Сергей Ланько
Автор колонки – к. т. н. Сергей Ланько, доцент кафедры геотехники
Схема распределения природных температур по глубине (Н. А. Цытович, «Механика мёрзлых грунтов», 1973 г.) При выборе глубины бурения скважин для обычных (талых) грунтов руководствуются, прежде всего, типом фундамента (свайный и т. п.) и действующими нагрузками, чтобы определить так называемую «активную зону». При этом зачастую возникают ситуации, когда нет чёткого представления о типе фундамента, так как нет данных по геологическим изысканиям.
При проведении инженерно-геокриологических исследований в условиях многолетнемёрзлых грунтов (вечной мерзлоты) глубина скважины назначается, как правило, равной 10–15 метрам, что соответствует глубине нулевых амплитуд годовых теплооборотов – т. е. это такая глубина, с которой температура остаётся постоянной по глубине и не зависит от наружной температуры воздуха.
Такой подход был обусловлен тем, что расчёты выполнялись в «плоской» или одномерной постановке, и не всегда можно было оценить тепловое воздействие здания на мёрзлые грунты в полном объёме.
С появлением численных методов расчёты стали возможны в трёхмерной постановке, и для каждого численного расчёта необходимо задавать граничные условия и размеры расчётной схемы массива грунта.
Влияние нижней границы схемы на температурное поле (ПО «FROST 3D»)
В зависимости от типа здания и его теплового режима его воздействие на грунт может достигать значительных глубин (примерно до ширины здания в зависимости от типа фундаментов), которое необходимо учитывать при расчёте в виде размеров модели по вертикальной оси.
Схема теплового воздействия здания на мёрзлые грунты (Н. А. Цытович, «Механика мёрзлых грунтов», 1973 г.) В связи с этим может возникнуть проблема, когда глубины стандартных скважин недостаточно. В этом случае расчётчик продлевает нижний слой до нужной глубины и производит перерасчёт. Но это чревато неучётом реальных грунтовых условий, залегающих ниже забоя скважины.
Решением данной проблемы может быть изменение подхода при проведении изысканий:
- производятся предварительные изыскания для оценки строения массива и выявления мёрзлых грунтов;
- полные изыскания следует проводить, когда уже разработана эскизная часть проекта и понятны принципиальные решения по конструкции зданий;
- на первом этапе проводится предварительный теплофизический расчёт влияния здания на массив грунтов с учётом принятых концепций по подземной части, определяется зона теплового влияния на массив (глубина и размеры в плане);
- на основе полученных данных производятся основные изыскания с учётом зоны влияния и определения всех параметров;
- замеры температуры грунтов следует проводить на протяжении года для более качественной температурной калибровки модели.
Редактор рубрики: Глеб Барбашинов Фото: Сергей ЛанькоСледует понимать, что для территорий с распространением мёрзлых грунтов, как показывает печальная практика, обрушение зданий и сооружений происходит мгновенно из-за деградации мерзлоты.