Механика грунтов, основания и фундаменты

При промерзании глинистых грунтов, пылеватых и мелкозернистых песков увеличивается их объем и возникает морозное пучение. Это объясняется частично увеличением объема воды, содержащейся в грунте, и, самое главное, увеличением объема грунта в связи с резким возрастанием влажности, обусловленной притоком воды из нижележащих слоев грунта (миграция влаги). Так как мерзлый грунт является четырехкомпонентной системой, то для оценки его состояния необходимо определить опытным путем удельный вес мерзлого грунта у, удельный вес частиц грунта у, суммарную весовую влажность мерзлого грунта, количество (весовое содержание) незамерзшей воды wK.

При проектировании фундаментов необходимо исходить из длительной прочности мерзлого грунта, которая зависит от температуры, льдистости и продолжительности действия нагрузки. Учесть все эти факторы очень сложно, так как температура верхнего слоя вечномерзлого грунта является переменной и с глубиной понижается.

Для оценки деформируемости вечномерзлых грунтов при оттаивании опыты проводятся в одометре конструкции Н. А. Цытовича, позволяющего после затухания деформаций вечномерзлого грунта произвести подогрев штампа до полного оттаивания образца. По опытным данным строится кривая относительных деформаций 6 = (p).

Наибольшие колебания температуры испытывает самый верхний слой грунта, расположенный у земной поверхности. С глубиной колебания температуры уменьшаются, и на некоторой границе температура становится практически постоянной (граница нулевых амплитуд сезонных колебаний температуры).

Морозное пучение оказывает существенное влияние на конструкции фундаментов и может поднимать их вверх зимой при промерзании грунтов. Эти силы могут достигать больших величин и превышать действующую вертикальную нагрузку, особенно у малонагруженных зданий. Под действием гидравлического градиента происходит перемещение влаги, это свойственно надмерзлотным (над слоем вечной мерзлоты в хорошо фильтрующих грунтах), межмерзлотным (располагаются между двумя слоями вечномерзлого грунта) и подмерзлотным грунтовым водам (под слоем вечномерзлого грунта).

Грунтовые наледи образуются в результате выхода грунтовых вод на поверхность через трещины в грунте, а также в местах выхода межмерзлотных и подмерзлотных грунтовых вод. Морозобойные трещины образуются в результате изгиба верхнего промерзшего слоя, так как в верхней части мерзлый грунт под влиянием отрицательной температуры сжимается больше, чем у границы промерзания. Морозобойные трещины оказывают неблагоприятное воздействие на трубопроводы, подземные кабели и др.