить его задачу наименее трудоемкимспособом и в рамках изысканий.

В связи с указанным, мерзлотное прогнозирование на данном этапеизысканий прежде всего основывается на типизации мерзлотных инженерно-геологических условий района выбораплощадки строительства, т.е. на районировании.

Мерзлотноеинженерно-геологическое районирование исследуемой территориипроизводится на основе ее ландшафтного районирования, масштаб которогонаходится в пределах 1:25000 - 1:10000. При ландшафтномрайонировании, по возможности, производится непосредственное дешифрированиенекоторых составляющих мерзлотных инженерно-геологических условий.

На основеландшафтного районирования и инженерно-геологического дешифрирования собязательным использованием материалов предшествующих исследований и изысканийпрежде всего выделяются участки, заведомо опасные длястроительства или требующие особо сложнойинженерной подготовки.

К такимучасткам относятся склоны и прилегающие к ним площади,участки развития мерзлотных физико-геологических процессов и явлений,торфяники, участки вероятного развития грунтовых наледей, зоны тектоническихнарушений и участки с повышенной (относительно фоновой) сейсмическойинтенсивностью.

Послевыделения таких участков остальная часть территории используется для выбораплощадки строительства. Оценка территории и выбор площадки производятсяследующим образом:

выделяются участки, где вероятная изменчивость мерзлотных инженерно-геологических условий будет абсолютно наименьшей;

средипоследних выделяются участки, где изменчивость условий будет влиять напроектируемые здания и сооружения в наименьшей степени.

Длявыявления участков с абсолютно наименьшей изменчивостью решающее значениеприобретают сведения о геологическом строении исследуемого района, составе,происхождении и возрасте грунтов, геоморфологии, гидрогеологических условиях,распространении вечномерзлых грунтов.

Предварительноэти данные определяются по материалам геологической и гидрогеологической государственных съемок и затем уточняются в ходе мерзлотного обследованиятерритории, выполняемого на этом этапеизысканий.

В качествеучастков, обладающих абсолютно наименьшей изменчивостью вообще,рассматриваются:

участки с преимущественным распространением талых или маломощных вечномерзлых грунтов;

участки преимущественногораспространения грунтов интрузивного, метаморфического и эффузионного генезиса,а также осадочных дочетвертичных грунтов;

участки преимущественного распространения гравийно-галечниковых и обломочных грунтов;

участки, характеризующиеся наибольшей однородностью мерзлотныхинженерно-геологических условий в целом.

Обоснование выделения перечисленных участков в качестве наиболееблагоприятных заключается вследующем: строительство на талых грунтах дажесамых неблагоприятных, как правило, не характеризуется изменением ихпрочностных и деформационных свойств при изменении условий теплообмена наповерхности грунтов, что является неизбежным следствием строительства.Указанное обстоятельство в целом значительно упрощает проблему использованиятаких грунтов в качестве оснований сравнительно с мерзлыми (при этом должныпредусматриваться рекомендации по предотвращению возможности появления новообразованийвечномерзлых грунтов).

На участках маломощныхвечномерзлых грунтов в качестве оснований можно использовать подстилающие ихталые грунты.

Следует отметить, что в районах с высокой сейсмическойинтенсивностью, где преимущественно развиты вечномерзлые грунты, вышеуказанные участки могут быть отнесены ккатегории благоприятных лишь в тех случаях, когда на окружающих вечномерзлыхгрунтах проектируемые здания или сооружения не могут быть выстроены ссохранением вечномерзлого состояния грунтов оснований.

В этих случаях дополнительным фактором для суждения о степениблагоприятности участков с вышеуказанными условиями будет являться наличие илиотсутствие грунтовых вод, а также глубина их залегания (безусловно учитываетсяи вероятность их появления пристроительстве и эксплуатации проектируемыхобъектов).

В грунтах изверженных, метаморфических и эффузивных, а также восадочных дочетвертичных грунтах с прочной цементацией жесткиекристаллизационные или цементационные связи и, следовательно, механические свойства талых грунтов при изменении условий теплообмена наповерхности либо не меняются совсем, либоменяются незначительно. Кроме того, в сейсмических районах грунтытакого типа обладают меньшей сейсмической опасностью сравнительнос так называемыми «средними» грунтами.

Указанныеположения не следует распространять на кору выветривания этих грунтов, а также в отдельных случаях на трещиноватые тектоногенные зоны.

Нечетвертичныеосадочные грунты, не имеющие жестких цементационных связей, обладают большейплотностью сравнительно с четвертичными грунтами и относительно меньшейизменчивостью при изменении условий теплообмена на дневной поверхности, чтоуменьшает вероятные величины их осадок при оттаивании и уплотнении поднагрузкой. Такие грунты сравнительно с четвертичными, какправило, более благоприятны в сейсмическом отношении.

Однородностьмерзлотных инженерно-геологических условий является фактором, благоприятностькоторого для проектирования и строительства общеизвестна и не нуждается вспециальных пояснениях.

При оценкеучастков по указанным выше условиям в обязательном порядке учитывается ихрельеф. Рельеф определяет необходимость и характерпланировочных работ, т.е. срезки или подсыпки грунта, которые могут радикальноизменить характер теплообмена, достоверноесуждение о чем может быть получено лишь методами численного анализа придетальном прогнозировании. Поэтому при выборе площадки однородностьгеоморфологических условий вообще и ровность поверхности, в частности, следуетсчитать важными благоприятными факторами.

Необходимосделать замечание о том, что на вечномерзлых грунтах вообще срезка являетсякрайне неблагоприятным фактором, так как почти всегда приводит к образованиютермокарстового или термоэрозионного процессов и др. С другой стороны, всейсмоопасных районах насыпные грунты являются более опаснымисравнительно с грунтами естественного сложения.

Ввиду этихобстоятельств оценка тех или иных участков при выборе площадки должна такжеосновываться на анализе вероятного характера планировки территории и в связи сэтим возможностей применения тех или иных технических решений оснований ифундаментов и размещения проектируемых объектов, обеспечивающих достаточнуюнадежность строительства.

При оценке участков, кроме рельефа, подобным же образом следуетучитывать также характер распределения и мощность снежного покрова, так какудаление мощного снежного покрова пристроительстве часто приводит к необратимым изменениям температурного режимагрунтов.

После описанной оценки района работ и выбора участков с наименьшейабсолютной изменчивостью условий из их числа выбираются возможные вариантыплощадки строительства.

Методика прогнозирования далее рассматривается для участков,сложенных преимущественно вечномерзлымидисперсными грунтами, так как в остальных случаях, как правило, площадкадостаточно уверенно выбирается на основе качественной оценки абсолютной наименьшейизменчивости условий. Для талых грунтов при этом должны определятьсявозможности возникновения при строительстве новообразований вечномерзлыхгрунтов и соответственно изменение их свойств.

Оценка и сопоставлениенамеченных вариантов площадки производится поматериалам их мерзлотного обследования, а также буровых, геофизических, термокарстовых и лабораторных работ.Основой оценки рассматриваемых вариантовплощадки является характеристика слагающих их литолого-генетических типовгрунтов, поскольку это дает возможность сопоставлять закономерные ассоциациимерзлотных инженерно-геологических условий.

В связи с этим на вариантах площадки предварительноустанавливаются геологическое строение и степень его однородности, однородностьсостава и свойства грунтов, а также другие необходимые характеристикигеологической среды строительства.

При дальнейшей оценке определяются изменения тех элементов имерзлотных инженерно-геологических условий, которые могут оказать непосредственное влияние наустойчивость проектируемых зданий и сооружений.

Поскольку при прочих равных условиях рассматриваемые нижехарактеристики зависят от состава грунта, сопоставляемые участки следуетклассифицировать и по этому признаку (в каждом случае состав грунта определяется его дисперсностью).

Для оценки вариантов площадки затем рассматриваются следующиеэлементы мерзлотных инженерно-геологических условий:

суммарная влажность грунтов;

объемная льдистость;

засоленность;

среднегодовые температуры грунтов;

глубины сезонного оттаивания и промерзания.

Все эти характеристики имеют взаимообусловленный характер, поэтомуих раздельное рассмотрение предполагает наличие прочих разных условий.Обоснование указанных критериев оценки заключается в следующем:

Суммарная влажность в мерзлых грунтах прямо определяет величину их льдистости, т.е. их прочностные идеформативные свойства. От вида и количества льда и криогенного строения грунтанепосредственно зависят его реологические свойства.

Засоленностьнепосредственно влияет на прочностные и деформативные свойства грунта, так какопределяет его температуру замерзания и тем самым - количество льда в грунтахпри данных температурах.

Поскольку характер влияния этих характеристик на состояние и свойства грунтаизвестен, можно сделать вывод, что наиболее благоприятными будут участки снаименьшими суммарной влажностью, льдистостьюи засоленностью, а в целом, как правило,участки с наименее дисперсными грунтами.

При одинаковых воздействиях зданий или сооружений на талые грунты онибудут обладать меньшей изменчивостью сравнительно с грунтами более влажными,льдистыми или засоленными.

Детальная оценка изменений сейсмичности при изменении указанныххарактеристик грунтов уверенно может быть выполнена лишь по данныминструментального сейсмического микрорайонирования, где будут учтены и другиеконкретные условия (мощности тех или иных грунтовых разностей, сочетание их вразрезе и т.п.), так как изменение сейсмичности в данном случае можетсущественно зависеть именно от них.

Далее производится оценка и сопоставление среднегодовых температургрунтов и глубин сезонного оттаивания и промерзания.

Наиболее низкие температуры грунтов и меньшие глубиныоттаивания-промерзания характеризуют более консервативные мерзлотные условия,для изменения которых требуются большие воздействия. Такие условия в целом являются благоприятнымпризнаком, имея существенное значение при строительстве с сохранением вечномерзлого состояния грунтовоснований.

При строительстве без сохранения мерзлоты эти условия будут характеризовать более низкие темпыизменений. Кроме того, эти условия являются более благоприятными в сейсмическом отношении.

Необходимо сделать следующее замечание:

Более низкие среднегодовыетемпературы и меньшие глубины оттаивания-промерзания часто связаны сдисперсными льдистыми грунтами. Поэтому выбор наилучшего участка по указаннымвыше условиям следует осуществлять, рассматривая вероятные изменения всего ихкомплекса.

Следующим шагом прогноза на данном этапе изысканий является оценкавариантов площадки с учетом конкретногостроительства. Здесь упоминавшийся комплекс условий (влажность, льдистость и т.д.) рассматривается уже на фоне конкретных изменений площадногораспространения, вертикального строения и мощности вечномерзлых грунтов,которые произойдут в связи со строительством на тех или иных рассматриваемыхучастках.

Учет влияния строительства и эксплуатации проектируемых зданийи сооружений в принципе должен обеспечить выбор такой площадки из числанескольких благоприятных участков, где влияние изменения условий на проектируемые объекты будет наименьшим. Тем не менее,на данном этапе изысканий нецелесообразно проводить детальное изучениеизменчивости мерзлотных условий в связи со строительством.

Практика показывает, что для вполне уверенного суждения в данномслучае достаточно определить и сопоставить вероятные глубины оттаивания грунтовоснований:

в случае применения холодных подполий;

при непосредственном контакте здания с грунтом (без подполий).

Оценка этих глубин для различных вариантов площадки производитсясоответственно по указаниям п. 4.2 главы СНиПII-Б.6-66 и по формуле (52) этой же главыСНиП.

Нормативные глубины сезонного оттаивания определяются всоответствии с указаниями раздела 4 РСН31-69 или по формуле (42) главы СНиПII-Б.6-66. В данном случае в расчет следует принимать характеристикинаиболее тепловыделяющего здания илисооружения.

Наилучшим следует считать участок, где глубины оттаивания грунтовбудут наименьшими, что также согласуется с существующими представлениями об увеличении сейсмическойинтенсивности при оттаивании грунтов.

Для зданий с холодными подпольями, помимо указанного, определяетсямаксимальная температура грунтов оснований на глубине годовых нулевых амплитудпо формуле (10) главы СНиПII-Б.6-66, причем в качестве температуры используется значениесреднегодовой температуры грунтов, определяемой по указаниям раздела 4 РСН31-69.

Глубина распространения годовых колебаний температуры в грунтах (глубина годовых нулевых амплитуд)также определяется в соответствии с указаниями упомянутого раздела РСН31-69.

Наиболее благоприятными следует считать участки, где максимальная отрицательная температура будет более низкой, так как это обеспечивает более благоприятные условия расчета фундаментов по первому предельному состоянию.Кроме того, сейсмическая интенсивность ниже в грунтах с более низкимитемпературами.

После того, как указанным путем определены характер иориентировочные величины изменений исследуемого комплекса мерзлотныхинженерно-геологических условий на различных вариантах площадки, выбор площадкистроительства может быть осуществлен достаточно обоснованно.

III. ПРОГНОЗ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХНА ВЫБРАННОЙ ПЛОЩАДКЕ

Прогноз при изысканиях на выбранной площадке строительства складывается из решения задач, указанных вразделе I. Для мерзлотногоинженерно-геологического районирования площадки определяются вероятные значениясреднегодовой температуры грунтов, глубины распространения годовых колебанийтемпературы, полных и нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзаниягрунтов в соответствии с изложенным в разделе 4 РСН31-69. Указанные обобщенные характеристики температурного режима должны быть установленыдля каждого микрорайона площадки, выделенногопри ее ландшафтном микрорайонировании на карте масштаба 1:10000 - 1:8000. На основе этой карты по материалам буровых,геофизических, термокаротажных и лабораторных работ с учетом материаловпрогноза составляется карта мерзлотного инженерно-геологического районирования выбранной площадки того же масштаба, что и карталандшафтногорайонирования. Для каждого элементарного таксономического подразделения, выделенного при районировании, устанавливается сейсмичность,определенная по данным инструментального сейсмического микрорайонирования илиже путем анализа мерзлотных инженерно-геологических условий применительно кизложенному в «Основных положениях производства инженерно-геологическихизысканий для технического проекта объектовобустройства Байкало-Амурской железнодорожной магистрали» (согласованыинститутом «Мосгипротранс» 27 марта 1975 г.).

К карте мерзлотного инженерно-геологического районированияплощадки составляется таблица (Приложение 1), в которой приводятся материалы, обосновывающие районирование, и в которойпроизводится классификация выделенных участков по степени сложности ихстроительного освоения. Эта классификацияхарактеризует участки в их естественном состоянии (в том числе в периодическомцикле сезонных изменений) и является основойих оценки для целей размещения зданий и сооружений.

Решение двух следующих задач прогнозирования имеет целью получениематериалов для обоснованного размещения на площадке (в пределах тех или иныхвыделенных микрорайонов) проектируемых зданий и сооружений.

Прежде всего, производится классификация проектируемых зданий похарактеру и величине их энергетического воздействия на грунты оснований, т.е.по тепловыделению и нагрузкам.

Поскольку такая классификация в конечном итоге являетсяпроизводной от количественной характеристики взаимодействия проектируемыхобъектов с геолого-географической средой строительства, строгой классификации вданном случае произвести нельзя. Выделение групп зданий и сооружений следуетпроизводить по признаку энергетической однородности проектируемых объектов.Выделяются следующие группыпроектируемых зданий и сооружений:

с обычным (типа жилых зданий) тепловыделением;

с повышенным тепловыделением (горячие производства);

с пониженным тепловыделением (склады и т.п.);

без тепловыделения (не отапливаемые здания и сооружения);

споглощением тепла на контакте с грунтами (технологические установки);

с вероятнымиутечками воды (производства с мокрым технологическим процессом ит.п.);

состатическими нагрузками;

сдинамическими нагрузками;

идополнительно в числе последних - с вибрационныминагрузками.

Выделяемыегруппы зданий и сооружений должны характеризоваться определенной общностью тойили иной совокупности перечисленных признаков, обеспечивающей относительнуюоднородность их воздействия на грунты.

После этогосостав выделенных групп дополнительно уточняется (дифференцируется);

позначимости зданий и сооружений (социальной и экономической);

чувствительностик неравномерным вертикальным перемещениям;

конструктивнымособенностям.

Следующаязадача заключается в определении таких микрорайонов площадки, которые будутнаиболее благоприятны для строительства тех или иных выделенных групп проектируемых зданий и сооружений. В целом задача прогнозасовпадает с задачей прогноза при выбореплощадки.

Однаконижеследующие особенности работ при выборе площадки и на выбранной площадкеопределяют различия в методике прогноза:

а) навыбранной площадке, как правило, не может быть резких различий между ееучастками в геологическом строении, генезисе, составе и свойствах грунтов, вгеоморфологии и собственно мерзлотных условиях;

б) навыбранной площадке детальность инженерно-геологических работгораздо выше, чем при выборе площадки;

в) привыборе площадки оценка условий ее вариантов производится по принципу «лучше -хуже». На выбранной площадке этот принцип применяется для предварительнойоценки лишь участков, так как в дальнейшем должны быть найдены оптимальныесочетания тех или иных проектируемых объектов и микрорайонов площадки.

Первая отмеченная особенность приводит к тому, что выбраковкаотдельных участков площадки может быть лишь следствием ошибок, допущенных при выборе площадки. Вследствие этого отпадаетнеобходимость выделения на выбранной площадке опасных для строительстваучастков, а также и особо благоприятных сравнительно с другими.

Большая детальность прогноза обеспечивается высокой детальностью мерзлотногоинженерно-геологического районирования площадки, что дает возможность выявить идетально учесть изменчивость условий каждого микрорайона.

Третья особенность методики прогноза заключается в том, что должныбыть определены такие участки, изменения условий которых будут наиболееблагоприятны для строительства определенных групп зданий и сооружений.

Оценка микрорайонов площадки начинается с сопоставления комплексових мерзлотных инженерно-геологических условий без учета влияния строительства. Как и при выборе площадки основным принципом оценкиздесь будет принцип наименьшей изменчивости условий, что дает возможностьиспользовать на этой стадии оценки те жекритерии.

Дополнительным благоприятным признаком может служить наименьшаяинтенсивность развития растительного покрова, что обусловит менее резкиеизменения условий теплообмена на поверхности грунтов при удалениирастительности. Таким же признаком будет являться ровность поверхности.

В результате этой оценки и сравнения появляется возможностьклассифицировать все микрорайоны площадки по степени благоприятности их условийвообще (безотносительно к конкретным зданиям и сооружениям). Влияние зданий и сооруженийздесь оценивается несколько иным образом, чем при выборе площадки.

Прежде всего, необходимо определить возможность строительства ссохранением вечномерзлого состояниягрунтов оснований на данной площадке и в том числе дифференцировано по группамзданий и на различных участках. Наилучшим критерием здесь является опыт местногостроительства при наличии соответствующих аналогов. Если такие аналогиотсутствуют, то суждение выводится на основе анализа конкретных условий.Практика свидетельствует о том, что сохранение вечномерзлого состояния грунтовоснований без специальных устройств принудительного охлаждения, как правило, затруднено в следующих случаях:

присреднегодовых температурах грунта выше -1 °С;

для объектов с повышенным тепловыделением;

для объектовс возможными утечками воды;

для объектовс динамическими и в том числе вибрационными нагрузками на грунты.

Дляостальных групп зданий и сооружений возможность сохранения вечномерзлогосостояния грунтов при решении этой задачи прогноза оценивается путем анализаразличных косвенных признаков, например, льдистости изасоленности. Следует также иметь в виду, чтодля строительства с сохранением вечно мерзлогосостояния грунтов оснований наиболее благоприятны микрорайоны площадки,характеризующиеся наименьшей изменчивостью условий вообще, особенно при наличиимощного снежного покрова (в естественном состоянии).

Здания исооружения с повышенным тепловыделением, утечками и динамическими нагрузкамиобуславливают использование грунтов с допущением ихоттаивания в процессе эксплуатации либо с предпостроечным оттаиванием.Оттаивание грунтов в процессе эксплуатации наиболее целесообразно применять длязданий и сооружений, мало чувствительных к неравномерным вертикальнымперемещениям на участках с наименее дисперсными грунтами и наименьшей суммарнойвлажностью и льдистостью, наибольшей плотностью грунтов.

Указанныйанализ дает возможность предварительного размещения зданий и сооружений вразличных микрорайонах площадки. При этом наиболее ответственные ичувствительные к неравномерным вертикальным перемещениям здания и сооруженияразмещаются на участках с наименьшей абсолютной изменчивостью условий.

После этого для каждой группы зданий исооружений в условиях их размещения определяются глубины оттаивания грунтов под зданиями и сооружениями и прочие характеристики вварианте сохранения мерзлоты (т.е. с холодными подпольями) и без сохранения, кромебесспорных случаев, определенных на основепредыдущего анализа. Методика их определения аналогична изложенной в предыдущемразделе.

Материалы прогноза сводятся в таблицу(Приложение II), в которой также приводятсярекомендации по принципу использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований, по типам и глубинам заложения фундаментов инеобходимым инженерным мероприятиям, разрабатываемымна основе анализа результатов прогноза. Понятно, что основой разработки рекомендаций является конкретный анализ условийстроительства и комплексная оценка изменений природной среды при этом.

Задачаразмещения проектируемых объектов во многих случаях осложняется существованиемтехнологических связей между зданиями и сооружениями, диктующих определенность их взаимного положения, а также другими причинами(требованиями гортехнадзора, противопожарные, санитарные нормы и пр.).

Оценки ирекомендации при решении данной задачи прогноза получают, как это и видно, приизвестной схематизации мерзлотных инженерно-геологических условий исследуемыхмикрорайонов в связи с особенностями используемых методовсоставления прогноза, позволяющих в общем случае достаточно эффективно решитьпоставленную задачу. Тем не менее, оценки изменчивости условий и суждения оцелесообразности применения того или иного принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований при решении этой задачи прогноза имеют предварительный характер.

Более полная оценка изменения мерзлотных инженерно-геологических условий, позволяющая надежно и экономически целесообразно разрабатывать технические решения оснований ифундаментов проектируемых зданий и сооружений,производится при решении следующей задачипрогноза.

Разработкеэтой задачи должно предшествовать решение проектной организации оразмещении проектируемых объектов, принятое на основе результатов решения предыдущей задачи прогноза, т.е. данная задачарешается на основе принятого предварительногогенерального плана площадки.

Решениезадачи заключается в определении изменений температурного режима, площадного распространения вертикального строения и мощности вечномерзлыхгрунтов, сезонного и многолетнего оттаивания и промерзания грунтов, их температурно-прочностного состояния и свойств грунтов основанийдля каждого здания или сооружения или иходнородных групп - в геолого-географических условиях соответствующихмикрорайонов.

Следует отметить, что в данном случае для каждого микрорайона в качествеисходных данных принимаются средние значения свойств грунтов и обобщенныехарактеристики температурного режима, полученные на основе равномерногоинженерно-геологического опробования в условиях, когда привязка зданий и сооружений наплощадке еще не производилась.

Составление прогноза здесь начинается с определения измененийтемпературного режима грунтов в связи со строительствомконкретных зданий и сооружений. Задача прогнозирования сводится в данном случае к решению серии задач типа Стефана для многомернойанизотропной области. Большинство инженерных задач типа Стефана можно свести кдвухмерному (плоскому) случаю. Поэтому припрогнозировании рассматриваются, как правило, двухмерные задачи.

При анализе существующих методов решения многомерной многофронтовойзадачи типа Стефана было установлено, что при инженерно-геологических изысканиях наиболее целесообразныявные схемы численных методов решений (правила подготовки задачи к решению иапробированный алгоритм решения по явной схеме балансовым методом приведен в«Руководстве по прогнозированию температурного режима вечномерзлых грунтов оснований с помощью ЭЦВМ», ВНМД 07-72,Росглавниистройпроект Госстроя РСФСР, М., 1972).

При температурном прогнозировании, как упоминалось, в качествеисходных данных попользуются средние значения характеристик грунтов по микрорайонам площадки, поскольку точечные значения научастках расположения проектируемых объектов на этом этапе изысканийнеизвестны. Поэтому для однородных группзданий и сооружений, размещаемых в пределах микрорайонов, результаты прогнозабудут совпадающими, а число объектов прогноза можно сократить.

Для того чтобы определять количество объектов, для которых следуетвыполнять прогнозирование вводится понятие «строительного типа»,характеризующегося своеобразным сочетанием типа мерзлотных инженерно-геологических условий (микрорайон площадки) и типа проектируемых зданий (по приведенной вышеклассификации). Число «фронтальных типов» и определяет число объектов прогноза.

Следует отметить, что когда зоны теплового влияния соседних зданийили сооружений перекрываются, их следует рассматривать совместно в одной задаче.

Для каждого«строительного типа» результаты прогнозирования изменений температурного режима грунтов должны обеспечитьокончательный выбор рационального принципаиспользования вечномерзлых грунтов в качестве оснований, а также другихтехнических решений оснований и фундаментов. Поэтому задача температурногопрогнозирования должна решаться в двух горизонтах: варианта сохранения вечномерзлых грунтов оснований, еслирезультаты предшествующего прогноза в этом смысле были благоприятны, и вварианте без сохранения мерзлоты.

Необходимосделать ряд пояснений. При сохранении вечномерзлого состояния грунтов основанийдопускается сезонное оттаивание грунтов оснований и их последующее промерзаниекак по периметру зданий и сооружений, так и в их контуре. Иногда образуется ичаша оттаивания. В последнем случае фундаменты заглубляются ниже ее подошвы вподстилающие вечномерзлые грунты в такой степени, чтобы обеспечить устойчивостьздания или сооружения. Сезонное оттаивание и промерзание учитываетсяв этом случае расчетом фундаментов по устойчивости на воздействие сил пучения.

При решениипредыдущей задачи прогноза глубина чаши оттаивания определялась из условийнепосредственного контакта здания или сооружения с грунтами. Однако, сохранениевечномерзлого состояния грунтов оснований во всех случаях требуетпроектирования специальных мероприятий (кроменеотапливаемых объектов или объектов с отрицательной температурой). Эти мероприятия подразделяются на не требующие применения специальных источников энергии и сопряжены сих применением.

К первымотносится устройство подсыпок, проветриваемых подполий, расчистка снега, применение теплообменныхсвай и т.д. Вторая группа мероприятий связана с использованием устройствпринудительного охлаждения.

В связи сэтим при температурном прогнозировании в варианте сохранения мерзлотынеобходимо в решении учитывать специальные мероприятия, в предварительномпорядке определенные проектной организацией (в предварительном, так кактехнические решения и разрабатываются на основе результатов решения даннойзадачи прогноза в целом).

При прогнозев варианте ликвидации мерзлоты здания и сооружения непосредственно контактируют с грунтами.

По материалам прогнозирования изменений температурного режимагрунтов оснований в различных вариантах определяются:

глубины и ход сезонного оттаивания и промерзания грунтов;

динамика образования чаш оттаивания и их установившиеся очертания;

максимальные и минимальные отрицательные температуры грунтов вразличных зонах основания;

температурно-прочностноесостояние грунтов;

величины относительной льдистости грунтов в диапазоне температур, принимаемых грунтамина различных глубинах.

Эти данные позволяют определить наиболее целесообразный принциписпользования вечномерзлых грунтов в качестве оснований, наихудшие вероятные значенияпрочностных и деформационных характеристик грунтов оснований в течение всегосрока прогноза.

Определяя по результатам прогноза целесообразность сохранениямерзлоты, нужно специально анализировать максимальные отрицательные температурыи прочностные свойства грунтов в связи с этим. Эти признаки определяютвозможность деформаций грунтов под нагрузкой от веса здания или сооружения.Главой СНиПII-Б.6-66 грунты, как известно, подразделяются на твердо - и пластично мерзлые.Первые достижения некоторогопредельного состояния считаются практически несжимаемыми. Поэтому твердомерзлые по прогнозу грунты являются наиболееблагоприятствующими строительству ссохранением мерзлоты. Пластично мерзлое состояниегрунтов в этом смысле будет менее благоприятным.

В случае сохранения мерзлоты благоприятными являются наименьшиеглубины оттаивания грунтов уфундаментов с условием полного промерзания оттаявшего слоя зимой.

Возможность допущения оттаивания грунтов оснований в процессе эксплуатации или целесообразность предпостроечного оттаивания грунтов исследуется путем сопоставленияскорости и величины оттаивания грунтов ивеличины осадок в различных зонах оснований с учетомвеличин допустимых неравномерных осадок или данного типа проектируемых зданийили сооружений.

Прогнозные прочностные характеристики грунтов определяютсяпо данным соответствующих таблиц главы СНиПII-Б.6-66 в соответствии со значениями прогнозных максимальныхотрицательных температур в соответствующих зонах основания.

Значения относительной льдистости устанавливаются по прогнозным температурам на основаниикривых льдовыделения, полученных экспериментальным путем.

Прогнозные величины осадок оттаявших грунтов основанийопределяются по табличному значению модуля деформации аналогичных талых грунтов(глава СНиП II-Б.1-62).

Для грунтов, оттаивающих в процессе эксплуатации, определяютпрогнозные величины конечных осадок грунтов оснований при стабилизировавшемсяположении подошвы чаши оттаивания, а также промежуточные значения осадокпод различными частями здания или сооружения в моменты, характеризующиенаибольшую неравномерность оттаивания грунтов в этих зонах за времяэксплуатации. Расчет осадок производится по физическим характеристикам грунтов (глава СНиПII-Б.6-66).

Материалы температурного прогноза дают также возможностьрассчитать фундаменты на действие силпучения. Величина удельных касательных сил пучения устанавливается на основании материаловглавы СНиПII-Б.6-66 с учетом состава грунтов и прогнозных значений их температур. Глубина промерзания грунта обуславливаетвеличину боковой поверхности фундамента, смерзающуюся с грунтом, а характерпромерзания - применение соответствующих поправочных коэффициентов при расчетефундаментов на выпучивание.

При определении изменений температурного режима грунтов численнымиметодами следует рассматривать не только область теплового влияния тех или иныхпроектируемых зданий и сооружений, но и совместно с ними (в пределах соответствующего микрорайона) участки, свободные отзастройки, в предположении об удалении здесь снежного и растительного покрова или только растительности,что обуславливается анализом влияния строительства и эксплуатации проектируемыхобъектов на площадку. Целесообразно также исследовать температурный режимгрунтов в разрезах, характеризующих площадку строительства в целом.

Указанные материалы прогноза дают возможность на основе анализаизменений температурного режима определить изыскания площадногораспространения, вертикального строения и мощности вечномерзлых грунтов в целом в пределах площадки,обусловленные как непосредственным воздействием проектируемых зданий исооружений, так и влиянием строительного освоения площадки.

Все приведенные выше материалы прогноза позволяют определитьхарактер и величину изменений исследуемого комплекса мерзлотныхинженерно-геологических условий в каждом микрорайоне площадки и на площадке вцелом, что является достаточным основанием для разработки технических решенийоснований и проектируемых зданий и сооружений.

Материалы прогноза на данном этапе изысканий в целом позволяютвыявить наиболее благоприятные мерзлотные инженерно-геологические условияразмещения проектируемых на площадке объектов, наметить участки их привязки впределах микрорайона и дать обоснованные рекомендации по техническим решениямих оснований и фундаментов.

Необходимо отметить, что, в конечном итоге, целесообразность тогоили иного принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований и тех или иных техническихрешений оснований и фундаментов в целом определяется сравнением результатоврасчета оснований и фундаментов по прочности, устойчивости и деформациям приразных вариантах технических решений и стоимостью строительства в связи с этим.Тем не менее, эти вопросы нельзя рассматривать в отрыве от общего характерадинамики мерзлотной обстановки на площадке в целом, которая в значительнойстепени влияет на надежность проектных решений.

IV. ПРОГНОЗ ПРИИЗЫСКАНИЯХ НА КОНКРЕТНЫХ УЧАСТКАХ РАЗМЕЩЕНИЯПРОЕКТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

На этом этапе изысканий прогнозирование измененийисследуемого комплекса мерзлотных инженерно-геологическихусловий производится для грунтов оснований каждого здания или сооружения научастке его размещения, исходя из принятых для него технических решенийоснований и фундаментов. Решение данной задачи прогноза имеет в значительнойстепени уточняющее значение, и методика решения существенно совпадает сметодикой решения последней задачи прогноза на предыдущем этапе изысканий.

В связи с указанным ниже рассматриваются особенности выполненияпрогноза, вытекающие из необходимости проведения указанных уточнений.

Предварительнонеобходимо заметить, что при исследовании изменений температурного режимагрунтов для одинаковых зданий и сооружений, когда участки их размещенияаналогичны по мерзлотным инженерно-геологическим условиям, допускается решениедля них одной задачи температурного прогнозирования. Как и прежде, в большинстве случаев решается двухмерная задача. Прогнозированиеначинается с определения изменений температурного режима.

Для этоговыбирается грунтовая область исследований, охватывающая термоактивную зонуоснований, под которой понимается зона, где изменения температур обусловленытепловым влиянием рассматриваемого в задаче здания илисооружения.

В соответствии с техническим проектомтемпературный режим исследуется в принятом варианте - либо о сохранением вечномерзлого состояния грунтов оснований, либо безсохранения.

При этомпоявляется возможность совместного исследования температурного режима в даннойтермоактивной зоне и на участках, не занятых застройкой. Для последних условиятеплообмена на поверхности грунтов принимаются в расчет в соответствии спроектом планировки и благоустройства площадки. Результатытакого прогноза позволяют получить достаточнополную и детальную картину изменений температурного режима грунтов, площадногораспространения, вертикального строения и мощности вечномерзлых грунтов, глубинсезонного и многолетнего промерзания и оттаивания для всех микрорайонов, дляплощадки в целом и для конкретных участков размещения проектируемых зданий исооружений.

На каждом из таких участков детально определяются при изысканиях состав грунтов, их суммарная влажность и льдистость, а также другие физические и теплофизические характеристики в соответствии с требованиями РСН31-69. С учетом изменений температурного режима грунтов определяютсяпрогнозные значения теплофизических характеристик по данным лабораторныхисследований.

Припрогнозных значениях максимальных отрицательных температур с учетом состава ивлажности (льдистости) грунтов определяются прочностные и деформационныесвойства грунтов. Прочностные свойства принимаются по табличным данным главы СНиПII-Б.6-66, а деформационные свойства - по результатам лабораторныхопределений. При этом определяются только такие механические свойства грунтов,которые будут использоваться для расчета оснований и фундаментов данного проектируемого здания или сооружения в соответствии с техническим проектом.

При проектировании с сохранением вечномерзлого состояния грунтовоснований должны быть определены нормативные сопротивления грунтов сдвигу инормальному давлению. Для этого используется нормированные табличные данные.

При наличии пластично мерзлого состояния грунтов оснований влаборатории определяютсявеличина их сцепления и деформационныехарактеристики при максимальных отрицательных температурах, характеризующихсоответствующие зоны основания.

Несущая способность висячих свай в пластично мерзлых грунтах, согласно требованиямглавы СНиПII-Б.6-66 должна определяться опытным путем. Однако время наступлениямаксимальных отрицательных температур на различных глубинах неодинаково и,кроме того, максимальные температуры в естественных условиях могут быть нижемаксимальных температур, формирующихся под воздействием теплового влиянияпроектируемых объектов. Эти обстоятельства затрудняют натурное определениенесущей способности (и осадок) висячих свайпри прогнозных температурах.

В связи с указанным для такого определения используется следующий метод:

несущая способность опытной сваи определяется в естественныхусловиях Фе; затем, для каждого слоя грунта в зоне заложения сваи при измеренных естественныхтемпературах по таблицам 5 и 6 главы СНиПII-Б.6-66 определяются их прочностныехарактеристики и по ним - несущая способность сваи - Ф2 (по формуле (9) глава СНиПII-Б.6-66).

После этого аналогичным образом рассчитывается несущая способность этой сваи ужепри прогнозных максимальных отрицательных температурах для каждого слоя грунта Ф1.

Прогнозное значение несущей способности сваи при максимальныхотрицательных температурах Фмакбудет равно:

По значению Фмак с помощью графиков испытаний в естественных условиях «суммарнаяосадка - время» и «нагрузка - осадка» определяется прогнозная величина осадкисваи.

Путем полевых испытаний в некоторых случаях определяетсяпрогнозное значение величины относительного сжатия пластичномерзлого грунта под нагрузкой. В этих случаях испытываютпоследовательно слой грунта ограниченной мощности при их естественныхмаксимальных отрицательных температурах, когда эти величины могут быть близки кпрогнозным значениям максимальных отрицательных температур, т.е. в осеннийпериод. Однако величины относительного сжатия целесообразней определятьлабораторным путем при любых заданных температурах. Использование указанноговыше метода пересчета также допустимо, но влечет за собой значительные объемы работ.

Для грунтов, оттаивающих по прогнозу, определяют осадку приоттаивании полевым или лабораторным путем при любой положительной температуре.

В тех случаях, когда предусматривается предпостроечное оттаивание грунтов, мерзлые грунты предварительно оттаивают иопределяют для них комплекс механических характеристик, необходимых для расчета оснований и фундаментов в соответствии с требованиями главы СНиПII-Б.6-66.

V. УЧЕТ ГЕОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХУСЛОВИЙ ТЕПЛООБМЕНА В ГРУНТАХ ПРИ ПРОГНОЗЕ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА

Подготовка задачи прогнозирования температурного режима грунтов кее решению численными методами в целом одинакова для любого используемогометода.

Подготовка задачи к расчету заключается в определениипространственной характеристики данной конкретной задачи, выборе границгрунтовой области исследований, определении граничных условий решения,определения его начальных условий и исходных характеристик грунта.

При этих подготовительных работах важное значение приобретаетправильный учет геолого-географических условий теплообмена в грунтах, обеспечивающий соответствиерасчетной модели реальным условиям теплообмена в каждом данном конкретномслучае.

Геолого-географическая среда теплообмена характеризуетсягеологическим строением исследуемой грунтовой области (области исследований), составом грунтов в этой области,их состоянием и свойствами, а также естественными тепловыми воздействиями нагрунты и условиями теплообмена на их поверхности.

Поэтому прежде всего задача учета геолого-географических условийтеплообмена заключается в определении указанных характеристик в естественныхусловиях.

Далее, при строительном освоении территории геолого-географическаясреда преобразуется под воздействием следующих факторов:

искусственных источников и стоков тепла;

изменения условий теплообмена на поверхности грунта;

непосредственных механических воздействий на грунты.

Указанные воздействия, во-первых, непосредственно преобразуют геолого-географическую среду и, во-вторых,изменяют теплообмен в ней. Измененный теплообмен, в свою очередь, оказываетвлияние на геолого-географическую среду. Витоге - каждому новому уровню строительных преобразований на площадке будетсоответствовать то или иное равновесное состояние геолого-географическихусловий теплообмена.

Следует отметить, что между воздействием на среду и установлениемуказанного равновесия проходит определенное время, зависящее от интенсивностивоздействия.

В связи с изложенным следующей задачей учетагеолого-географических условий теплообменапри прогнозе является определение непосредственных изменений элементов геолого-географическойсреды, вносимых строительным освоением площадки.

Последняя задача учета этих условий будет заключаться вопределении изменений элементов геолого-географической среды под воздействиемизменившегося теплообмена в ней для учета этих изменений при температурномпрогнозе.

Здесь интерес представляют какпромежуточные значения, используемые в решении характеристикгеолого-географической среды теплообмена, так и их конечные значения,отвечающие некоторому сбалансированному теплообмену, сформировавшемуся вгрунтах при эксплуатации проектируемых объектов.

Таким образом, процесстемпературного прогнозирования сопряжен с непрерывным или ступенчатым внесениемв расчет поправок на изменения, как минимум,состояния и свойств грунтов, происходящих приизменении их температур в прогнозном расчете.

Необходимоотметить, что указанная схема является наиболее общей схемойучета геолого-географических условий температурногопрогнозирования, независимо от применяемого метода (аналитического,моделирования, численного) решения, но для каждой группы методовхарактеризуется различной детальностью. Наиболеедетальный учет происходит при использовании численных методов.

Далеерассмотрены наиболее детальным образом характер и способы учетагеолого-географических условий теплообмена применительно к перечисленным вышезадачам такого учета.

Естественныеусловия характеризуют такое состояние природной среды,которое сложилось к началу данного проектируемого строительства независимо отпричин, обусловивших то или иное их изменениек этому моменту.

Притемпературном прогнозировании учитывается состояние геолого-географической среды,сложившееся в результате ее естественно-исторических преобразований, в томчисле имеющих сезонную цикличность, а также в результате действия факторов искусственного происхождения до момента началастроительства.

Посколькумежду изысканиями, при которых определяются геолого-географические условия строительства, и началом строительства обычно проходитнебольшое время, можно считать, что характеристика этих условий, полученная приизысканиях, будет соответствовать моменту начала строительства с учетом поправокна сезонную цикличность, а также и других поправок, если в них будет необходимость.

Характеристикагрунтовой области исследований в естественных условиях складывается изопределения ее геологического строения, состава ее грунтов, распространения талыхи вечномерзлыхгрунтов, вертикального строения и мощности последних,динамики уровней грунтовых вод, глубинсезонного оттаивания и промерзания грунтов, естественной влажности,характеристик влажности, льдистости, плотности, теплопроводности грунтов.

Эти данные определяются при изысканиях, идетальность их исследования обусловлена детальностью изысканий насоответствующем их этапе, конкретнойзадачей прогноза и спецификой используемого метода температурного прогноза.

Естественныетепловые воздействия на грунты определяются климатическими и геотермическимиусловиями площадки строительства, влиянием уже существующих зданий и сооруженийи другими имеющимися преобразованиямиприродной обстановки.

Учет климатических условийоснован на том, что температура воздуха и грунта является интегральнымрезультатом процессов тепло- и массообмена в системе «атмосфера-грунт». Поэтомуизменения теплообмена в грунтах в течениенекоторого времени можно рассматривать как следствие изменений температур воздухаза этот период (с учетом геотермики). Аналогичный вывод справедлив и для другихтепловых факторов в сфере их взаимодействия с грунтовой областью исследований.

Вследствие этого все тепловые воздействия на областьисследования учитываются характеристикой хода их температуры или тепловыделения(поглощения тепла) за рассматриваемый промежуток времени. Для климатическихусловий это будет повторяющийся годовой цикл изменений,определенный по многолетним данным. Вообще для тепловых воздействий график их годового хода строится по среднедекадным значениям соответствующих характеристик (температуры, тепловыделения и т.п.).

Однако, в зависимости отконкретной задачи прогноза период осредненияможет быть иным.

Характеристика условий теплообмена на поверхности грунтовой областиисследований имеет чрезвычайно важное значение для правильного воспроизведения температурного режима грунта, поскольку формирование температуры воздуха и грунта в значительной мере определяется этимиусловиями.

Условия теплообмена на поверхности учитываются величинами ее радиационно-теплового баланса. Притемпературном прогнозировании в температурывоздуха вводится поправка на величинурадиационного баланса поверхности. Тепловой баланс учитывается введением фиктивной изоляции поверхности- термического сопротивления теплоотдаче с поверхности грунта. Различныепокровы на поверхности (снег, насыпи и т.д.)рассматриваются как теплоизоляция и учитываются введением их термического сопротивленияраспространению тепла. Наряду с указанными факторами учитывается сложившийся рельеф, определяющий конфигурацию верхнейграницы области исследования.

Учет изменений геолого-географической средыстроительства, обусловленных строительнымосвоением площадки, сводится к следующему:

Непосредственныеизменения геолого-географической среды теплообмена по способу учета неотличаются от учета соответствующих естественных характеристик. Эти измененияобусловлены механическим преобразованием природной среды в результате срезкигрунта, устройства насыпей, котлованов, траншей и т.п. и отображаются соответствующимизменением конфигурации границ области исследований, ее геологического строения, состава исвойства грунтов.

Тепловыевоздействия на область исследований задаются на ееповерхности или непосредственно в области искусственными источниками и стокамитепла. Изменения температуры воздуха, обусловленные строительным освоениемтерритории, можно учесть лишь при наличииматериалов соответствующих наблюдений,которые, как правило, отсутствуют. Указанныехарактеристики задаются графиками их годового хода, построенного по среднедекадным данным.

Учетизменений условий теплообмена на поверхности грунтов сводится к определениюхарактера преобразования рельефа поверхности, снега,растительности и других покровов и к внесению соответствующих изменений вконфигурацию границ области и в величинытермических сопротивлений изменяемых покровов(изоляции поверхности).

Кроме того,на затененных участках не учитывается радиационный балансповерхности, т.е. не вводится соответствующая поправка в температурный режимвоздуха, или не учитывается баланс только за счет рассеянной радиации.Изменения термического сопротивлениятеплоотдаче с поверхности могут быть учтены лишь при наличии материаловспециальных наблюдений, что при изысканиях, как правило, невыполнимо.

Измененияэлементов геолого-географической среды строительства, обусловленныеизменяющимся теплообменом в ней, можно разделить на две группы.

К первойотносятся такие элементы, изменения которых непосредственно отображаютсяизменениями температурного режима и, таким образом, автоматически учитываются при прогнозировании.

Это -распространение, вертикальное строение и мощность вечномерзлых грунтов,сезонное и многолетнее промерзание и оттаивание. Ко второй группе относятсяэлементы, изменения которых должны определяться специально, и учитываться прирешении задачи непрерывной или ступенчатой корректировкой соответствующиххарактеристик грунтовой области исследований. Это относится к льдистости и теплофизическим характеристикам грунтов, а также к их суммарной влажности,если известны в данном конкретном случае закономерности ее изменения во времени с изменением температуры грунтов. Этисвойства грунтов должны быть охарактеризованы во всем диапазоне прогнозныхтемператур.

Приведенныевыше сведения позволяют следующим образом определить существо измененийтемпературного режима грунтов: на некоторую ограниченную грунтовую областьисследований, начальные температуры, а также строение, сложение, состав, состояние и свойства грунтов которой известны, начинаютс некоторого момента воздействовать на всех ее границах (иногда в самойобласти) источники и стоки тепла (граничные условия) в течение определенноговремени. В течение этого времени под воздействием граничных условий всоответствии с закономерностями теплообмена (и массообмена) в грунтахпроисходят изменения температур, состояния и свойств. Температуры в различныхточках (элементарных объемах) области формируются в зависимости от свойствгрунтов в этих точках (элементарных объемах).

Всоответствии о этим задачу прогнозирования изменений температурного режимагрунтов в целях проектирования оснований ифундаментов в общем виде можно сформулировать следующимобразом:

В областиисследований М, сложенной грунтами, свойства которых Р(х, у, z, τ), найтитемпературное поле Т1 для момента времени τ1 илипоследовательную совокупность температурных полей Т1, Т2, ..., Тn [Т(x, y, z, τ)] для моментов времени τ1, τ2, ..., τn, причем τ0 < τ1 < τ2 < ...< τn где τ0 (τ0 = 0) начальный момент времени, которому соответствуеттемпературное поле Т0 (начальныеусловия), если на область М в течениеинтервала времени τ1 - τ0 илиτn - τ0 действует на всех границах граничные условия Г(x, y, z, τ) и в нейимеются источники и стоки тепла W(x, y, z, τ).

Тогда задача прогнозирования изменений свойств грунта в этой области определится как задача нахождения в любой точке области m1,m2, ..., mn [m(x, y, z)] в любой момент времени τ1, τ2, ..., τn свойствгрунтов Р(m1, m2,..., mn) как функции температур в этих точках, т.е. Р(m, Т).

Изменения другиххарактеристик мерзлотных инженерно-геологическихусловий определяются в связи с изменениями температурного режима, состояния исвойств грунтов в данной геолого-географической среде.

При решении конкретных задач прогноза указанная наиболее общаяпостановка задачи температурного прогнозирования может упрощаться. Однако прирешении двух заключительных задачпрогноз осуществляется в наиболее полной постановке.

Правила подготовки задачи температурного прогнозирования,вытекающее из изложенного, иправила ее расчета приведены в упоминавшемся выше «Руководстве...», где помещентакже алгоритм решения методов тепловых балансов.

VI. ОТЧЕТНЫЕ МАТЕРИАЛЫПО ПРОГНОЗУ

Отчетные материалы по мерзлотному прогнозу на различных этапахизысканий включаются в состав соответствующих отчетов обинженерно-геологических изысканиях. Состав отчетных материалов об изысканияхустанавливается в соответствии с указаниями раздела II РСН31-69.

При изысканиях для выбора площадки строительства в разделеотчета о мерзлотном прогнозе должны быть приведеныследующие данные:

перечень опасных для строительства территорий в районе выбора площадки и обоснование их выделения на основеанализа мерзлотных инженерно-геологических условий района в целом и этихтерриторий с учетом особенностей и характеристик проектируемых зданий исооружений;

перечень участков с абсолютно наименьшей изменчивостью условий,обоснование их выделения;

перечень участков, где изменчивость условий будет влиять наконкретные проектируемые объекты в наименьшей степени, и обоснование их выделения;

рекомендации по выборуплощадки строительства с сопоставлением мерзлотных инженерно-геологическихусловий вариантов площадки и анализом их вероятных изменений при строительстве,в том числе с анализом вероятных изменений сейсмической интенсивности.

К данному разделу отчета прилагаются результаты расчета глубиноттаивания грунтов под зданиями и сооружениями с холодными подпольями и безних, значения полных и нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзаниягрунтов, максимальных отрицательных температур грунтов оснований, глубинараспространения годовых колебаний температуры, среднегодовых температур грунтовна различных вариантах площадки, а также соответствующие графические материалы, в том числетаблица прогноза по вариантам площадки, составленная применительно к форме,помещенной в Приложении 2.

При изысканиях на выбраннойплощадке в составе отчета приводятся следующиеданные:

предварительнаяклассификация мерзлотных инженерно-геологическихмикрорайонов площадки по степени сложности их строительного освоения (с учетом сейсмичности) и ее обоснование;

классификация проектируемых зданий и сооружений по их воздействиям на грунты оснований с учетом их социальной и экономической значимости, чувствительности к неравномерным вертикальным перемещениями обоснованию классификации;

перечень микрорайонов площадки с наименьшей изменчивостью условийв естественном состоянии и обоснование их выделения;

рекомендации по размещению проектируемых зданий и сооружений в пределах площадки с сопоставлением и анализом вероятных изменениймерзлотных инженерно-геологических условийразличных микрорайонов при размещении в их пределах тех или иных проектируемыхобъектов или их групп, а также предварительные рекомендации по возможностям применения того или иного принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований и обоснованиеэтих рекомендаций;

описание изменений исследуемого комплекса мерзлотных инженерноеологических условий в связи со строительством в различных микрорайонах площадки на основе результатов температурного прогнозирования численными методами;

рекомендации по техническим решениям оснований и фундаментов зданий и сооружений с корректировкой в случаенеобходимости рекомендаций по их размещению - по результатам температурногопрогнозирования численными методами.

К отчету прилагаются таблицы и графики значенийсреднегодовых температур грунтов, глубин распространения годовых колебанийтемпературы, полных и нормативных глубин сезонного оттаивания, оттаивания подзданиями и сооружениями (по аналитическим расчетам), а такжеполный графический и табличный материал температурного прогнозированиячисленными методами, включая графики изотерм в грунтах. Кроме того, к отчетуприлагаются таблицы прогнозных значений свойств грунтов.

При изысканиях на участкахконкретных зданий и сооружений в текст отчета включается детализированноеописание изменений исследуемого комплекса мерзлотныхинженерно-геологических условий в связи со строительством при принятых технических решениях оснований и фундаментов,  как на этих участках, так и на площадке в целом.

К тексту отчета прилагаютсятабличные и графическийматериалы температурного прогнозирования, а также таблицы и графики прогнозных значений свойств грунтов оснований.


Приложение 1

Мерзлотноеинженерно-геологическое районирование территории

(пример)

Категории участков по степени сложности мерзлотных инженерно-геологических условий

Классы участков по литолого-генетическим комплексам пород

Группы

участков по рельефу и микрорельефу

Типы участков по генезису, возрасту, составу, состоянию и свойствам грунтов в активной зоне

типов участков

Генезис и возраст грунтов

мощность слоев, м

Краткая

характе­ристика грунтов

Тепловое состояние

Мощность вечн­мерзлых грунтов

Средне­годовые темпе­ратуры грунтов, °С

Льдистость (влажность) грунтов

Глубина сезонного оттаивания (промерзания) грунтов, м

Глубина залегания грунтовых

вод, м

Сейсмич­ность, в баллах

Мерзлотно-геологические процессы и явления

Территории, требующие специальной инженерной подготовки в связи:

С

Сейсмич

­­ностью

сложным

микро -

рельефом и крутизной склонов

Гранитоиды, перекрытые маломощным чехлом четвертичных отложений

Останцы поверхности выравнивания с уклонами 3 - 4°

1

edQIV

γ2Pt1кd

2 - 3

1. Щебень, глыбы с песчаным заполнителем (10 - 20 %)

2. Гранитоиды трещиноватые

Вечно­мерзлые

> 100

-4

-5

Слабо и

 средне льдистые

до 2,5

Надмер­злотные менее 2,5

VIII

Каменные венки, жильные льды

Пологие (8 - 1) склоны с каменными потоками, буграми и западинами

2

edQIV

γ2Pt1

до 5

1. Щебень, глыбы с песчаносуглин. заполнителем (30 %)

2. Гранитоиды трещиноватые

То же

"

"

"

2,3 - 2,4

Надмер­злотные менее 2,3 - 2,4

"

Солифлюкция, курумы, жильные льды

Песчаники, перекрытые элювиально-делювиальными образованиями

То же

3

edQIV

Pt1tl

2 - 5

1. Крупно-глыбовые образования с песчаным заполнителем (20 %)

2. Песчаники трещиноватые

"

15 - 50

50 - 100

> 100

-1 ¸ -3

-3 ¸ -4

ниже -4

"

до 2,5

"

"

"

льдистостью

и заболочен -

ностью

Аллювиально-пролювиальные отложения, подстилаемые озерно-аллювиальными отложениями

Высокая надпойменная терраса реки с уклонами поверхности к северу 1 - 2°, осложненная полого-бугристыми формами рельефа

4

dQIV

apQIII

laQII-III

1 - 4

3 - 25

> 30

1. Пески и супеси

2. Валунно-галечниковые

"

15 - 50

-1 ¸ -3

Слабо льдистые

до 2,6

"

"

Полигональные образования, мари

5

То же

То же

3. Пески, суглинки с гравием

То же

"

> 100

-4 ¸ -5

Среднельдистые

2,0 - 2,3

Надмер­злотные менее 2,0 - 2,3

"

То же

6

"

"

"

"

50 - 100

-3 ¸ -4

То же

2,0 - 2,4

"

"

"

7

"

"

"

"

15 - 50

-1 ¸ -3

"

2,2 - 2,5

"

"

"

высокой льдистостью

Та же терраса, осложненная слабо углубленными ложбинами стока

8

"

"

"

"

> 100

-4 ¸ -5

Сильнольдистые

1,8 - 2,0

Надмер­злотные < 1,8 - 2,0

"

Погребенные льды, термокарст

9

"

"

"

"

50 - 100

-3 ¸ -4

2,1 - 2,2

< 2,1 - 2,2

"

10

"

"

"

"

15 - 50

-1 ¸ -3

"

2,1 - 2,3

< 2,1 - 2,3

"

"

Территории, требующие сложной специальной инженерной подготовки в связи:

с высокой сейсмичностью

близким залеганием грунтовых вод

Аллювиальные отложения долины реки

Первая надпойменная терраса, осложненная руслами временных водотоков

11

dQIII-IV

до 7

Пески с валунами, галькой и гравием

"

0 - 15

0 ¸ -1

Среднельдистые

до 2,6

Подмер­злотные от 2 до 17

IX

Мари

Аллювиально-пролювиальные образования - современные

Высокая надпойменная терраса реки с уклоном к северу 1 - 2°, осложненная полосами стока

12

dQIV

apQIII

laQII-III

1 - 4

до 25

> 30

1. Пески и супеси

2. Валунно-галечниковые пески с прослоями глин

3. Пески, глины с гравием

"

"

"

Сильнольдистые

2,0 - 2,2

от 3 до 17

"

Пластовые и жильные погребенные льды

высокой льдистостью

Озерно-аллювиальные образования

Подошвы склонов низкогорного обрамления с уклоном поверхности 5 - 1

13

dQIV

laQII-III

Pt1tl

2 - 4

до 6 - 30

1. Пески

2. Пески, глины с гравием

3. Песчаники

"

50 - 100 и более

-4 ¸ -5

То же

до 1,8 - 1,9

"

"

Мари и льды

Подошвы склонов полупогребенных останцов интрузи

14

dQIV

laQII-III

γ2Pt1

1 - 3

до 30

1. Пески

2. Пески, глины с гравием

3. Гранитоиды

"

"

"

"

"

"

"

"

Древние переуглубленные ложбины на участках развития низкогорного рельефа с уклоном 0 - 1

15

dQIV

laQII-III

до 4

1. Пески и супеси

2. Пески, глины с гравием

"

15 - 50

50 - 100

-2 ¸ -4

"

до 2

 

"

"

16

То же

То же

То же

"

0 - 15

0 ¸ -1

"

То же

"

"

"

Территории, требующие особо сложной специальной инженерной подготовки в связи:

с высокой сейсмичностью

наледями и сложным микрорельефом

Аллювиально-пролювиальные образования - современные

Эрозионные долины рек и ручьев с уклоном 3 - 4°. Глубина вреза от 0,3 до 2 м

17

aQIV

apQIII

laQII-III

1 - 2

до 25

> 30

1. Валуны, гравий, галька

2. Валунно-галечниковые пески и супеси

3. Пески, глины с гравием

"

50 - 100 и более

-3 ¸ -5

Среднельдистые

2,2 - 2,3

Надмер­злотные < 2,2 - 2,3

"

Наледи

18

То же

То же

То же

"

0 - 15

15 - 50

0 ¸ -1

-2 ¸ -3

То же

2,2 - 2,5

То же

"

То же

крутизной склонов и сложным микрорельефом

Песчаники, перекрытые алювиально-делювиальными образованиями

Крутые склоны (до 25 - 30° и более), осложненные каменными потоками, овалами, буграми и западинами

19

edQIV

Pt1tl

0 - 2

до 5

1. Крупноглыбовые образования с песчано-супесчаным заполн. (5 - 20 %)

2. Песчаники трещиноватые

"

15 - 50

50 - 100

> 100

-1 ¸ -3

-3 ¸ -4

ниже-4

Слабо- и среднельдистые

до 2,5

Надмер­злотные < 2,5

VIII

Солифлюкция, курумы, жильные льды

близким залеганием грунтовых вод

Аллювиально-пролювиальные образования

Высокая надпойменная терраса реки с уклоном 1 - 2°, осложненная полосами стока

20

dQIV

apQIII

laQII-III

1 - 4

до 20

> 30

1. Валуны, гравий, галька

2. Валунно-галечник, пески и супеси

3. Пески, глины с гравием

Талые

-

-

20 - 25 %

до 3

1,5 - 2,0

X

Мари, западины

Аллювиальные отложения долины реки

Поверхность поймы, осложненная протоками, вымоинами, валами

21

aQIV

3 - 5

Пески с гравием и галькой

Талые

-

-

15 - 20 %

до 3,2

1 - 2 летом

7 - 8 зимой

То же

Наледи

ПРИЛОЖЕНИЕ2

РЕЗУЛЬТАТЫПРОГНОЗА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

(пример)

участка

Глубины сезонного оттаивания (промерзания) грунтов под оголенной поверхностью, м

Строительство с cохранением вечномерзлого состояния грунтов

ПРИНЦИП I

Строительство без сохранения вечномерзлого состояния грунтов

ПРИНЦИП II

Рекомендации

по размещению зданий и сооружений

Рекомендуемый принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований

Рекомендуемые типы и глубины заложения фундаментов от естественной поверхности, м

Минимальные значения прочностных характеристик мерзлых грунтов на глубинах заложения фундаментов

Удельная касательная сила пучения при промерзании слоя сезонного оттаивания в кг/см2

Примечания

В зонах тектонических нарушений строительство не рекомендуется

 

Расчеты глубины сезонного оттаивания грунтов под зданиями с холодными подпольями, м

Глубина залегания кровли твердомерзлых грунтов под зданиями с холодными подпольями, м

Сейсмичность при сохранении мерзлого состояния грунтов в зоне заделки фундаментов в баллах

Глубина оттаивания грунтов под жилыми зданиями без холодных подполий за 20 лет, м

Средняя осадка грунтов в оттаявшей зоне на 1 м разреза в см

Сейсмичность при оттаивании грунтов в зоне заделки фундаментов в баллах

Rнсд

кг/см2

Rн

кг/см2

 

1

4,0 - 4,3

3,2 - 3,4

-

VIII

до 16

-

VIII в гранитоидах

Котельные, бани, прачечные и т.п.

Без сохранения вечномерзлого состояния

В гранитоидах (4 - 5) столбчатые и ленточные, внутренние ленточные (3 - 4)

-

-

0,6 · 1,2

при планировке территории допускается подсыпка и срезка грунта

 

2

3,5 - 4,1

2,8 - 3,2

-

"

до 15

-

"

"

"

В гранитоидах (6 - 7), столбчатые, внутренние ленточные (4 - 5)

-

-

"

при планировке подсыпка грунта не рекомендуется

 

3

3,5 - 4,1

"

-

"

до 15

-

VIII в песчаниках

"

"

В песчаниках (6 - 7), столбчатые, внутренние ленточные (4 - 5)

-

-

"

"

 

4

4,2 - 4,4

3,4 - 3,2

6,5 - 10,5

"

13,8 - 14,8

до 2

IX

Жилые, общественные и административные здания

С сохранением вечномерзлого состояния

Сваи, 8,5 - 12,5

~1,2

~10

0,8 · 1,2

Допустимо применение ленточных фундаментов с глубиной заложения 1 м более расчетных глубин сезонного оттаивания при соблюдении устойчивости по условиям пучения

 

5

3,2 - 3,4

2,6 - 2,7

6,0 - 7,0

"

11,7 - 12,2

4 - 5

"

"

"

Сваи, 8,0 - 9,0

"

"

0,6 · 1,2

"

 

6

3,4 - 3,5

2,7 - 2,8

6,5 - 7,5

"

12,1 - 12,6

"

"

"

"

Сваи, 8,5 - 9,5

"

"

"

"

 

7

3,5 - 3,8

2,8 - 3,0

6,0 - 10,0

"

12,6 - 13,6

"

"

"

"

Сваи, 8,0 - 12,0

"

"

0,8 · 1,2

"

 

8

2,6 - 2,7

2,1 - 2,2

4,6 - 4,8

"

10,6 - 11,1

до 15

"

"

"

Сваи ~7,0

"

"

0,6 · 1,2

при планировке территории срезка не рекомендуется

 

9

2,7 - 2,8

2,2 - 2,3

~5,0

"

11,1 - 11,4

10 - 12

"

"

"

 

"

"

"

"

 

10

2,8 - 3,0

2,3 - 2,4

6,0 - 10,0

"

11,4 - 12,3

9 - 10

"

"

"

Сваи 8,0 - 12,0

"

"

0,8 · 1,2

"

 

11

3,8 - 4,0

3,1 - 3,2

отсутствуют

IX

Образование сквозного талика

2 - 5

Х

Сооружения водоснабжения, набережная и т.п.

"

Ленточные 5,0 - 6,0

~0,8

~9

0,8 · 1,4

участки с глубиной подошвы вечномерзлых грунтов менее 8 м для строительства опасны

 

12

3,0 - 3,2

2,4 - 2,6

"

"

"

5 - 8

"

"

"

"

"

"

"

"

 

13

2,6 - 2,7

2,1 - 2,2

4,6 - 4,8

"

10,6 - 11,1

15 - 18

"

Административные здания, коммунальные предприятия

"

Сваи 5,0 -6,0

1,3

~9

0,6 · 1,2

Допустимо применение ленточных фундаментов с глубиной заложения на 1 м более расчетных глубин сезонного оттаивания при соблюдении устойчивости по условиям пучения

 

14

2,6 - 2,7

"

"

"

10,6 - 11,1

до 20

"

"

"

"

"

"

"

"

 

15

2,7 - 2,9

2,2 - 2,3

5,0 - 7,0

"

11,1 - 11,7

12 - 15

"

"

"

Сваи 7,0 - 9,0

1,3

~10

0,8 · 1,2

"

 

16

3,0 - 3,2

2,4 - 2,6

отсутствуют

"

Образование сквозного талика

до 8

 

Холодные склады, гаражи и т.д.

1

Ленточные 5,0 - 6,0

0,8

~9

0,8 · 1,4

участки с глубиной подошвы вечномерзлых грунтов менее 8 м для строительства опасны

 

17

Для размещений зданий и сооружений не рекомендуется

 

18

 

19

 

20

~3,2

-

-

-

-

-

X

Городской парк

-

-

 

 

0,8 · 1,4

 

 

21

~3,4

-

-

-

-

-

"

Водозаборные сооружения

-

Сваи 6,0 - 7,0

 

-

"

рекомендуется предусмотреть противоналедные мероприятия

 

 


272
Мне нравится
Комментировать Добавить в закладки

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.

Пожалуйста зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.