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

ГОССТРОЙ РСФСР

Росглавни ис тройпроек т

П роизводс твенное объединение «Стро йизы скани я»

Центральны й трест инженерно-строительных изысканий

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО СОСТАВЛЕНИЮ МЕРЗЛОТНОГО ПРОГНОЗА
ПРИ
ИНЖ ЕНЕРНО- ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ
ДЛЯ ПРОМ ЫШЛЕ НН ОГО И ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬ СТВА
(В условиях БАМ)

ИМД-5 1 -76

«Ст ро йизыск ан ия»

Москва - 1976

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

Указания составил гл. специалист - мерзлотовед нормативно- мет одологи ческ ого отдела объединения «С тройизы ска ния», канд. г еол.-мин. наук А.И . Левк ов ич.

ВВЕДЕНИЕ

«Методические указания по составлению мерзлотного прогноза при инженерн о -геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства (в условиях БАМ)» разработаны Центральным трестом инженерно-строительных изысканий Госстроя РСФСР по договору с институтом Мосгип ро транс Минтран сстроя СССР № 8743 от 28 марта 1 975 г.

Зона Байкало-Амурской железнодорожной магистрали характеризуется весьма сложными природными условиями, кот оры е требуют специального изучения при инженерно-г еологических изысканиях и учета при размещении проектируемых объектов и строительном проектиров ании их оснований и фундаментов. Основными природными факторами, осложняющими строительное освоение зоны БАМа, являются вечномерзлые грунты и повышенная сейсмическая интенсивность большей части зоны БАМа.

В ечномерзлые грунты на территории строительства Байкало-Амурской магистрали и в зоне ее влияния распространены практически повсеместно. Они характеризуются различным происхождением, резкой изменчивостью мощности и вертикального строения, наличием азональных условий и локализованных таликов, пестротой температурного режима, различной льдонасыщ енностью, струк турно-текс турными особенностями и большим разнообразием состава и свойств.

Таким образом, только изучение состава, состояния, строения, сложения и свойств вечномерзлых грунтов на территории строительства в их статике представляет собой больш ую, самост оятельную и весьма сложную задачу.

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

Указанные изменения в зависимости от выз ы вающ их их факторов можно подразделить на три группы:

изменения мерзлотной обстановки (мерзлотных инже не рно-техн ологическ их условий строительства), происходящие в связи с естественными изме нениями природной среды;

изме нения , вызв анны е строительным освоением территории;

изменения, происходящие в результате воздействия проектируемых зданий и сооружений.

Бе з определения и учета этих изменений мерзлотных инженерно-геологических условий (т.е. без прогноза их изменений) надежное и эк ономическ ое строительство и эк сплуатация проектируемых объектов практически невозможно, что подтверждается весьма значительной долей деформируемых зданий и сооружений от общего их числа, сооружаемого в районах распространения вечномерзлы х грунтов.

Причем, первоочередной задачей инженерно-геологических изысканий является получение таких материалов прогноза, которые обеспечили бы сохранность проектируемых объектов в связи с непосредственным влиянием строительства на природную обстановку при возможном учете и прочих изменений.

Повышенная сейсмическая интенсивность характерна для западной части зоны Байкало-Амурской магистрали. Ее фонд овая величина, по данным Института Земной коры СО АН СССР, колебле тся в пределах от 7 до 1 0 баллов, а на отдельных участках превышает и 1 0 б аллов. Определение такой фоновой сейс мичности является весьма важной задачей, решение которой необ ходим о для надеж ного строит ельс тва в этой зоне.

Как известно, фоновая се й смичность определяется для средних грунтовых услови й. В зависимости от отклонения этих условий о т средних в пре делах тех или иных уча стков района с определенной фоновой сейсмичностью сей смичность этих участков изменяется. Определение таких п риращений сейсмичности как положительных, т ак и отрицательных (сейсм ическ ое микро райо нирование) является важ не йше й задачей ин жен ерно-ге ологи ческ их изыск аний в зоне БАМ а.

Однако в районах распространения ве чномерзлы х грунтов установленная при се йс мическ ом микрорайонировании сейсмическая интенсивность тех и ли иных участк ов при строительстве и экс плу атации проектируемых объектов будет меняться, так как при этом будут меняться мерзлотные инженерно-геологические условия и, следовательно, сейсмические характеристики грун тов.

Таким образом, при с ейсми ческо м микрорайонировании как ой-либо террито рии в зоне БА Ма в обязат ельно м порядке должны учитываться результаты мерзлотного прогноза. Эта задача осложняется тем, что методика сейсмического микрорайонирования на вечномерзлых грунтах в полной мере еще не разработана. Кроме того, не разработана в виде наставления для производства работ методика мерзлотного прогноза при инженерно-геологических изысканиях.

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- г еологических изысканиях для промы шленного и гражданского строительства в условиях БАМа.

В соответствии с программой работ в Указаниях рассматриваются вопросы прогноза изменений, обусловленных главным образом непосредственным в лиянием строительства.

Разработанная методика, приведенная в настоящих Указаниях, должна позволить получить материалы прогноза, обеспечиваю щ ие 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 с троительства гидротехнических и подземных сооружений, мостов и аэродромов .

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Задачи инженерно-геологических изысканий и их особенности

Общую задачу инженерно-геологических изысканий для строительства на вечномерзлых грунтах можно сформулировать следующим образом:

получение материалов о мерзлотных инженерно-геологических условиях территории строительства, а также о возможных изменениях этих условий в результате строительства и за счет естественных преобразований природной с реды, по своему составу и объему необходимых и достаточных для оптимального размещения проектируемых зданий и сооружений и для надежного и эконо мичес кого проектирования их оснований и фундаментов. Инженерно-г еологические из ыс кания проводятся для обеспечения технико-экономического обоснования строительства и стадий строительного проектирования.

Э т о обуславливает п оэтап ное выполнение изысканий, когда материал изысканий каждого этапа используются для решения определенных задач обоснования и проектирования строительства.

В общем случае выделяются четыре последовательных э тапа инженерно-геологических изысканий :

1 ) изыскания для выбора пункта (района) строительства;

2 ) изыскания д л я выбора площадки (трассы) строительства;

3 ) изыскания на выбранной площадке (трассе) строительства;

4 ) изыскани я на конкретных участках размещения проектируемых зданий и сооружений (по оси линейных сооружений).

В зависимости от характеристики проектируемых объектов, сл ожн ости природных ус ловий и принятого в зависимости о т э того порядка составления ТЭ О и строительного проектирования проектная организация ус танавлив ает перечень э тап ов изысканий, подлежащих выполнению.

Следует отметить, что на ве чномерз лых грунтах надежное техн ико-э кономическо е обоснование строительства, а также надежное экономическое проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений обеспечивается в большинстве случаев производством полного цикла изысканий, а при н амече нно м заранее пункте (районе) строительства - последовательным выполнением указанных выше п. п . 2.3 четырех этапов изыска тельских работ.

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

при изысканиях для выбора пункта (района) строительства задачей изысканий является оценка и сопоставление мерзлотных инженерно-геологических условий строительства в различных пунктах и их возможных изменений и обоснование выбора наиболее благоприятных для строительст в а пункта (района) и вариантов площадки;

при изысканиях для выбора площадки строительства в заданном пункте (районе) задача изы с каний заключается в оценке мерзлотных ин женерно-геологичес ких условий района, определении вариантов площадки, сравнительной оценке их условий и возможных изменений этих условий и обоснование выбора наиболее благоприятной для строительства площадки;

при изысканиях на выбранной площадке задача изысканий заключается в определении мерзлотных инженерно-геологических условий строительства площадки и их возможных изменений, о беспечивающих оптимальное размещение проектируемых зданий и сооружений и разработку надежных и экон омически ц елесообразных технических решений их оснований и фундаментов;

изыскания на конкретных участках размещения проектируемых объектов проводятся с задачей детализац и и мерзлотных инженерно-геологических условий на этих участках и их возможных изменений с учетом технических решений оснований и фундаментов проектируемых объектов.

В зависимости от сложности мерзлотных инженерно-геологических условий территории и характера проектируемых зданий и с ооружений материалы второго э тапа изысканий могут быть достаточными для определения размещения проектируемых объектов в пределах выбранной площадки и для разработки технических решений их оснований и фундаментов. В отдельных случаях эти материалы могут оказ атьс я достаточными и для рабочего проектирования.

Аналогично материалы изысканий по выбранной площадке в отдельных случаях могут быть использованы для рабочего проектирования оснований и фундаментов.

Однако в мерзлотных условиях зоны БАМа такая возможность может быть реализована, как правило, лишь на участках выхода или близкого залегания к поверхности монолитных или сл а бовыветрелы х скальных грунтов при условии, что при изысканиях могут быть уста новлены достоверные све ден ия о сейсм ичности таких участков.

П редметом изучения при изысканиях на ве чном ерзлых грунтах, как явс тв ует из изложенного выше, являются мерзлотные инженерно-геологи чески е услови я строительства исследуемой территории (употребительно также выражение - мерзлотные инженерно-геологические условия территории, площадки и т.п.).

К их числу относится следующий комплекс природных условий:

геоморфология и рельеф;

геоботанич е ская характеристика;

гидр о логические условия;

температурный режим воздуха, оса д ки;

геологическое строение;

тектоника;

лито логический состав грунтов, их возраст и ге нетическая характеристика;

гидрологические условия;

площадное распространение вечн оме рзлых и талых грунтов;

м ощн ость и вертикальное строение вечноме рзлой толщи;

температурный режим грунтов;

сезонное и многолетнее оттаивание и промерзание грунтов;

криогенные текстуры грунтов;

тем п ературно-прочностно е состояние грунтов;

физические, теплофизически е и механические хара кте ристик и грун тов;

мерзлотные физико-геологические процессы и явления;

радиа ц ионно-тепловой бал анс поверхности грунтов;

характеристика сейсмической интенсивности территории в целом и отдельных ее участков (в сейсмоопасны х районах).

Указанные условия строительст в а при изысканиях опре деляются в и х естественном состоянии и в их статике, т.е. их качественные характеристики и количественные значения в той или иной степени справедливы лишь для момента их оп ределени я. Поскольку во в ремени и в пространстве эти условия под воздействием различных естественных и антропогенных факторов изменяют ся, то для проектирования необходимо знать динамику их изме нений при ст роительстве, а также в те чение всего времени эксплуатаци и проекти руемы х объектов, что собственно и составляет задачу мерзлотного прогноза при изысканиях.

Важнейшей чертой определения этих условий и их изменений является комплексность. Это является отражением взаимосвязи, существующей между факторами природной обстановки, и выражается в том, что при изучении природных условий строительства их соста вл яющ ие рассматриваются с выявлением и учетом существующи х между ними зависимостей.

Характер сведений о мерзлотных инженерно- г еологических условиях, необходимых для обоснования различных видов строительства, различен. Эти различия относ ятся к перечню необходимых материалов и детальности их изучения. Такие различия обуславливают разницу в содержании изысканий, а также в частных задачах и методике изысканий и прогноза.

На основе изучения опыта пр о ект но-изыскательских работ для разных видов строительства и соответствующего анализа выделяются следующ ие группы видов строительства, характеризующихся в своих пределах относительной общностью частных задач, содержания и методики изысканий и прогноза:

1 ) промы шлен ные, сельскохозяйственные и транспортные предприятия;

2 ) города и поселки ;

3 ) инженерные и дорожные сет и предприятий, 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 техн и ко -экономичес ког о обоснования территориальных промышленных комплексов следует признать аналогичными изысканиями для выбора пункта (района) строительства, которые упоминались в настоящем параграфе выше.

Указанные обстоят е льства обуславливают необходимость дифференцированного подхода к разработке методики и зысканий в целом и прогноза в частности.

В связи с этим , в настоящей методике рассматриваются вопросы мерзлотного прогноза дл я первой и второй групп видов строительства (для этих групп существуют различия в методике собственно изысканий).

Характер сведений, п олучаемых при изысканиях, определяется не только видом строительства, но и этапом изыскательских работ. Для определен ного вида строительства в зависимости от задач, р ешаемых на опр еделенном этапе изысканий, устанавливаются содержание и методика изысканий. Следует отметить, что эти задачи безусловно соотносятся с задачами разработки ТЭО и стадий строительного проектирования.

При изысканиях на 1, 2 и 3 этапе основным принципом оценки территории является типизация мерзлотных инженерно-геологических условий исследуемой территории, а на последнем этапе - и х ди фф еренц иац ия для тех или иных точек изучаемого участка.

Характеристика мерзлотного прогноза при изысканиях

Выше указывалось, что предметом изучения при изысканиях являются м ерзлотные инженерно-геологические условия строительства на какой-либо территории. Предметом исследований при составлении мерзлотного прогноза, в свою очередь, являются изменения этих условий под воздействием различных факторов.

Характер изучения динамики мерзлотных инженерно-геологических условий при изысканиях определяются, прежде всего, тем что прогноз составляется в связи с о строительством конкретных зданий и сооружений. Э то важное обстоятельство обуславливает:

расчетный срок прогноза;

характер учета изменений г е олого-географи ческой среды строительства;

особый характер стадийности прогноза.

Расчетный с рок прогноза определяется в общем случае расчетным сроком эксплуатации проектируемых объектов, поскольку измене ния усл овий будут происходить и воздействовать на эти объекты в т ечение всего времени их существования.

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

Рассмотрим в связи с эти м вопросы учета факторов, вызываю щих изменения природной обстановки. Выделяется 3 группы таких изменений:

происходящих в ходе естественноисторического процесса;

выз ванных хозяйственным освоением обширных территорий;

обусловленных непосредственным воздействием строительства и э к сплуатации зданий и сооружений.

Изменения, вызванные действием естественных факторов, большей частью сказываются весьма медленно (кроме вызванных к оротко-периодным и циклическими колебаниями климата), ощутимо выражаясь в геологическом масштабе времени, и учет вызывающих эти изменения факторов в целях прогноза затруднителен и в данном случае нецелесообразен.

Практически невозможно обоснованно учесть при прогнозе для целей с т роительства относительно короткопериодн ые колебания климата, а также резко интенсивные геологические процессы, так как в настоящее время предсказание их количественного выражения или появления вообще практически является еще неразрешенной задачей.

В силу изложенного, при мерзлотном прогнозе в данный момент возможен относительно надежный учет тех естественных изменений исследуемых условий, которые связаны с периодическими сезонным и изменениями климата.

Изменения мерзлотной обстановки, происходящие на обширных территориях в связи с хозя й ственным освоением обширных территорий, обуславливаются такими факторами, как появление площадок и трасс строительства, частичная вырубка леса, нарушение естественного режима снежного покрова и растительного покрова, появление участков разработки стройматериалов, прокладка временных дорог и т .д.

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

Изменения, вызываемые непосредственным воздействием, технически учитываются достаточно легко. Возникающие здесь затруднения связаны с тем, что для изучения таких изменений должны проводиться работы за пределами площадок изысканий.

Эти же фактор ы в целом по району влияют на газовый с ост ав воздуха и его запыленность, величину альбедо, характер ис паре н ия, конденсации и теплообмена грунт ов с атмосферой, что в конечном итоге вызывает определенные сдв иги в величинах радиационно-теплового баланса поверхности и температуры воздуха.

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

В целом п ри исследовании изменений на территории, окружающ ей площадку, вызванных влиянием ее хозяйственного освоения, их количественный учет с ледует производить в тех случаях, когда сфера э тих изменений затрагивает площадку строительства.

Следует отметить в связи с этим, что РСН 31-69 предусматривает увеличение номинального размера площадок при изысканиях на выбранной площадке в 1 ,5 - 2 раза, а РСН 42-74 - с оздан ие системы резервных площадей при изысканиях для проектов планировки и детальной планировки городов и поселков.

В лияние на мерзлотные инженерно-геологические условия практичес ки всех факторов, обусловленных строительством и эксплуатацией про ектируемых на площадке зданий и сооружений, не вызывает каких-либо затруднений.

Таким обра з ом, при составлении мерзлотного прогноза учитываются:

изменения, вызванные циклическими сезонными изменениями климата;

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

изменения, обусловленные непосредственным воздействием проектируемого на площадке строительства.

В связи с указанными ограничениями предметом изучения при составлении мерзлотного прогноза при изысканиях являются следующие э леме нты мерзлотных инженерно-геологических условий:

температурны й режим грунтов;

площадное распространение в е чн омерзлых и талых грунтов;

мощность и вертикальное строение вечномерзлой толщи;

сезонно е и многолетнее оттаивание и промерзание грунтов;

физические , те плофизические и механические характеристики грунтов (динамика влажности и изменчивость криогенных текстур не рассматриваются в связи с о тс утствием с оотв етст вующих практических методик).

Так как нормативные документы ( РСН 31-69) предусматр и вают выбор площадок, в частности, вне участков развития мерзлотных физико-геологических процессов, а также вне зон тектонических нарушений, соответствующие элем енты природных условий при прогнозе не рассматриваются.

Однако на площадках строительства определяетс я возможность возникновения указанных процессов.

Обязательным э лементом мерзлотного прогноза является сейсмическое микрорайонирование площадки в измененных мерзлотных инженерно-г еологических условиях независимо от метода микрорайонирования.

На р яду с другими факторами исходными при составлении прогноза являются следующие условия (их естественные изменения в данном случае не учитываются):

геоморфология и рельеф;

геоботанические условия;

геологическое строение;

лито логический состав грунтов.

В случае искусственного преобразования указанных условий при строительстве соответственно изменяются исходные условия мерзлотного прогноза.

При мерзлотном прогнозе учитыва е тся также (в качестве граничных условий):

температурный режим воздуха;

осадки;

радиационно-те п ловой баланс поверхности.

Эти э лементы учитываются в пределах среднего ес тественного годового цикла их колебаний.

В к ачес тве граничных условий при прогнозе учитывается также тепловое влияние всех проектируемых на площадке зданий и сооружений.

Процесс прогнозирования при изысканиях является ступенчатым, что связано с различ ием задач изысканий на каждом э тапе изысканий.

В соответствии с этим на различных этапах испытаний при прогнозировании в целом решаются различные задачи, что вызывает различия в характере и полноте исследуемых изменений и, в ко неч н ом итоге, содержании и методике прогноза. П оследнее обстоятельство диктуется необходимостью осуществления работ в определенные ограниченные сроки и приемлемой стоимостью работ при безусловной надежности материалов прогноза.

Задачи мерзлотного прогноза на различных этапах изысканий

При изысканиях для выбора пункта строительства, когда в целом сопоставляются мерзлотные инженерно-геологические условия различных достаточно обширных районов, их оценка, как правило, производится на основе сравнения различных природных факторов в их естественном состоянии, т.е. специально прогноз не выполняется.

Однако при необходимости более детальной оценки изучаемых природных факторов, прогноз на этом этапе может б ыть выполнен применительно к изложенному для прогноза при выборе площадки строительства.

Вследствие этого задачи прогноза в данном параграфе, а также его содержание и методика в последующих разделах излагаются, начиная с прогноза при изысканиях для выбора площадки строительства .

Как отмечалось в предыдущ е м параграфе в данной методике рассматриваются изменения не вс ех составляющих мерзлотных инженерно-геологических условий, а определенного (указанного в § 2) комплекса этих условий, что обеспечивают в целом надежное и экономически целесообразное проектирование стро ительства. Следует также отметить, что при решении некоторых частных задач прогноза этот комплекс так же ограничивается, что обусловлено содержанием данной конкретной задачи.

Прогноз п ри выборе площадки строительства. На данном этапе изысканий необходимо выбрать участок исследуемой территории, который по с воим мерзлотным инженерно-геологическим условиям был бы наиболее благоприятен для строительства. Опыт показывает, что в этом случае желаемого результата можно достичь, рассматривая ограниченный комплекс упомянутых условий, а достаточным критерием может служить величина их возможных наибольших изменений.

Задачу мерзлотного прогноза на этом этапе из ы ск аний мо жно сформулировать следующ им образом:

оценка и сопоставление характера и величины вероятных наибольших изменений ограниченного комплекса мерзлотных инженерно-геологических условий различных участков территории (вариантов площадки) и определение наиболее благоприятного из них для строительства.

Прогноз на выбранной площадке строительства. Мерзлотный прогноз на в ыбранной площадке строительства должен обеспечить своими материалами следующее:

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

разработку технических решений их оснований и фундаментов.

Основой для оптимального размещения проектируемых объектов является типизация мерзлотных инженерно-геологических условий площадки, т.е. ее районирование, выполняемое при изысканиях. На деляя однородные инженерно-геологические комплексы, сформировавшиеся в ходе естественноисторического процесса, след ует ожидать единообразных изменений мерзлотных инженерно-геологических условий в их пределах при однообразном воздействии на эти комплексы. Указанный подход определяет конкретные задачи прогноза на данном этапе изысканий.

Для целей районирования предварит ел ьно решается следующая задача:

определение среднегодовой температуры грунтов, глубин распространения годовых колебаний температуры, полных и нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов в каждом микрорайоне площадки , а также приращения сейсмический интенсивности в каждом микрорайоне сравнительно с фоновой сейсмичностью.

Вторая задача прогноз а определится из условия необходимости использования принципа однородности воздействий на выделенные инженерно-геологические комплексы:

объединение зданий и сооружений, проектируемых на площадке, в группы, однородные по тепловыделению, величине и характеру нагрузок с учетом их конструктивных особенностей и условий взаимного размещения.

Подобная группировка объектов обеспечивает не только рациональное прогнозирование. В однородных мерзлотны х инженерно-геологических условиях для однородных групп зданий или сооружений облегчаются разработка технических решений оснований и фундаментов, строительство и эксплуатация проектируемых объектов, а также разработка и осуществление необходимых защитных мероприятий.

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

Оценка вероятных изменений площадного распространения, мощности и вертикального строения вечномерзлых грунтов, сезонного промерзания и оттаивания грунтов, их свойств и сейсмичности в результате строительства в тех или иных микрорайонах площадки выделенных групп зданий и сооружений.

После решения э той задачи становится возможной разработка рекомендаций по размещению проектируемых зданий и сооружений (должно быть согласовано с проектной организацией), что дает возможность более детального изучения изменчивости условий для получе ния материалов, необходимых для разработки технических решений осно ваний и фундаментов. Следующ ая задача составления прогноза, таким образом, формулируется как определение изменений температурного режима, площадного распространения, мощности и вертикального строения вечномерзлых грунтов, сезонного и многолетнего промерзания грунтов, их температурно-прочнос тного состояния и свойств в связи со строительством конкретных зданий и сооружений в каждом микрорайоне площадки, а также приращений сейсмической интенсивности этих микрорайонов в измененных мерзлотных условиях.

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

Поскольку на данном эта п е изысканий конкретные характеристики условий на участках размещения проектируемых объектов, как правило неизвестны, при прогнозе следует исходить из средних з начений указанных условий для соотв етств ующих микрорайонов.

Прогноз на конкретных участках размещения п роектируемых зданий и сооружений. На данном этапе изы сканий, как известно, детализируются сведения о мерзлотных инженерно-геологических условиях на упомянутых конкретных участках. Мерзлотный прогноз в данном случае также представляет собой уточнение материалов прогноза применительно к этим участкам, полученных на предшествующем этапе по микрорайонам в целом (последняя задача), но с учетом принятых технических решений оснований и фундаментов (принцип использования вечномерзл ых грунтов в качестве основан ий, типы и параметры фундаментов, планировка, противомерзл отные мероприятия и т.п.).

Этим исчерпываются задачи прогноза при изысканиях.

Анализ изменений, исследуемых при прогнозе, позволяет также сделать заключение о возможности возникновения на площадке мерзлотных физико-геологических процессов (термокарст, бугр ы пу чения, грунтовые наледи, оползни и т.п.), что дает возможность проектирования соответствующих защитных противомерзлотных мероприятий.

При решении каждой из указанных задач прогноза, кроме прочего, определяются изменения либо тех или иных характеристик температурного режима грунтов, либо температурного режима в целом. Температурный режим некоторой грунтовой области исследований за какой-либо промежуток времени описывается последовательной совокупностью температурных полей, определяемых в этой области в течение указанного промежутка времени.

Под температурным полем грунтовой области исследований в какой-либо момент времени понимается совокупность значений температур грунта (распределение температур) в различных точках области исследований в этот момент времени. К характеристикам температурного режима грунтов также относят среднегодовую температуру грунтов, глубины оттаивания - промерзания и т.п.

При выборе площадки и на выбранной площадке , как указывалось, выделяются участки, отличающиеся однородностью мерзло тных инженерно-геологических условий. Поэтому характеристики температурного режима, определенные в нескольких точках такого участка, достаточно достоверно характеризуют участок в целом. Такие характеристики температурного режима грунта следует называть обобщенными.

При строительном ос в оении территории, когда условия теплообмена на поверхности грунтов и соответственно их температурный режим преобразуются, как правило, редко и незакономерно, уменьшается возможная степень пространственного обобщения характеристик температурного режима.

Поэтому обобщенные характеристики температурного режима грунтов испо л ьзуются для его отображения только в естественных условиях (прогноз при выборе площадки и при районировании выбранной площадки).

В остальных случаях те или иные составляющие температурного режима характеризуют только точку, для которой они определены. Поэтому они должны определяться в любой необходимой точке термоактивной зоны оснований (под термоактивной зоной понимается грунтовая область, в пределах которой температурный режим меняется под влиянием соответствующего здания или сооружения).

Прогноз изменений температурного режима грунтов может выполняться пр и ближенными аналитическими методами, с помощью моделирования, а также численными методами с использованием ЭЦВ М.

При изысканиях, как правило, используются аналитические и численные методы. Выбор того или иного метода определения составляющих температурного режима или режима в целом зависит от конкретной задачи прогноза и э тапа изысканий.

II. ПРОГНОЗ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ ДЛЯ ВЫБОРА ПЛОЩАДКИ

Решение задачи прогноза при выборе площадки строительства основывается на применении таких критериев оценки изменений мерзлотных инженерно-геологических условий, которые позволяют надежно определять площадку с наиболее благоприятными для строительства условиями. Кроме того, использование таких критериев должно обеспечивать достаточную «технологичность» изысканий и собственно прогноза. Последнее условие следует понимать как необходимость использования таких методов прогноза, которые позволят надежно решить его задачу наим е нее трудоемким способом и в рамках изысканий.

В связи с указанным, мерзлотное прогнозирование на данном этапе изысканий прежде всего основывается на типизации м е рзлот ных и н жен ерно-гео логическ их услов ий района выбора площадки строительства, т.е. на районировании.

Мерзлотное инженерно-ге о логическое районирование исследуемой территории производится на основе ее ландшафтного районирования, масштаб которого находится в пределах 1 :25000 - 1 :1 0000. При ландшафтном районировании, по возможности, производится непосредственное дешифрирование некоторых составляющих мерзлотных инженерно-геологических условий.

На основе ландшафтного районирования и инженерно-геологического дешифрирования с обязательным использованием материалов предшествующих исследований и изысканий прежде всего выделяются участки, з аведомо опасные для строительства ил и требующие особо сложной инженерной подготовки.

К таким участкам относятся склоны и прилегающ и е к ним площади, участки развития мерзлотных физико-геологических процессов и явлений, торфяники, участки вероятного развития грунтовых наледей, зоны тектонических нарушений и участки с повышенной (относительно фоновой) сейсмической интенсивностью.

После выделения таких участков остальная часть территории используется для выбора площадки строительства. Оценка территории и выбор площадки производятся следующи м образом:

выделя ю тся участки, где вероятная изменчивость мерз лотных инженерно-геологических условий будет аб солютно наименьшей;

среди последних выделяютс я участки, где изменчивость условий будет влиять на проектируемые здания и сооружения в наименьшей степени.

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

Предварительно эти данные определяются по материалам геологической и гидрогеологической г осударственных съемок и затем уточняются в ходе мерзлотного обследования территории, выполняемого на этом этап е изысканий.

В качестве участков, обладающих абсолютно наименьшей изменчивостью вообще, рассматриваются:

участки с преимущественным распространением талых или маломощных в ечномерзлых грунтов;

участк и преимущественного распространения грунтов интрузивного, метаморфического и эффузионного генезиса, а также осадочных дочетвертичных грунтов;

участки преимущественного распространения гравийно-галечни к овых и облом очных грунтов;

участки, характеризующиеся наибольшей однородностью мерзлотных инженерно-геологических условий в целом.

Обоснование выделения перечисленных участков в качестве наиболее благоприят н ых заключается в следующем: строительство на талых грунтах даже самых неблагоприятных, как правило, не характеризуется изменением их прочностных и деформационных свойств при изменении условий теплообмена на поверхности грунтов, что является неизбежным следствием строительства. Указанное обстоятельство в целом значительно упрощает проблему использования таких грунтов в качестве оснований сравнительно с мерзлыми (при этом должны предусматриваться рекомендации по предотвращению возможно сти появления новообразований вечномерзлы х грунтов).

На участках маломощных вечномерзлых грунтов в качестве оснований можно использовать подстилающие их талые грунты.

Следует отметить, что в районах с высокой сейсмическ ой интенсивностью, где преимущественно развиты вечномерз лые грунты, вышеуказанные участки могут быть отнесены к категории благоприятных лишь в тех случаях, когда на окружающих вечномерзлых грунтах проектируемые здания или сооружения не могут быть выстроены с сохранением вечномерзлого состояния грунтов оснований.

В этих случаях дополнительным фактором для суждения о степени благоприятности участков с вышеуказанными условиями будет являться наличие или отсутствие грунтовых вод, а также глубина их залегания (безусловно учитывается и вероятность их появлени я при строительстве и эк сплуатации проектируемых объектов).

В грунтах изверженных, метаморфических и эффузивных, а также в осадочных дочетвертичных грунтах с прочной цементацией жесткие кристаллизационные или цементационные связи и, следовательно, механические сво йства талых грунтов при изменении условий теплообмена на поверхности либо не меняются совсем, либо меняются незначительно. Кроме того, в сейсмичес ких районах грунты такого типа обладают меньшей сейсмической опасностью сравнительно с так называемыми «средними» грунтами.

Указанные положения не след у ет распространять на кору выветривания этих грунтов, а также в отдельных случаях на трещиноватые тек тоногенные зоны.

Нечетвертичные осадочные грунты, не имеющие жестких цементационных связей, обладают большей плотностью сравнительно с четвертичными грунтами и относительно меньшей изменчивостью при изменении условий теплообмена на дневной поверхности, что уменьшает вероятные величины их осадок при оттаивании и уплотнении под нагрузкой. Такие грунты сравнительно с четвер т ичными, как правило, более благоприятны в сейсмическом отношении.

Однородность мерзлотных инженерно-геологических условий является фактором, благоприятность которого для проектирования и строительства общеизвестна и не нуждается в специальных пояснениях .

При оценке участков по указанным выше условиям в обязательном порядке учитывается их рельеф. Рельеф определяет необхо д имость и характер планировочных работ, т.е. срезки или подсыпки грунта, которые могут радикально изменить характер теплообмена, достоверное суждение о чем может быть получено лишь методами численного анализа при детальном прогнозировании. Поэтому при выборе площадки однородность геоморфологических условий вообще и ровность поверхности, в частности, следует считать важными благоприятными факторами.

Необходимо сделать замечание о том, что на вечномерзлых грунтах вообще срезка является крайне неблагоприятным фактором, так как почти всегда приводит к образованию термокарстового или термоэрозионного процессов и др. С другой стороны, в сейсмоопас н ых районах насыпные грунты являются более опасными сравнительно с грунтами естественного сложения.

Ввиду этих обстоятельств оценка тех или иных участков при выборе площадки должна также основываться на анализе вероятного характера планировки территории и в связи с этим возможностей применения тех или иных технических решений оснований и фундаментов и размещения проектируемых объектов, обеспечивающих достаточную надежность строительства.

При оценке участков, кроме рельефа, подобным же образом следует учитывать также характер распределения и мощность снеж н ог о покрова, так как удаление мощного сн ежного покрова при строительстве часто приводит к необратимым изменениям температурного режима грунтов.

После описанной оценки района работ и выбора участков с наименьшей абсолютной изменчивостью условий из их числа выбираются возможные варианты площадки строительства.

Методика прогнозирования далее рассматривается для участков, сложенных преимущественно вечно ме рзлыми дисперсными грунтами, так как в остальных случаях, как правило, площадка достаточно уверенно выбирается на основе качественной оценки абсолютной наименьшей изменчивости условий. Для талых грунтов при этом должны определяться возможности возникновения при строительстве новообразований вечномерзлых грунтов и соответственно изменение их свойств.

Оц е нка и сопоставление намеченных вариантов площадки производи тся по материалам их мерзлотного обследования, а также буровы х, геофизических, термокарстовых и лабораторных работ. Осново й оценки рассматриваемых вариантов площадки является характеристика слагающих их литолого-генетических типов грунтов, поскольку это дает возможность сопоставлять закономерные ассоциации мерзлотных инженерно-геологических условий.

В связи с этим на вариантах площадки предварительно устанавливаются геологическое строение и степень его однородности, однородность состава и свойства грунтов, а также другие необходимые характеристики геологической среды строительства.

При дальнейшей оценке определяются изменения тех элементов и мерзлотных инженерно-геологических услови й , которые могут оказать непосредственное влияние на устойчивость проектируемых зданий и сооружений.

Поскольку при прочих равных условиях рассматриваемые ниже характеристики зависят от состава грунта, сопоставляемые участки следует классифицировать и по этому признаку (в ка ждо м случае состав грунта определяется е го дисперсностью).

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

суммарная влажность грунтов;

объемная л ьдисто сть;

з асо леннос ть;

среднегодовые температуры грунтов;

глубины сезонного оттаивания и промерзания.

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

Суммарная влажность в мерзлых грунтах прямо о пределяет величину их льдистости, т.е. их прочностные и деформативные свойства. От вида и количества льда и криогенного строения грунта непосредственно зависят его ре ологическ ие свойства.

За с оленность непосредственно влияет на прочностные и деформативные свойства грунта, так как определяет его температуру замерзания и тем самым - количество льда в грунтах при данных температурах.

Поскольку характер влияния этих характеристик на состояние и свойства грунта известен, можно сделать вывод, что наиболее благоприятными будут участки с наименьшими суммарной влажность ю, льдистостью и засоленностью, а в целом, как правило, участки с наименее дисперсными грунтами.

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

Детальная оценка изменений сейсмичности при изменении указанных характеристик грунтов уверенно может быть выполнена лишь по данным инструментального сейсмического микрорайонирования, где будут учтены и другие конкретные условия (мощности тех или иных грунтовых разностей, сочетание их в разрезе и т.п.), так как изменение сейсмичности в данном случае может существенно зависеть именно от них.

Далее производится оценка и сопоставление среднегодовых температур грунтов и глубин сезонного оттаивания и промерзания.

Наиболее низкие температуры грунтов и меньшие глубины оттаивания-промерзания характеризуют более консервативные мерзлотные условия, для изменения которых требуются больш и е воздействия. Такие условия в целом являются благоприятным признаком, имея существенное значение при строительстве с сохранением вечном ерзлог о состояния грунтов оснований.

При строительстве без сохранения мерзлоты э т и условия будут характеризовать более низкие темпы изменений. Кроме того, эти условия являются более благоприятными в сейсмическ ом отношении.

Необходимо сделать следующее замечание:

Более низки е среднегодовые температуры и меньшие глубины оттаивания-промерзания часто связаны с дисперсными льдистыми грунтами. Поэтому выбор наилучшего участка по указанным выше условиям следует осуществлять, рассматривая вероятные изменения всего их комп лекса.

Следующим шагом прогноза на данном этапе изысканий является оценка вариантов площадк и с учетом конкретного строительства. Здесь упоминавшийся комплекс условий (влажность, льдистость и т.д.) рассматривае тся уже на фоне конкретных изменений площадного распространения, вертикального строения и мощности вечномерзлых грунтов, которые произойдут в связи со строительством на тех или иных рассматриваемых участках.

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

Практика показывает, что для вполне уверенного суждения в данном случае достаточно определить и сопоставить вероятные глубины оттаивания грунтов оснований:

в случае применения холодных подполий;

при непосредственном контакте здания с грунтом (без подполий).

Оценка этих глубин для различных вариантов площадки производится соответственно п о указаниям п. 4 .2 главы СНиП II-Б.6-66 и по формуле (52) это й же главы СН иП .

Нормативные глубины сезонного оттаивания определяются в соответствии с указаниями раздела 4 РСН 31-69 или по формуле (42) главы СНиП II-Б.6-66. В данном случае в расчет следует принимать характеристики наиболее тепловыделяю щ его здания или сооружения.

Наилучшим следует считать участок, где глубины оттаивания грунтов будут наименьшими, что также согласуется с существу ющ ими представлениями об увеличении сейсмической интенсивности при оттаивании грунтов.

Для зданий с холодными подпольями, помимо указанного, определяется максимальная температура грунтов оснований на глубине годовых нулевых амплитуд по формуле ( 1 0) главы СНиП II-Б.6-66, причем в качестве температуры используется значение среднегодовой температуры грунтов, определяемой по указаниям раздела 4 РСН 31-69.

Глубина распространения годовых колебаний температуры в грунтах (глубина годовых нулевых амплитуд) также определяется в соответствии с указаниями упомянутого раздела РСН 31-69.

Наиболее благоприятными следу е т считать участки, где максимальная отрицательная т емпература будет более низкой, так как это обеспечивает более благоприятные услов ия расчета фундаментов по первому предельному состоянию. Кроме того, сейсмическая интенсивность ниже в грунтах с более низкими температурами.

После того, как указанным путем определены характер и ориентировочные величины изменений исследуемого комплекса мерзлотных инженерно-геологических условий н а различных вариантах площадки, выбор площадки строительства может быть осуществлен достаточно обоснованно.

III. ПРОГНОЗ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ НА ВЫБРАННОЙ ПЛОЩАДКЕ

Прогноз при изысканиях на выбранной площадке строительства складывается из решения задач, указанных в разделе I . Для мерзлотного инженерно-геологического районирования площадки определяются вероятные значения среднегодовой температуры грунтов, глубины распространения годовых колебаний температуры, полных и нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов в соответствии с изложенным в разд е ле 4 РСН 31-69. Указанные обобщенные характеристики температурного ре жима должны быть уст ановлены для каждого микрорайона площадки, выделенного при ее ландшафтном микрорайонировании на карте масштаба 1 :1 0000 - 1: 8000. На основе этой карты по материалам буровых, геофизических, термокаротажных и лабораторных работ с учетом материалов прогноза составляется карта мерзлотного инженерно-геологи ческ ого район ирования выбранной площадки того же масштаба, что и карта ландш аф тного районирования. Для каждого элементарного таксономического подразделения, вы деленного при районировании, устанавливается сейсмичность, определенная по данным инструментального сейсмического микрорайонирования или же путем анализа мерзлотных инженерно-геологических условий применительно к изложенному в «Основных положениях производства инженерно-геологических изысканий для технического проекта объектов обустройства Байкало-Амурской железнодорожной магистрали» (согласованы институтом «Мосгипротранс» 27 марта 1 975 г.).

К карте мерзлотного инженерно-геологического районирования площадки составляется таблица (Приложение 1), в которой приводя т ся материалы, обосновывающие районирование, и в которой производится классификация выделенных участков по степени сложности их строительного освоения. Эта классификация характеризует участки в их естественном состоянии (в том числе в периодическом цикле сезонных изменений) и является осн овой их оценки для целей размещения зданий и сооружений.

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

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

Поскольку такая классификация в конечном итоге является производной от количественной характеристики взаимодействия проектируемых объектов с геолого-географической средой строительства, строгой классификации в данном случае произвести нельзя. Выделение групп зданий и сооружений следует производить по признаку энергетической однородности проектируемых объектов. Выделяются сл е дующие группы проектируемых зданий и сооружений:

с обычным (типа жилых зданий) тепловыделением;

с повышенным тепловыд е лением (горячие производства);

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

без тепловыделения (не отапливаемые здания и сооружения);

с поглощением тепла на контакте с грунтами (технологичес к ие установки);

с вероятными утечкам и воды (производства с мокрым технологическим процессом и т.п.);

со статическими нагрузками;

с динамическими нагрузками;

и дополнительно в числе последних - с вибрационными нагрузками.

Выделяемые группы зданий и сооружений должны характеризоваться определенной общностью той или иной совокупн о сти перечисленных признаков, обеспечивающей относительную однородность их воздействия на грунты.

После этого состав выделенных групп дополнительно уточняется (дифференцирует с я);

по значимости зданий и сооружений (социальной и экономической);

чувствительности к неравномерным вертикальным перемещениям;

конструктивным особенностям.

Следующая задача закл ю чается в определении таких микрорайонов площадки, которые будут наиболее благоприятны для строительства тех или иных выделенных групп п роектируемых зданий и сооружений. В целом задача прогноза сов падает с задачей прогноза при выборе площадки.

Однако нижеследующие особенности работ при выборе площадки и на выбранной площадке определяют различия в методике прогноза:

а) на выбранной площадке, как правило, не может быть резких различий между ее участками в геологическом строении, генезисе, составе и свойствах грунтов, в геоморфологии и собственно мерзлотных условиях;

б) на выбранной площадке детальность ин ж енерно- геологических работ гораздо выше, чем при выборе площадки;

в) при выборе площадки оценка условий ее вариантов производится по принципу «лучше - хуже». На выбранной площадке этот принцип применяется для предварительной оценки лишь участков, так как в дальнейшем должны быть найдены оптимальные сочетания тех и л и иных проектируемых объектов и микрорайонов площадки.

Первая отмеченная особенность приводит к тому, что выбраковка отдельных участков площадки может быть лишь следствием ошибок, допущен н ых при выборе площадки. Вследствие этого отпадает необходимость выделения на выбранной площадке опасных для строительства участков, а также и особо благоприятных сравнительно с другими.

Большая дета л ьнос ть прогноза обеспечивается высокой детальностью мерзлотного инженерно-геологического районирования площадки, что дает возможность выявить и детально учесть изменчивость условий каждого микрорайона.

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

Оценка микрорайонов площадки начинается с сопоставления комплексов их мерзлотных инженерно-геологических условий без учета влияния строительст в а. Как и при выборе площадки основным принципом оценки здесь будет принцип наименьшей изменчивости условий, что дает возможность использовать на э той стадии оценки те же критерии.

Дополнительным благоприятным признаком может служить наименьшая интенсивность развития растительного покрова, что обусловит менее резкие изменения условий теплообмена на поверхности грунтов при удалении растительности. Таким же признаком будет являться ров н ость поверхности.

В результате этой оценки и сравнения появляется возможность классифицировать все микрорайоны площадки по степени благоприятности их условий вообще (безотносительно к конкретным зданиям и сооружениям). В лияние зданий и сооружений здесь оценивается несколько иным образом, чем при выборе площадки.

Прежде всего, необходимо определить возможность строительства с сохранением ве ч номерзлого состояния грунтов оснований на данной площадке и в том числе дифференцировано по группам зданий и на различных участках. Наилучшим критерием здесь является опыт местного строительства при наличии соответствующих аналогов. Если такие аналоги отсутствуют, то суждение выводится на основе анализа конкретных условий. Практика свидетельствует о том, что сохранение вечномерзлого состояния грунтов оснований без специ а л ьны х устройств принудительного охлаждения, как правило, затруднено в следующ их случаях:

при среднегодовых температурах грунта выше - 1 ° С;

для объектов с повышенным тепловыделением;

для объектов с возможными утечками воды;

для объектов с динамическими и в том числе вибрационными нагрузками на грунты.

Для остальных групп зданий и сооружений возможность сохранения вечномерзлого состояния грунтов при решении этой задачи прогноза оценивается путем анализа различных косвенных признаков, например, л ьдистости и засоленности. Следует также иметь в виду, что для строительства с сохранением вечно мерзлог о состояния грунтов оснований наиболее благоприятны микрорайоны площадки, характеризующиеся наименьшей изменчивостью условий вообще, особенно при наличии мощного снежного покрова (в естественном с остоянии).

Здания и сооружения с повышенным тепловыделением, утечками и динамическими нагрузками обуславливают использование грунтов с допущением их оттаивания в процессе эксплуатации либо с предпостроечным оттаиванием. Оттаивание грунтов в процессе эксплуатации наиболее целесообразно применять для зданий и сооружений, мало чувствительных к неравномерным вертикальным перемещениям на участках с наименее дисперсными грунтами и наименьшей суммарной влажностью и льдистостью, наибольшей плотностью г рунтов .

Указанный анализ дает возможность предварительного размещения зданий и сооружений в различных микрорайонах площадки. При этом наиболее ответственные и чувствительные к неравномерным вертикальным перемещениям здания и сооружения размещаются на участках с наименьшей абсолютной изменчивостью условий.

Посл е этого для каждой группы з даний и сооружений в условиях их размещения определяются глубины оттаивания грунтов под зданиями и сооружениями и прочие характеристики в варианте сохранения мерзлоты (т.е. с холодными подпольями) и без сохране ния, кроме бесспорных случаев, определенных н а основе предыдущего анализа. Методика их определения аналогична изложенной в предыдущем разделе.

М атериалы прогноза сводятся в таблицу (Приложение II ), в которой такж е приводятся рекомендации по принципу использования вечном ерзлы х грунтов в качестве оснований, по типам и глубинам залож ен ия фундаментов и необходимым инженерным мероприятиям, р азрабатываемым на основе анализа результатов прогноза. Понятно, что основой разработки рекомендаций является конкретный анализ условий строительства и комплексная оценка изменений природной среды при этом.

Задача размещения проектируемых объектов во многих случаях осложняется существованием технологических связей между зданиями и сооружениями, диктую щ их определенность их взаимного положения, а также другими причинами (требованиями гортехнадзора, противопожарные, санитарные нормы и пр.).

Оценки и рекомендации при решении данной задачи прогноза получают, как это и видно, при известной схематизации мерзлотных инженерно-геологических условий исследуемых микрорайонов в связи с особенностями используем ы х методов составления прогноза, позволяющих в общем случае достаточно эффективно решить поставленную задачу. Тем не менее, оценки изменчивости условий и суждения о целесообразности примене ния того и ли иного принципа использования вечномерзлы х грунтов в качестве оснований при решении этой задачи прогноза имеют предварительный характер.

Б олее полная оценка изменения мерзлотных инженерно-геологическ их условий, позволяющая надежно и экономически целесо образно разрабатывать технические решения оснований и фундаментов проектируемых зданий и сооружений, производится при решении следующей задачи прогноза.

Разработке этой задач и должно предшествовать решение проектной организации о размещении проектируемых объектов, принятое на основе результатов решения предыдущей задачи прогноза, т.е. данная задача решается на основе принятого пре дварительного генерального плана площадки.

Решение задачи заключается в определении изменений температурного режима, п лощадного распространения вертикального строения и мощности вечномерзлых грунтов, сезонного и многолетнего оттаивания и промерзания грунтов, их темп ературно-прочностного состояния и свойств грунтов оснований для каждого здания или сооружения или их однородных групп - в геолого-географических условиях соответствующих микрорайонов.

Следует отметить, что в данном случае для каждого микрорайона в качестве исходных данных принимаются средние значения свойств грунтов и обобщенные характеристики температурного режима, полученные на основе равномерного инженерно-геологического опробования в условиях, когда привязка з дани й и сооружений на площадке еще не производилась.

Составление прогноза здесь начинается с определения изменений температурного режима грунтов в свя з и с о строительством конкретных зданий и сооружений. Задача прогнозирования сводитс я в данном случае к решению серии задач типа Стефана для многомерной анизотропной области. Большинство инженерных задач типа Стефана можно свести к двухмерно му (плоскому) случаю. Поэтому при прогнозировании рассматриваются, как правило, двухмерные задачи.

При анализе существующих методов решения многомерной многофронтовой задачи типа Стефана было установлено, что при ин ж енерно-геологических изысканиях наиболее целесообразны явные схемы численных методов решений (правила подготовки задачи к решению и апробированный алгоритм решения по явной схеме балансовым методом приведен в «Руководстве по прогнозированию температурного режима вечномерз лых грунтов оснований с помощью ЭЦ ВМ» , ВНМД 0 7-72, Росглавниистройпроект Госстроя РСФСР, М ., 1 972).

При температурном прогнозировании, как упоминалось, в качестве исходных данных попользуются средние значения характеристик грунтов п о микрорайонам площадки, поскольку точечные значения на участках расположения проектируемых объектов на этом этапе изысканий неизвестны. Поэтому для одн ородных групп зданий и сооружений, размещаемых в пределах микрорайонов, результаты прогноза будут совпадающими, а число объектов прогноза можно сократить.

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

Следует отметить, что когда зоны теплового влияния соседних зданий или сооружений перекрываются, их следует рассматривать совме с тно в одной задаче.

Для каждого «строительного типа» р е зультаты прогноз ирован ия изменений температурного режима грунтов должны обеспечить окончательный выбор рационального принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований, а также других технических решений оснований и фундаментов. Поэтому задача температурного прогнозирования должна решаться в двух горизонтах: варианта сохранения вечномерзлых грунтов оснований, если результаты предшествующего прогноза в этом смысле были благоприятны, и в варианте без сохранения мерзлоты.

Необходимо сделать ряд пояснений. При сохранении вечномерзлого состояния грунтов оснований допускается сезонное оттаивание грунтов оснований и их последующее промерзание как по периметру зданий и сооружений, так и в их контуре. Иногда образуется и чаша оттаивания. В последнем случае фундаменты заглубляются ниже ее подошвы в подстилающие вечномерзлые грунты в такой степени, чтобы обеспечить устойчивость здания и л и сооружения. Сезонное оттаивание и промерзание учитывается в этом случае расчетом фундаментов по устойчивости на воздействие сил пучения.

При решении предыдущей задачи прогноза глубина чаши оттаивания определялась из условий непосредственного контакта здания или сооружения с грунтами. Однако, сохранение вечномерзлого с остояния грунтов оснований во всех случаях требует проектирования специальных мероприятий (кроме неотапливаемых объектов или объектов с отрицательной температурой). Эти мероприятия подразделяются на не требующ ие применения специальных источников энергии и сопряжены с их применением.

К первым относится устройство подс ып ок, проветриваемых подполий, расчистка снега, применение теплообменных свай и т.д. Вторая группа мероприятий связана с использованием устройств принудительного охлаждения.

В связи с этим при температурном прогнозировании в варианте сохранения мерзлоты необходимо в решении учитывать специальные мероприятия, в предварительном порядке определенные проектной организацией (в предварительном, так как технические решения и разрабатываются на основе результатов решения данной задачи прогноза в целом).

При прогнозе в варианте ликвидации мерзлоты здания и сооруже ния непосредственно контактируют с грунтами.

По материалам прогнозирования изменений температурного режима грунтов оснований в различных вариантах определяются:

глубины и ход сезонного оттаивания и промерзания грунтов;

динамика образования чаш оттаивания и их установившиеся очертани я ;

максимальные и минимальные отрицательные температуры грунтов в различных зонах основания;

тем п ературно-прочностное состояние грунтов;

величины относительной льд и стости грунтов в диапазоне температур, принимаемых грунтами на различных глубинах.

Эти данные позволяют определить наиболее целесообразный принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований, наихудшие вероятные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов оснований в течение всего срока прогноза.

Определяя по результатам прогноза целесообразность сохранения мерзлоты, нужно специально анализировать максимальные отрицательные температуры и прочностные свойства грунтов в связи с этим. Эти признаки определяют возможность деформаций грунтов под нагрузкой от веса здания или сооружения. Главой СНиП II-Б.6-66 грунты, как известно, подразделяются на твердо - и пластично мерзлые. Перв ы е достижения некоторого предельного состояния считаются практически несжимаемыми. Поэ тому твердомерзлые по прогнозу грунты являются наиболее благоприятс твующими строительству с сохранением мерзлоты. Пластично мерзлое сос тояние грунтов в этом смысле будет менее благоприятным.

В случае сохранения мерзлоты благоприятными являются наименьшие глубины оттаивани я грунтов у фундаментов с условием полного промерзания оттаявшего слоя зимой.

Возможность допущения оттаивания грунтов оснований в процес с е эксплуатации или целесообразность предпострое чного оттаивания грунтов исследуется путем сопоставления скорости и величины оттаивания грунтов и величины осадок в различных зонах основани й с учетом величин допустимых неравномерных осадок или данного типа проектируемых зданий или сооружений.

Прогнозные прочностные характеристики грунтов определяютс я по данным соответствующих таблиц главы СНиП II-Б.6-66 в соответствии со значениями прогнозных максимальных отрицательных температур в соотв етств ующих зонах основания.

Значения относительной льдисто с ти устанавливаются по прогнозным температурам на основании кривых льдовыд еления , полученных экспериментальным путем.

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

Для грунтов, оттаивающих в процессе эксплуатации, определяют прогнозные величины конечных осадок грунтов оснований при стабилизировавшемся положении подошвы чаши оттаивания, а также пр о межуточные значения ос адок под различными частями здания или сооружения в моменты, характеризующие наибольшую неравномерность оттаивания грунтов в этих зонах за время эксплуатации. Расчет осадок производится по физическим характеристикам грунтов (глава СНиП II-Б.6-66).

Материалы температурного прогноза дают также возможность рассчитать фундаменты н а действие сил пучения. Величина удельных касательных сил пучения устанавливается на основан ии материалов главы СНиП II-Б.6-66 с учетом состава грунтов и прогнозных значений их температур. Глубина промерзания грунта обуславливает величину боковой поверхности фундамента, смерзающуюся с грунтом, а характер промерзания - применение соответствующих поправочных коэффициентов при расчете фундаментов на выпучивание.

При определении изменений температурного режим а грунтов численными методами следует рассматривать не только область теплового влияния тех или иных проектируемых зданий и сооружений, но и совместно с ними (в пределах соответствующего микрорайона) участки, свободные от застройки, в предположении об удалении здесь с нежного и растительного покрова или только растительности, что обуславливается анализом влияния строительства и эксплуатации проектируемых объектов на площадку. Целесообразно также исследовать температурный режим грунтов в разрезах, характеризующих площадку строительства в целом.

Указанные материалы прогноза дают возможность на основе анализа изменений температурного режима определить изыскания площадного распространения, вертикального строения и мощнос т и вечномерзлых грунтов в целом в пределах площадки, обусловленные как непосредственным воздействием проектируемых зданий и сооружений, так и влиянием строительного освоения площадки.

Вс е приведенные выше материалы прогноза позволяют определить характер и величину изменений исследуемого комплекса мерзлотных инженерно-геологических условий в каждом микрорайоне площадки и на площадке в целом, что является достаточным основанием для разработки технических решений оснований и проектируемых зданий и сооружений.

Материалы прогноза на данном этапе изысканий в целом позволяют выявить наиболее благоприятные мерзлотные инженерно-геологические условия размещения проектируемых на площадке объектов, наметить участки их привязки в пределах микрорайона и дать обоснованные рекомендации по техническим решениям их оснований и фундаментов.

Необходимо отметить, что, в конечном итоге, целесообразность того или иного принципа использования вечномер з лых грунтов в качестве оснований и тех или иных технических решений оснований и фундаментов в целом определяется сравнением результатов расчета оснований и фундаментов по прочности, устойчивости и деформациям при разных вариантах технических решений и стоимостью строительства в связи с этим. Тем не менее, эти вопросы нельзя рассматривать в отрыве от общего характера динамики мерзлотной обстановки на площадке в целом, которая в значительной степени влияет на надежность проектных решений.

IV. ПРОГНОЗ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ НА КОНКРЕТНЫХ УЧАСТКАХ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

На этом этапе изысканий прогнозирование изменени й исследуемого комплекса мерзлотных инженерно-геологических условий производится для грунтов оснований каждого здания или сооружения на участке его размещения, исходя из принятых для него технических решений оснований и фундаментов. Решение данной задачи прогноза имеет в значительной степени уточняющее значение, и методика решения существенно совпадает с методикой решения последней задачи прогноза на предыдущем этапе изысканий.

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

Предварительно необходимо заметить, что при исследовании изменений температурного режима грунтов для одинаковых зданий и сооружений, когда участки их размещения аналогичны по мерзлотным инженерно-геологическим условиям, допускается решение для них одной задачи температурного прогнозирования. Как и прежде, в большинстве случаев решается двухмерная задача. Прогнозирование начинается с определения изменений температурного режима.

Для этого выбирается грунтовая область исследований, охватывающая термоактивную зону оснований, под которой понимается зона, где изменения температур обусловлены тепловым влиянием рассматриваемого в за д аче здания или сооружения.

В соответствии с техническим проектом температурный режим исследуется в принятом варианте - либо о сохране нием вечномерзлого состояния грунтов оснований, либо без сохранения.

При этом появляется возможность совместного исследования температурного режима в данной термоактивной зоне и на участках, не занятых застройкой. Для последних условия теплообмена на поверхности грунтов принимаются в расчет в соответствии с проектом планировки и благоустройства пло щад ки. Результаты такого прогноза позволяют получить дос таточно полную и детальную картину изменений температурного режима грунтов, площадного распространения, вертикального строения и мощности вечномерзлых грунтов, глубин сезонного и многолетнего промерзания и оттаивания для всех микрорайонов, для площадки в целом и для конкретных участков размещения проектируемых зданий и сооружений.

На каждом и з таких участков детально определяются при изысканиях соста в грунтов, их суммарная влажность и льдистость, а также другие физические и т еплофизическ ие характеристики в соответствии с требованиями РСН 31-69. С учетом изменений температурного режима грунтов определяются прогнозные значения теплофизических характеристик по данным лабораторных исследований.

При прогнозных значениях максимальных отрицательных температур с учетом состава и влажности (льдистости) грунтов определяются прочностные и деформационные свойства грунтов. Прочностные свойства принимаются по табличным данным главы СНиП II-Б.6-66 , а деформационные свойства - по результатам лабораторных определений. При этом определяются только такие механические свойства грунтов, которые будут использоваться для расчета оснований и фундаментов данного проектируемого здания или сооружения в соотве тс твии с техническим проектом.

При проектировании с сохранением в ечномерзлого состояния грунтов оснований должны быть определены нормативные сопротивления грунтов сдвигу и нормальному давлению. Для этого используется нормированные табличные данные.

При наличии пластично мерзлого состояния грунтов оснований в лабора т ории определяются величина их сцепления и деформаци онные характеристики при максимальных отрицательных температурах, характеризующих соответствующие зоны основания.

Несущая способность висячих свай в пластично мерзлых грунтах, согласно требованиям главы СНиП II-Б.6-66 должна определяться опытным путем. Однако время наступления максимальных отрицательных температур на различных глубинах неодинаково и, кроме того, максимальные температуры в естественных условиях могут быть ниже максимальных температур, формирующихся под воздействием теплового влияния проектируемых объектов. Эти обстоятельства затрудняют натурное определение несущей способности (и осадок) висячих свай при прогнозных температурах.

В связи с указанным для такого определения исполь з уется сле дующ ий метод:

несущая способность опытной сваи определяется в естественных условиях Фе ; затем, для каждого слоя грунта в зоне заложения сваи при измеренных естественных температурах по таблицам 5 и 6 главы СНиП II-Б.6-66 определяются их прочностные характеристики и по ним - несущая способность сваи - Ф2 (по формуле (9) глава СНиП II-Б.6-66).

После этого аналогичным образом рассчитывается несуща я способность этой сваи уже при прогнозных максимальных отрицательных температурах для каждого слоя грунта Ф1.

Прогнозное значение несущей способности сваи при максимальных отрицательных температурах Фмак будет равно:

По знач е нию Фмак с п омощью графиков испытаний в естественных условиях «суммарная осадка - время» и «нагрузка - осадка» определяется прогнозная величина осадки сваи.

Путем полевых испытаний в некоторых случаях определяется прогнозное значение величины относительного сжатия пласт и чномерзлого грунта под нагрузкой. В этих случаях испытывают последовательно слой грунта ограниченной мощности при их естественных максимальных отрицательных температурах, когда эти величины могут быть близки к прогнозным значениям максимальных отрицательных температур, т.е. в осенний период. Однако величины относительного сжатия целесообразней определять лабораторным путем при любых заданных температурах. Использование указанного выше метода пересчета также допустимо, но влечет за собой з начительные объемы работ.

Для грунтов, оттаивающих по прогнозу, определяют осадку при оттаивании полевым или лабораторным путем при любой положительной т е мпературе.

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

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

Подготовка задачи прогнозирования температурного режима грунтов к ее решению численными методами в целом одинакова для любого используемого метода.

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

При этих подготовительных работах важное значение приобретает правильный учет геолого-географических условий теплообмена в грунтах, обесп е чивающ ий соответствие расчетной модели реальным условиям теплообмена в каждом данном конкретном случае.

Геолого-географическая среда теплообмена характеризуется геологическим строением исследуемой грунтовой обла с ти (области исследований), составом грунтов в этой области, их состоянием и свойствами, а также естественными тепловыми воздействиями на грунты и условиями теплообмена на их поверхности.

Поэтому прежде всего задача учета геолого-географических условий теплообмена заключается в определении указанных характеристик в естественных условиях.

Далее, при строительном освоении территории геолого-географическая среда 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, непосредст в енно преобразуют геолого-географическую среду и, во-вторых, изменяют теплообмен в ней. Измененный теплообмен, в свою очередь, оказывает влияние на геолого-г еографическую среду. В итоге - каждому новому уровню строительных преобразований на площадке будет соответствовать то или иное равновесное состояние геолого-географических условий теплообмена.

Следует отметить, что между воздействием на среду и установлением указанного равновесия проходит определенное время, зависящее от интенсивности воздействия.

В связи с изложенным следующей задачей учета геолого-географических услови й теплообмена при прогнозе является определение непосредственны х изменений элементов ге олого-географической среды, вносимых строительным освоением площадки.

Последняя задача учета этих условий будет заключаться в определении изменений элементов геолого-географической среды под воздействием изменившегося теплообмена в ней для учета этих изменений при температурном прогнозе.

Здесь интерес представляют как промежуточные значения, используемые в решении характеристик геолого-географической среды теплообмена, так и их конечные значения, отвечающие некоторому сбалансированному теплообмену, сформировавшемуся в грунтах пр и эксплуатации проектируемых объектов.

Таким образом, про ц есс температурного прогнозирования сопряжен с непрерывным или ступенчатым внесением в расчет поправок на изменения, как минимум, состояния и свойств грунтов, происхо дящих при изменении их температур в прог нозн ом расчете.

Необходимо отметить, что указанная схема является наиболе е общей схемой учета геолого-географических условий темп ературного прогнозирования, независимо от применяемого метода (аналитического, моделирования, численного) решения, но для каждой группы методов характеризуется различной детальностью. Наиболее детальный учет происходит при использовании численных методов.

Далее рассмотрены наиболее детальным образом характер и способы учета геолого-географических условий теплообмена примените льно к перечисленным выше задачам такого учета.

Естественные условия характеризуют такое состояние природно й среды, которое сложилось к началу данного проектируемого строительства независимо от причин, обусловивших то или иное их изменение к этому моменту.

При температурном прогнозировании учитывается состояние геолого-географической среды, сложившееся в результате ее естественно-исторических преобразований, в том числе имеющих сезонну ю цикличность, а также в результате действия факторов искусственного происхождения до момента начала строительства.

Поскольку между изысканиями, при которых определяются геолого-географически е условия строительства, и началом строительства обычно проходит небольшое время, можно считать, что характеристика этих условий, полученная при изысканиях, будет соответствовать моменту начала строительства с учетом поправок на сезонную цикличность, а также и других поправок, если в них будет необходимость.

Характеристика грунтовой области исследований в естественных условиях складывается из определения ее геологического строения, состава ее грунтов, распространения талых и вечномерзлы х грунтов, вертикального строения и мощности последних, д инамики уровней грунтовых вод, глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов, естественной влажности, характеристик влажности, льдистости, плотности, теплопроводности грунтов.

Эти данные определяются при изысканиях, и детальность их исследования обусловлена детальностью изысканий на соответствующем их этапе, к онкретной задачей прогноза и спецификой используемого метода температурного прогноза.

Естественные тепловые воздействия на грунты определяются клим а тически ми и геоте рмическими условиями площадки строительства, влиянием уже существующих зданий и сооружений и другими имеющимися преобразованиями природной обстановки.

Учет климатических условий основан на том, что температура воздуха и грунта является интегральным результатом процессов тепло- и массообмена в системе «атмосфера-грунт». Поэтому изменения теплообмена в грунтах в течение некоторого времени можно рассматривать как следствие изменений температур воздуха за этот период (с учетом геотермики). Аналогичный вывод справедлив и для других тепловых факторов в сфере их взаимодействия с грунтовой областью исследований.

Вс ледствие этого все тепловые воздействия на область исследования учитываются характеристикой хода их температуры или тепловыделения (поглощения тепла) за рассматриваемый промежуток времени. Для климатических условий это будет повторяю щийся г одовой цикл измене ний, определенный по многолетним данным. Во общ е для тепловы х возде йствий график их годового хода строится по среднед екадн ым значениям соответствующих характеристик (температуры, тепловы делен ия и т.п.).

Однако, в з ав исимости от конкретной задачи прогноза период осре днения может быть ин ым.

Характе р исти ка условий теплообмена на поверхности грунтовой области исследований имеет чре звычайно важное значение для правильного вос произве дения темпе ратурного режима грунта, поскольку формирование те мперату ры воздуха и грунта в значительной мере определяется этими условиями.

Условия теплообмена на по вер хности учитываются величинами ее радиационно-теплового баланс а. При температурном прогнозировании в температуры воздуха вводится поправка на величину радиационного баланса повер хности. Тепло вой баланс учитывается введением фиктивной изоляции поверхности - термического с опротивления теплоотдаче с п овер хнос ти грунта. Различные покровы на поверхности (снег, насып и и т.д.) рассматриваются как теплоизоляция и учитываются в ведением их термического сопроти вления распространению тепла. Наряду с указанными факторами учиты вается слож ивши йся рельеф, определяющий конфигурацию верхней границы области исследования.

Учет и зменений геолого-г еографической среды строительства, обусловленных строительным освоением площадки, сводится к следующему:

Непосредственные изменения геолого-географической среды теплообмена по способу учета не отличаются от учета соответствующих естественных характеристик. Эти изменения обусловлены механическим преобразованием природной среды в результате срезки грунта, устрой с тва насыпей, котлованов, траншей и т.п. и отображ аю тся соответствующим изменением конфигурации границ области исследований, ее геологического с троения, состава и свойства грунтов.

Тепловые воздействия на область исследований задаются н а ее поверхности или непосредственно в области искусственными источниками и стоками тепла. Изменения температуры воздуха, обусловленные строительным освоением территории, можно учесть лишь при наличии материалов соответствующих наблю дений, которые, как правило, отсутствуют. Указанные характеристики задаются графиками их годового хода, построенного по сре дне декадным данным.

Учет изменений условий теплообмена на поверхности грунтов сводится к определению характера преобразования рельефа поверхности , снега, растительности и других покровов и к внесению соответствующих изменений в конфигурацию границ области и в величины термических сопротивлений изменяемых покровов (изоляции по верхности).

Кроме того, на затененных участках не учитывается ради а ционный баланс поверхности, т.е. не вводится соответствующая поправка в температурный режим воздуха, или не учитывается баланс только за счет рассеянной радиации. Изменения термического сопротивления теплоотдаче с поверхности могут быть учтены лишь при наличии материалов специальных наблюдений, что при изысканиях, как правило, невыполнимо.

Изменения элементов геолого-географической среды строительства, обусловленные изменяющимся теплообменом в ней, можно разделить на две группы.

К первой относятся такие элементы, изменения которых непосредственно отображаются изменениями температурного режима и, таким образом, автоматически учитываются п ри прогнозировании.

Это - распространение, вертикальное строение и мощность вечномерзлых грунтов, сезонное и многолетнее промерзание и оттаивание. Ко второй группе относятся элементы, изменения которых должны определяться специально, и учитываться при решении задачи непрерывной или ступенчатой корректировкой соответствующих характеристик грунтовой области исследований. Это относится к льдистости и тепло ф изическим характеристикам грунтов, а также к их суммарной влажности, если известны в данном конкретном случае закономерности ее изменения во времени с изменением температуры грунтов. Эти свойства грунтов должны быть охарактеризованы во всем д иапазоне прогн озных температур.

Приведенные выше сведения позволяют следующим образом определить существо изменений температурного режима грунтов: на некоторую ограниченную грунтовую область исследований, начальные температуры, а также строение, с л ожение, состав, состояние и свойства грунтов которой известны, начинают с некоторого момента воздействовать на всех ее границах (иногда в самой области) источники и стоки тепла (граничные условия) в течение определенного времени. В течение этого времени под воздействием граничных условий в соответствии с закономерностями теплообмена (и массообмена) в грунтах происходят изменения температур, состояния и свойств. Температуры в различных точках (элементарных объемах) области формируются в зависимости от свойств грунтов в этих точках (элементарных объемах).

В соответствии о эти м задачу прогнозирования изменений температурного режима грунтов в целях проектирования оснований и фундаментов в общем виде можно сформулировать сл едующим образом:

В области исследований М , сложенной грунтами, свойства которых Р(х, у, z , τ ), найти температурное поле Т1 для момента времени τ1 или последовательную совокупность температурных полей Т1, Т2, ..., Т n [Т( x , y , z , τ ) ] для моментов времени τ 1 , τ 2 , ..., τn , причем τ0 < τ 1 < τ 2 < ... < τn где τ 0 ( τ 0 = 0) начальный момент времени, которому соответствует температурное поле Т0 (начальные условия), если на область М в течение интервала времени τ 1 - τ 0 и л и τn - τ 0 действует на всех границах граничные условия Г( x , y , z , τ ) и в ней имеются источники и стоки тепла W ( x , y , z , τ ).

Тогда задача пр ог нозиро вания изменений свойств грунта в этой области определится как задача нахождения в любой точке области m 1 , m 2 , ... , mn [ m ( x , y , z )] в любой момент времени τ1, τ2 , ..., τ n свойств грунтов Р( m 1 , m 2 , ... , mn ) как функции температур в этих точках, т.е. Р( m , Т).

Из мене ния других характеристик мерзлотных инженерно-геологическ их условий определяются в связи с изменениями температурного режима, состояния и свойств грунтов в данной геолого-географической среде.

При решении конкретных задач прогноза указанная наиболее общая постановка задачи температурного прогнозирования может упрощаться. Однако при решении двух заключит е льных задач прогноз осуществляется в наиболее полной постановке.

Правила подготовки задачи температурного прогнозирования, вытекающее и з изложенного, и правила ее расчета приведены в упоминавшемся выше «Руководстве...», где помещен также алгоритм решения методов тепловых балансов.

VI. ОТЧЕТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ПРОГНОЗУ

Отчетные материалы по мерзлотному прогнозу на различных этапах изысканий включаются в состав соответствующих отчетов об инженерно-геологических изысканиях. Состав отчетных материалов об изысканиях устанавливается в соответствии с указаниями раздела II РСН 31-69.

При изысканиях для выбора площадки строительства в разделе отчета о мерзлотном прогнозе должны быть приведены следующие данные :

перечень опасных для строительства территорий в район е выбора площадки и обоснование их выделения на основе анализа мерзлотных инженерно-геологических условий района в целом и этих территорий с учетом особенностей и характеристик проектируемых зданий и сооружений;

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

перечень участков, где изменчивость условий будет влиять на конкретные проектируемые объекты в наим е ньшей степени, и обоснование их выделения;

рекомендаци и по выбору площадки строительства с сопоставлением мерзлотных инженерно-геологических условий 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 глубин оттаивания грунтов под зданиями и сооружениями с холодными подпольями и без них, значения полных и нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов, максимальных отрицательных температур грунтов оснований, глубина распространения годовых колебаний температуры, среднегодовых температур грунтов на различных вариантах площадки, а также соответствующие граф ичес кие материалы, в том числе таблица прогноза по вариантам площадки, составленная применительно к форме, помещенной в Приложении 2.

При изысканиях на выбранной площадке в составе отчета приводятся следующие данные:

предварител ьн ая классификация мерзлотных инженерно-геологиче ских микрорайонов площадки по степени сложности их строительного освоения (с учетом сейсмичности) и ее обоснование;

классификация проектируемых зданий и сооружений по их воздейст в иям на грунты оснований с учетом их социальной и экономи ческой значимости, чувствительности к неравномерным вертикальным перемещени ям и обоснованию классификации;

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

рекомендации по размещению проектируемых зданий и сооружений в пре делах площадки с сопоставлением и анализом вероятных изменений мерзлотных инженерно-ге ологических условий различных микрорайонов при размещении в их пределах тех или иных проектируемых объектов или их групп, а также предварительные рекомендации по возможностям п рименения того или иного принципа использован ия вечномерзлых грунтов в качестве оснований и обоснование эти х рекомендаций;

описание изменений исследуемого комплекс а мерзлотных инженерно -гео лог ически х условий в связи со строительством в различных мик рорайо нах площадки на основе результатов температурного прогно зирования численными методами;

р еком ен дации по техническим решениям оснований и фундаменто в зданий и сооружений с коррект ировкой в случае необходимости рекомендаций по их размещению - по результатам температурного прогнозирования численными методами.

К отчету прилагаются таблицы и графики значений среднегодовых температур грунтов, глубин распространения годовых колебаний температуры, полных и нормативных глубин сезонного оттаивания, оттаивания под зданиями и сооружениями (по аналитическим расче т ам), а также полный графический и табличный материал температурного прогнозирования численными методами, включая графики изотерм в грунтах. Кроме того, к отчету прилагаются таблицы прогнозных значений свойств грунтов.

При изысканиях на участках конкретных зданий и сооружений в текст отчета включается детализированное описание изменений исследуемого комплекса м е рзлотных инженерно-геологических условий в связи со строитель ством при принятых технических решениях ос нований и фундаментов,  как на этих участках, так и на площадке в целом.

К тексту отчета прилагаются табличные и графический материалы те мпературного прогнозирования, а так же таблицы и графики п рогнозны х значений свойств грун тов оснований.


Приложение 1

Мерзлотное инженерно-геологическое районирование территории

( пример)

Категории участков по степени сло жн ости мерзлотны х инжен ерно -г еологических условий

Классы участков п о литолого-генетическим комплексам пород

Группы

участков по рельефу и микрорельефу

Типы участков по генезису, в озрасту, с оставу, с остоя нию и свойствам грунт ов в активной зоне

№ типов участков

Генезис и возраст грунтов

мощность слоев, м

Краткая

х а ракте­рист ика грунтов

Тепловое состояние

Мощность веч н ­ме рзлых грунтов

Средне­годовые т емпе­ратуры грунт ов, °С

Льдистость (влажность) грунтов

Глубина сезонного оттаивания (промерзания) грунтов, м

Глубин а зале гания грунтовых

в од, м

Сейсмич­ность, в баллах

Ме рзл отно- геолог и чески е процессы и явления

Территории, т ребующи е специ альн ой инженерной подготовки в связи:

С

Сейсмич

­­ностью

сложным

микро -

релье ф ом и крутизной с клонов

Гранитоиды, перекрытые маломощным чехлом четвертичных отложений

Останцы поверхности выравнивания с уклонами 3 - 4°

1

edQ IV

γ 2 Pt 1 к d

2 - 3

1 . Щ ебень, г лыбы с песчаным заполнителем (1 0 - 20 % )

2. Гранитоиды трещиноватые

Вечно­мерзлые

> 1 00

-4

-5

С лабо и

 средне льдистые

до 2,5

Надмер­злот ны е м ен ее 2,5

VIII

К аменные венки, жильные л ьды

Пологие (8 - 1 5°) склоны с каменными потоками, буграми и западинами

2

edQ IV

γ 2 Pt 1

до 5

1 . Щебень, г лыбы с песчаносугл ин. заполнителем (30 %)

2. Гранитоиды трещиноватые

То же

"

"

"

2,3 - 2,4

Н адмер­з лотные менее 2,3 - 2,4

"

Солиф люкц ия, ку румы, ж ильные льды

Песчаники, перекрытые элювиально-делювиальными образов а ниями

То же

3

edQ IV

Pt 1 tl

2 - 5

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

2. Песчан ик и трещиноватые

"

1 5 - 5 0

50 - 1 00

> 1 00

-1 ¸ -3

-3 ¸ -4

ниже -4

"

до 2,5

"

"

"

ль дистостью

и за б олочен -

ность ю

Аллювиально-прол ю виальны е отложения, подстилаемые озерно-аллю виальн ыми от ложениями

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

4

dQ IV

apQ III

laQ II - III

1 - 4

3 - 25

> 30

1 . П ески и супеси

2. Валунно-галечник ов ые

"

1 5 - 50

-1 ¸ -3

С лабо л ьдистые

д о 2,6

"

"

Полигональные образования , мари

5

То же

То же

3. Пес к и, с углинки с гравием

То же

"

> 1 00

-4 ¸ -5

Среднельдистые

2,0 - 2,3

Н адмер­злотны е менее 2,0 - 2,3

"

То же

6

"

"

"

"

50 - 1 00

-3 ¸ -4

То же

2,0 - 2,4

"

"

"

7

"

"

"

"

1 5 - 50

-1 ¸ - 3

"

2,2 - 2,5

"

"

"

в ысокой льдистостью

Та же терраса, осложненная слабо углубленными ложбинами стока

8

"

"

"

"

> 1 00

-4 ¸ -5

С и льнольдистые

1 ,8 - 2,0

Надмер­злотные < 1,8 - 2,0

"

Погребенные льды, термокарст

9

"

"

"

"

50 - 1 00

-3 ¸ -4

2, 1 - 2,2

< 2,1 - 2,2

"

10

"

"

"

"

1 5 - 50

-1 ¸ -3

"

2, 1 - 2,3

< 2,1 - 2,3

"

"

Территории, требу ющ ие сложной специальной инженерной подготовки в связи:

с высокой сейсмичностью

близким залеганием грунтовых в од

Аллювиальные отложения долины реки

Первая надпойменная терраса, осложненная руслами временных в одотоков

11

dQ III - IV

д о 7

Пески с в а лунами, галькой и гравием

"

0 - 1 5

0 ¸ -1

Средн е ль дистые

до 2,6

Подме р­ зл отные от 2 до 1 7

IX

Мари

Алл ю виально-пролювиальные образования - сов ременные

Высокая надпойменная терраса реки с у клоном к северу 1 - 2°, о сложненная полосами стока

1 2

dQ IV

apQ III

laQ II - III

1 - 4

до 25

> 30

1 . П ески и супеси

2 . В алунно-галечн иковые пески с прослоями г лин

3 . Пе ски, г лины с гравием

"

"

"

С и льнольдистые

2,0 - 2,2

о т 3 до 1 7

"

Пластовые и жильные погребенные л ьды

в ысокой л ьдистостью

Озер н о-аллювиальные образования

П о дошвы с клонов низкогорного обрамления с уклоном поверхности 5 - 1 0°

1 3

dQ IV

laQ II-III

Pt 1 tl

2 - 4

до 6 - 30

1 . П ески

2 . П ески, г лины с гравием

3 . П есчаники

"

50 - 1 00 и более

-4 ¸ -5

То же

до 1,8 - 1,9

"

"

Мари и л ьды

П о дошвы с клонов полупогребенных ост анц ов интрузи

1 4

dQ IV

laQ II - III

γ 2 Pt 1

1 - 3

до 30

1 . П ески

2. П ески, г лины с гравием

3 . Г ранит оиды

"

"

"

"

"

"

"

"

Древние переуглубленные л ожбины на участках раз вития низкогорного рельефа с уклоном 0 - 1 0°

1 5

dQ IV

laQ II-III

до 4

1 . П ески и супеси

2 . П ески, г лины с гравием

"

15 - 50

50 - 1 00

-2 ¸ -4

"

д о 2

"

"

1 6

Т о ж е

То же

То же

"

0 - 1 5

0 ¸ - 1

"

То же

"

"

"

Территории, требующие особо сложной специальной инженерной подготовки в связи:

с высокой сейсмичностью

н ал ед ями и сл ожн ым микрорельефо м

Алл ю виально-пролювиальные образования - современные

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

1 7

aQ IV

apQ III

laQ II - III

1 - 2

до 25

> 30

1. Валуны, г равий, галька

2 . Валунно-галечниковые пески и супеси

3 . П ески, г лины с гравием

"

50 - 1 00 и более

-3 ¸ -5

Среднельдистые

2,2 - 2,3

Н адм ер­з лотные < 2,2 - 2 ,3

"

Наледи

18

То же

То же

То же

"

0 - 1 5

1 5 - 5 0

0 ¸ - 1

-2 ¸ -3

То же

2,2 - 2,5

То же

"

То же

крутизной скл о нов и с ложным микрорельефом

П есча ники, перекрытые алювиально-делювиальными образованиями

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

1 9

edQ IV

Pt 1 tl

0 - 2

до 5

1. Кру пноглы бовые образования с песчано-супесчаным заполн. (5 - 20 %)

2 . П есчаники трещиноватые

"

1 5 - 50

50 - 1 00

> 100

-1 ¸ - 3

-3 ¸ -4

н иже -4

Слабо - и среднельдистые

до 2,5

Н адм ер­з лотные < 2,5

VIII

Солифл ю кци я, курумы, жильные л ьды

близким залеганием грунтовых в од

Алл ю виально-пр олю виальные образования

Высо к ая надпойменная терраса реки с уклоном 1 - 2°, о сложненная полосами стока

20

dQ IV

apQ III

laQ II - III

1 - 4

до 20

> 30

1. В алун ы, г равий, галька

2 . Валунно-галечник, пески и с упеси

3 . П ески, г лины с гравием

Тал ые

-

-

20 - 25 %

до 3

1 ,5 - 2,0

X

Мари, западины

Аллювиальные отложения долины реки

Поверхно с ть поймы, осложненная протоками, вымоин ами, валами

2 1

aQ IV

3 - 5

Пе с ки с гравием и галькой

Талые

-

-

1 5 - 20 %

до 3,2

1 - 2 летом

7 - 8 зимой

То же

Наледи

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОГНОЗА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

(пример)

№ участка

Гл убины сезонного оттаивания (пром ерзания) грунтов под оголенной поверхностью, м

Строительство с c охранением вечно ме рзлог о состояния грунтов

ПРИ Н ЦИП I

Строительство без сохранения веч н ом ерзлого состояния грунтов

ПРИНЦИП II

Рекомендации

по размещению зданий и сооружений

Ре к омендуемый при нцип использования веч ном ерзлы х грунтов в качестве оснований

Рекомендуемые типы и глубины заложения ф ундаментов от естественной поверхности, м

Минимальные значения прочностных характеристик мерзлых грунтов на глубинах заложения фундаментов

Удельная касательная сила пучения при п р омерзании слоя сезонного оттаивания в кг/см2

Примечания

В зонах тектонических нарушени й стр оительство не рекомендуется

Расч еты глубины сезонного оттаивания грунтов под зданиями с холодными подп оль ям и, м

Глубина залегания кр о вли твердомерзлых грунтов под зданиями с холодными подп оль ям и, м

Сейсмичность при сохранении мерзлого состояния грунтов в зоне задел к и фундаментов в баллах

Глубина оттаивания грунтов под жилыми зданиями без хо л одных подполий за 20 лет, м

С редняя осадка гр унтов в оттаявшей зоне на 1 м разреза в с м

Сейсмичность при оттаивании грунтов в зоне заделки фундаментов в баллах

R н сд

кг/см2

R н

кг/см2

1

4,0 - 4,3

3,2 - 3,4

-

VIII

до 16

-

VIII в гранитоидах

Котельные, бани, п рачечные и т .п.

Без сохранения вечномерзлого с остояния

В гр анит оидах ( 4 - 5) с толбчатые и ленточные, в нутренние ленточные (3 - 4)

-

-

0,6 · 1 ,2

при планировке территории допускается п одсыпка и срезка грунта

2

3,5 - 4, 1

2,8 - 3,2

-

"

до 1 5

-

"

"

"

В гранитоидах (6 - 7), столбчатые, внутренние л е нточные (4 - 5)

-

-

"

при планировке подсы п ка грунта не рекомендуется

3

3,5 - 4,1

"

-

"

до 1 5

-

VIII в песчаниках

"

"

В песчаниках (6 - 7), с толбчатые, внутренние лен точные (4 - 5)

-

-

"

"

4

4,2 - 4,4

3,4 - 3,2

6,5 - 1 0,5

"

1 3,8 - 1 4,8

до 2

IX

Жилые, о бщест венные и административные здания

С сохранением вечномерзл о г о с остояния

Сваи, 8,5 - 1 2,5

~ 1,2

~ 10

0,8 · 1 ,2

Допустимо применение ленточных фундаментов с глу биной 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 - 1 2,2

4 - 5

"

"

"

Сваи, 8 ,0 - 9,0

"

"

0,6 · 1 ,2

"

6

3,4 - 3,5

2,7 - 2,8

6,5 - 7,5

"

1 2,1 - 1 2,6

"

"

"

"

Сваи, 8 ,5 - 9,5

"

"

"

"

7

3,5 - 3,8

2,8 - 3,0

6,0 - 1 0,0

"

1 2,6 - 1 3,6

"

"

"

"

Сваи, 8 ,0 - 1 2,0

"

"

0,8 · 1 ,2

"

8

2,6 - 2,7

2, 1 - 2,2

4,6 - 4,8

"

1 0,6 - 11 ,1

до 1 5

"

"

"

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

1 0 - 1 2

"

"

"

"

"

"

"

1 0

2,8 - 3,0

2,3 - 2,4

6,0 - 1 0,0

"

11 ,4 - 1 2,3

9 - 1 0

"

"

"

Сваи 8,0 - 1 2,0

"

"

0,8 · 1 ,2

"

11

3, 8 - 4,0

3, 1 - 3,2

отсутствуют

IX

Образование с квозного талика

2 - 5

Х

Сооружения водоснабжения, наб ер еж ная и т.п.

"

Л ен точные 5,0 - 6,0

~ 0,8

~ 9

0,8 · 1 ,4

участки с глубиной п одошвы в ечномерзлы х грунтов мене е 8 м для строи те льст ва опасны

1 2

3,0 - 3,2

2,4 - 2,6

"

"

"

5 - 8

"

"

"

"

"

"

"

"

1 3

2,6 - 2,7

2, 1 - 2,2

4,6 - 4, 8

"

1 0,6 - 11 ,1

1 5 - 1 8

"

Ад ми нистративные здания, коммунальные предприятия

"

Сваи 5,0 -6 , 0

1,3

~ 9

0,6 · 1 ,2

Допустимо пр именение ленточных фундаментов с глубиной заложения на 1 м более расчетных глу бин сезонного оттаива ния при со блюд ении устой чиво сти по условиям пу че ни я

1 4

2,6 - 2,7

"

"

"

1 0,6 - 11 ,1

до 20

"

"

"

"

"

"

"

"

1 5

2,7 - 2,9

2,2 - 2,3

5,0 - 7,0

"

11 ,1 - 11 ,7

1 2 - 1 5

"

"

"

Сваи 7 , 0 - 9,0

1 ,3

~ 10

0 ,8 · 1 ,2

"

1 6

3,0 - 3,2

2,4 - 2,6

отсутствуют

"

Образование с квозного талика

до 8

Холодные склады, г аражи и т .д.

1

Ленточные 5,0 - 6,0

0,8

~9

0,8 · 1 ,4

учас тк и с глубиной подошвы вечноме рзлы х грунтов менее 8 м для строительства опасны

1 7

Для разм ещени й зданий и сооружений не рекоме ндуется

1 8

1 9

20

~ 3,2

-

-

-

-

-

X

Городской парк

-

-

0,8 · 1 ,4

2 1

~3,4

-

-

-

-

-

"

Водозаборные сооруж е ния

-

Сваи 6,0 - 7,0

-

"

рекомендуется предусмотреть про ти воналедные мероприятия


СОДЕРЖАНИЕ

Введение . 1

I. Общие положения . 2

Задачи инженерно-геологических изысканий и их особенности . 2

Характеристика мерзлотного прогноза при изысканиях . 4

Задачи мерзлотного прогноза на различных этапах изысканий . 6

I i. Прогноз при изысканиях для выбора площадки . 8

I ii. Прогноз при изысканиях на выбранной площадке . 11

I v. Прогноз при изысканиях на конкретных участках размещения проектируемых зданий и сооружений . 15

V. Учет геолого-географических условий теплообмена в грунтах при прогнозе изменений температурного режима . 17

V i. Отчетные материалы по прогнозу . 19

Приложение 1. Мерзлотное инженерно-геологическое районирование территории . 21

Приложение 2. Результаты прогноза и рекомендации по строительству . 22

Похожие документы